Гидравлический привод штангового глубинного насоса
HYDRAULIC DRIVE OF SUCKER-ROD PUMP

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к гидравлическим приводам скважинного штангового глубинного насоса для добычи нефти и/или газа.
Известно устройство установки на скважине гидравлического цилиндра привода штангового скважинного насоса (патент на ПМ RU № 188939, МПК F04B 47/04, опубл. 30.04.2019 Бюл. № 13), содержащее фланец и переводник, причем фланец жестко соединен с гидравлическим цилиндром и устьевой арматурой, причем во фланце выполнено центральное отверстие, сквозь которое проходит шток цилиндра, соединенный с колонной штанг.
Недостатками данного устройства являются сложность установки и обслуживания так как гидравлический герметичный цилиндр привода жестко соединен с фланцем устьевой арматуры, что требует при выходе из строя любого конструктивного элемента устьевой арматуры или устройства разбирать полностью само устройство для отделения от штанг скважинного насоса и устьевой арматуры, так как фланец устройства является ее неотъемлемой частью.
Наиболее близким по технической сущности является гидропривод скважинного штангового насоса (патент на ПМ RU № 161852, МПК F04B 47/04, опубл. 10.05.2016 Бюл. № 13), состоящий из гидроцилиндра, жесткой опорной плиты, гибкой тяги, причем силовой гидроцилиндр выполнен в виде колонны из ступеней, состоящей из гидроцилиндров, не менее двух, и установленных вертикально на опорной плите скважины друг на друга, при этом гидроцилиндры соединены между собой посредством фланцев, а именно на штоки гидроцилиров установлены корпуса гидроцилиндров с возможностью подвижным звеном поднимать как шток, так и корпус гидроцилиндра.
Недостатками данного гидропривода являются сложность изготовления и обслуживания из-за большого количества сочлененных цилиндров и приводов, а также низкие коэффициент полезного действия (КПД) и надежность из-за гибкой тяги, подверженной постоянным последовательным растяжениям и сжатиям (в примерно 80% случаев выхода из строя подобных механизмов связан с поломкой гибкой тяги).
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание простого и надежного гидравлического привода штангового глубинного насоса за счет использования одного поршня с цилиндром, установленными параллельно штоку, и имеющими минимальное количество простых и жестких сопрягаемых деталей.
Техническая задача решается за счет того, что в гидравлическом приводе штангового глубинного насоса, включающим зафиксированный на устье цилиндр, оснащенный поршнем, шток которого направлен вверх и соединен сверху через тягу и траверсу с полированным штоком колонны штанг глубинного насоса, емкость с гидравлической жидкостью и нагнетательный гидравлический насос, сообщенный входом с емкостью, причем верхняя и нижняя полости цилиндра снабжены подводящими верхним и нижним патрубками, соответственно, один из которых последовательно сообщен через гидрораспределитель с нагнетательным насосом и через слив с емкостью, а другой – через слив с емкостью и нагнетательным насосом, при этом цилиндр выполнен с возможностью фиксации на устьевой арматуре, тяга изготовлена жесткой, состоящей из верхнего переходника и технологического удлинителя, расположенного над траверсой соосно полированному штоку и жестко соединенного сверху с переходником, при этом цилиндр снабжен как минимум одной направляющей, охватывающей с возможностью продольного перемещения удлинитель или полированный шток.
На фиг. 1 изображен гидравлический привод – вид сверху.
На фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1.
На фиг. 3 изображен гидравлический привод в изометрии.
Гидравлический привод штангового глубинного насоса (не показан) включает зафиксированный на устье 1 (фиг. 1 – 3) скважины цилиндр 2, оснащенный поршнем (не показан), шток 3 (фиг. 2 и 3) которого направлен вверх и соединен сверху через тягу 4 и траверсу 5 с полированным штоком 6 колонны штанг (не показана) глубинного насоса, емкость (не показана) с гидравлической жидкостью и нагнетательный гидравлический насос (не показан), сообщенный входом с емкостью. Причем верхняя и нижняя полости цилиндра 2 снабжены подводящими верхним 7 (фиг. 2 и 3) и нижним 8 патрубками соответственно, один из которых 7 или 8 последовательно сообщен через гидрораспределитель (не показан) с нагнетательным насосом и через слив (не показан) с емкостью, а другой 8 или 7 – через слив с емкостью и нагнетательным насосом. Цилиндр 2 выполнен с возможностью фиксации на устьевой арматуре 9 (фиг. 1 – 3). Тяга 4 (фиг. 2 и 3) изготовлена жесткой, состоящей из верхнего переходника 10 и технологического удлинителя 11, расположенного над траверсой 5 соосно полированному штоку 6 и жестко соединенного сверху с переходником 10. Цилиндр 2 снабжен как минимум одной направляющей 12, охватывающей с возможностью продольного перемещения удлинитель 11 или полированный шток 6.
Верхний переходник 10 (фиг. 2 и 3) тяги 4 может быть соединен со штоком 3 муфтой 13, резьбовым соединением, сваркой или т.п. (не показано). Технологический удлинитель 11 может быть жестко соединен с переходником 10 двумя губками 14 стянутыми болтами 15 с гайками 16 (фиг. 3), хомутом, сваркой или т.п. (не показано).
Направляющая 12 (фиг. 2 и 3) может быть изготовлен в виде двух специальных пластин 17 стянутых болтами 18 с гайками 19 (фиг. 3), специального хомута или т.п. (не показано).
Траверса 5 (фиг. 2 и 3) может быть выполнена любой известной конструкции (см. патенты RU №№121529, 2324072, 2322295 или т.п.) для соединения тяги 4 с полированным штоком 6, авторы на это не претендуют.
Конструкции емкости, слива, нагнетательного насоса и распределителя могут быть различными (см. аналоги или т.п.) для регулированного последовательного подъема или опускания поршня со штоком 3, авторы на это не претендуют. Датчики и ограничители для контроля через блок управления за работой гидравлического привода при помощи распределителя и нагнетательного насоса также могут быть различной конструкции (см. аналоги или т.п.), авторы также на это не претендуют.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность гидравлического привода на фиг. 1 – 3 не показаны или показаны условно.
Гидравлический привод работает следующим образом.
Устье 1 (фиг. 1 – 3) оснащают устьевой арматурой 9 с верхним герметизирующим устье 1 фланцем 20, фиксируемым по периметру крепежными элементами 21 и 22 (фиг. 2 и 3). Одно или два близ лежащих отверстий 23 (фиг. 2) во фланце 20 место оставляют свободными, над которыми устанавливают цилиндр 2 с поршнем и штоком 3, предварительно наживляя через свободные отверстия 23 болтом(ами) 24 или шпильками с гайками (не показаны). Так как фланец 20 (фиг. 2 и 3) изначально перпендикулярен полированному штоку 6, то дополнительных операций по установке цилиндра 2 для достижения параллельности полированному штоку 6 производить не требуется. Шток 3 через переходник 10 и удлинитель 11 при помощи траверсы 5 соединяют с полированным штоком 6. Одной направляющей 12 или несколькими направляющими 12 цилиндр 2 соединяют с удлинителем 11 и/или полированным штоком 6. Чем длиннее цилиндр 2, тем большее количество направляющих 12 необходимо для устойчивости цилиндра 2 (из практики: рекомендуется одна направляющая 12 на 1 – 2 м цилиндра 2). Небольшим перемещением по фланцу 20 в радиальном направлении цилиндра 2 добиваются свободного перемещения без затягов (кратковременной остановки из-за трения) полированного штока 6 и/или удлинителя 11 в направляющей(их) 12, после чего цилиндр 2 окончательно фиксируют на фланце 20, например, болтом(ами) 24 (фиг. 2). Подводящие патрубки 7 (фиг. 2 и 3) и 8 соединяют с распределителем, который сообщают с нагнетательным насосом и через слив с емкостью, заполненною жидкостью (машинным маслом, антифризом, водой или т.п.). Последовательной закачкой через патрубки 7 и 8 жидкости в соответствующие полости цилиндра 2 жидкости их заполняют жидкостью и выдавливают остатки газа, находящегося внутри (для увеличения КПД гидравлического привода). Настраивают распределитель и нагнетательный насос на необходимую длину хода и скорость перемещения поршня со штоком 3 в цилиндре 2 соответственно. Так как применяется один цилиндр 2, то других настоек и согласования работы элементов гидравлического насоса не требуется. Ход поршня со штоком 3 и скорость их перемещения выбирают исходя из необходимой производительности штангового насоса для соответствующей скважины. Запускают в работу нагнетательный насос, подающий из емкости под давлением жидкость через нижний патрубок 8 в цилиндр 2. Под действием избыточного давления поршень со штоком 3 поднимаются вверх, увлекая за собой через переходник 10, удлинитель 11 и траверсу 5 полированный шток 6 с колонной штанг и плунжером глубинного насоса. При этом жидкость из верхней полости цилиндра 2 через верхний патрубок 7, распределитель и слив выдавливается в емкость. При достижении верхней точки хода поршня со штоком 3 распределитель переключает потоки жидкости. В результате нагнетательный насос подает под давлением жидкость через верхний патрубок 7 в цилиндр 2. Под действием избыточного давления поршень со штоком 3 опускается, а переходник 10, удлинитель 11 и траверса 5 под весом полированного штока 6 с колонной штанг и плунжером глубинного насоса также опускаются вниз. При этом жидкость из нижней полости цилиндра 2 через нижний патрубок 8, распределитель и слив выдавливается опять в емкость. Далее циклы подъема и опускания поршня со штоком 3 в цилиндре 2 поверяются, а глубинный насос выкачивает на поверхность из скважины жидкость и/или газ.
При выходе какого-либо конструктивного элемента гидравлического привода его останавливают и заменяют или ремонтируют этот элемент без разбора и демонтажа всего привода и/или устьевой арматуры 9.
Предлагаемый гидравлический привод штангового глубинного насоса прост и надежен в обслуживании и работе, соответственно, за счет использования одного поршня с цилиндром, установленного параллельно штоку, и имеющего минимальное количество простых и жестких сопрягаемых деталей.