ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая полезная модель предназначена для использования в насосном оборудовании для добычи нефти из буровых скважин.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержащий гидравлический насос с приводом от электродвигателя, гидрораспределитель (См. патент RU №117527, опубл. 27.06.2012).
Недостатком его является высокие динамические нагрузки на элементы конструкции, низкая надежность и сложность устройства.
Технической задачей предлагаемого устройства является снижения динамических нагрузок на отдельные элементы конструкции, упрощение устройства и повышение его надежности.
Для решения поставленной технической задачи гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит гидравлический насос с приводом от электродвигателя, причем, гидравлический насос связан трубопроводом с баком, содержащим рабочую жидкость и с цилиндром привода штанги, а электродвигатель соединен с рекуператором электрической энергии.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что гидравлический насос связан трубопроводом с баком, содержащим рабочую жидкость и с цилиндром привода штанги, а электродвигатель соединен с рекуператором электрической энергии.
Предлагается также вариант устройства, в котором гидравлический насос связан трубопроводом с баком, содержащим рабочую жидкость и с цилиндром привода штанги, при этом между гидравлическим насосом и цилиндром привода штанги насоса установлен дроссель одностороннего действия.
Отличительной особенность этого устройства является то, что гидравлический насос связан трубопроводом с баком, содержащим рабочую жидкость и с цилиндром привода штанги, при этом между гидравлическим насосом и цилиндром привода штанги насоса установлен дроссель одностороннего действия.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема гидравлического привода штангового скважинного насоса, на фиг. 2 схема предлагаемого варианта устройства.
Гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит гидравлический насос 1 с приводом от электродвигателя 2, причем, гидравлический насос 1 связан трубопроводом 3 с баком 4, содержащим рабочую жидкость и трубопроводом 5 со штоковой полостью 6 цилиндра 7 привода штанги. Цилиндр 7 привода штанги разделен поршнем 8 на две полости штоковую 6 и поршневую 9. Поршень 8 связан со штоком 10 соединенным со штангой 11. Поршневая полость 9 связана трубопроводом 12 через обратный клапан 13 с баком 4. При этом электродвигатель 2 соединен с рекуператором электрической энергии 14.
Кроме того, устройство по предлагаемому варианту (см. фиг. 2) содержит дроссель одностороннего действия 15, (состоящий, например, из дросселя и обратного клапана) соединенный с гидравлическим насосом 1 и цилиндром 7 привода штанги 11. Бак 4 этого устройства снабжен устройством для охлаждения масла (на рисунке не показано).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электродвигатель 2, вращаясь в соответствующем направлении, приводит в действие гидравлический насос 1, который направляет жидкость из бака 4 по трубопроводам 3 и 5 в штоковую полость 6 цилиндр 7 привода штанги. Цилиндр 7 привода штанги с помощью поршня 8 втягивает шток 10 и штангу 11 и таким образом поднимает связанную с ним колону штанг и скважинный (штанговый глубинный) насос, до достижения верхнего положения поршня 8 в цилиндре 7 привода штанги. При достижении верхнего положения вращение электродвигателя 2 плавно останавливается, при этом происходит плавное изменение направления перемещения штока 10, а электродвигатель 2 переходит в фазу рекуперативного торможения и спуска колоны штанг.
Под действием веса колоны штанг шток 10 и поршень 8 цилиндра 7 опускаются вниз, при этом жидкость из полости 6 цилиндра 7 привода штанги направляется через насос 1 в бак 4, при этом вал насоса 1 совершает вращение в обратном направлении и, выполняя функцию гидромотора, приводит в действие электродвигатель 2, вал которого в свою очередь, вращается в обратную сторону. При этом электродвигатель выполняет функцию генератора электрической энергии. Вырабатываемая при этом электроэнергия благодаря рекуператору 14 и подключенной регулируемой нагрузке может быть израсходована. Таким образом, создается тормозное усилие пропорциональное скорости перемещения штока. При достижении нижнего положения поршня вращение двигателя плавно останавливается, при этом происходит плавное изменение направление перемещения штока, двигатель переходит в рабочую фазу подъема колоны штанг. Далее цикл повторяется.
Энергия поднятой колоны штанг при спуске расходуется на вращение электромотора, который функционирует в режиме генератора, при этом за счет применения рекуператора электроэнергии происходит рекуперативное плавное торможение спуска колоны штанг, исключающее свободное падение и связанные с этим динамические нагрузки и удары, а вырабатываемая при этом электроэнергия расходуется на подключенной нагрузке.
По второму варианту исполнения при спуске насос и связанный с ним двигатель свободно вращаются в обратном направлении, не участвуя в накоплении или трате энергии, а энергия поднятой колоны штанг выделяется в дросселе одностороннего действия в виде тепловой энергии, которая нагревает рабочую жидкость. Дроссель предварительно регулируется, настраивается на оптимальный режим работы. Такой вариант так же позволяет ограничить скорость опускания колонны штанг, исключает их свободное падение и снижает связанные с этим динамические нагрузки и удары.
Что повышает безопасность и повышает срок эксплуатации всех узлов конструкции.
Предлагаемые устройства просты по конструкции, снижают затраты по ремонту и эксплуатации.
Ниже на фиг. 3 приведены динамограммы работы двух скважин.
По динамограмме первой скважины нагрузка на штоке при движении вверх составляет 4600 кГс, а при движении вниз 3000 кГс. Если принимать КПД привода 0,85, то энергия, затрачиваемая на подъем составит 135,3 кДж, а при спуске выделится 63,8 кДж энергии. При применении гидравлического привода по первому варианту на подъем затрачивается мощность 30 кВт, а при спуске выделяется мощность 12,8 кВт, при этом за 1 час работы привода будет затрачено электроэнергии 14,2 кВт*ч, а рекуперировано 6,7 кВт*ч.
По динамограмме второй скважины нагрузка на штоке при движении вверх составляет 3600 кГс, а при движении вниз 500 кГс. Если принимать КПД привода 0,85, то энергия, затрачиваемая на подъем составит 105,9 кДж, а при спуске выделится 10,6 кДж энергии. При применении гидравлического привода по первому варианту на подъем затрачивается мощность 23,4 кВт, а при спуске выделяется мощность 2,1кВт, при этом за 1 час работы привода будет затрачено электроэнергии 11,1 кВт*ч, а рекуперировано 1,1 кВт*ч. В связи с малой величиной рекуперированной энергии, применение гидравлического привода по первому варианту нерационально, и следует применять второй вариант. В таком случае энергия 1,1 кВт*ч будет переходить в тепловую энергию рабочей жидкости, и рассеиваться элементами конструкции привода в окружающую среду.