ПОГРУЖНОЙ ОБЪЕМНЫЙ НАСОС
SUBMERSIBLE VOLUMETRIC PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.
Уровень техники
Из уровня техники известна установка погружная электрогидроприводная. Известная установка содержит погружной электродвигатель, кинематически связанный с приводным насосом, гидродвигатель, содержащий два поршня, соединенных промежуточным штоком, на торце каждого из поршней установлен шток, уплотнения штоков, гидрораспределитель, гидравлически соединенный с приводным насосом и гидродвигателем, компенсатор рабочей жидкости, отводящую трубу. Две области между каждым поршнем и уплотнением штока гидравлически соединены через дроссель и (или) клапан, открывающийся по давлению, и составляют замкнутое барьерное пространство, снаружи, по крайней мере, одного штока, за его уплотнением, установлено насосное устройство, включающее корпус и клапана, каждая из двух областей барьерного пространства через свой обратный клапан гидравлически соединена с компенсатором рабочей жидкости, который гидравлически соединен с отводящей трубой (Патент РФ на изобретение №2504692, опубл. 20.01.2014).
Из уровня техники известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, известный из RU 2116512, опубл. 27.07.1998. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий кинематически связанные друг с другом погружной электродвигатель и приводной насос, а также рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами. Снабжен гидродвигателем, причем гидродвигатель и рабочий насос выполнены каждый в виде цилиндра и плунжера со штоком, штоки плунжеров соединены друг с другом, полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель с входом и выходом приводного насоса, всасывающий клапан размещен в плунжере, а нагнетательный - в верхней части цилиндра рабочего насоса, цилиндр и плунжер рабочего насоса имеют отверстия для приема добываемой жидкости, при этом агрегат снабжен баком, имеющим компенсатор объема и соединенным с входом приводного насоса.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является плунжерный погружной объемный насос. Известное устройство содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, подпоршневые полости которого подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, при этом электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса (Патент РФ на полезную модель №123857, F04B 47/08, опубл. 10.01.2013).
К недостаткам приведенных известных устройств можно отнести скопление механических примесей в полостях насоса и слабое охлаждение гидравлического масла, поскольку расположение клапанов в плунжере и в неподвижном ниппеле осложняет вынос механических примесей из верхней рабочей камеры, тем самым может происходить постепенное накопление твердых частиц, приводящих к преждевременному износу штока, его направляющих и системы уплотнений, а также к заклиниванию рабочего насоса.
Сущность изобретения
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение надежности погружного объемного насоса.
Технический результат заявленного изобретения заключается в предотвращении попадания и скопления механических примесей в рабочих полостях насоса, в улучшении охлаждения гидравлического масла, в предотвращении попадания в автоматический реверсивный клапан механических примесей из гидродвигателя, рабочего насоса и компенсационного узла и в целом в повышении надежности работы насоса, а также в облегчении спускоподъемных операций.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что погружной объемный насос, содержащий кинематически связанные друг с другом погружной маслозаполненный электродвигатель, протектор, приводной насос, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла с диафрагмой, гидрораспределитель, фильтр тонкой очистки, предохранительный клапан, фильтр, двухпоршневой рабочий насос, с всасывающими и нагнетательными клапанами, жестко связанный через шток с поршневым гидродвигателем, компенсационный узел, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса, причем поршневой рабочий насос выполнен с верхним, нижним и центральным ниппелями с образованием надпоршневых и подпоршневых областей верхнего и нижнего поршней, заполненных пластовой жидкостью, и выполненных с нагнетательными и соединительными каналами, и соединенных полым штоком, при этом верхний поршень соединен с полым плунжером, а шток гидродвигателя соединен с нижним поршнем рабочего насоса, полости поршня гидродвигателя связаны через гидрораспределитель с напорной линией приводного насоса, при этом центральный ниппель рабочего насоса выполнен с всасывающими каналами, с установленными в них всасывающими клапанами, а подпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса и подпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса через нагнетательные каналы соединены с полым штоком рабочего насоса и через полый плунжер соединены с выходом погружного объемного насоса, причем в полом штоке рабочего насоса дополнительно установлен компенсационный цилиндр, связывающий надпоршневую область нижнего поршня рабочего насоса с надпоршневой областью верхнего поршня рабочего насоса через соединительные каналы нижнего и верхнего поршней рабочего насоса, при этом в нагнетательном канале каждого поршня установлен один нагнетательный клапан, причем в центральном ниппеле рабочего поршневого насоса выполнены два всасывающих канала приема пластовой жидкости, в каждом из которых установлен всасывающий клапан, при этом погружной объемный насос дополнительно снабжен компенсационным узлом, установленным над поршневым рабочим насосом, причем упомянутые всасывающие и нагнетательные каналы выполнены с возможностью расположения всасывающих и нагнетательных клапанов так, что поток всасываемой и перекачиваемой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсационный узел выполнен поршневым, надпоршневая полость которого связана с выходом рабочего насоса, а подпоршневая - с надпоршневыми полостям гидродвигателя.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсационный узел выполнен диафрагменным, внутренняя полость которого связана с надпоршневыми полостями гидродвигателя, а внешняя поверхность связана выходом рабочего насоса.
В частном случае реализации заявленного изобретения вдоль наружной поверхности корпуса рабочего насоса с зазором от нее установлен фильтрующий модуль, диаметрально не превышающий габаритов погружного объемного насоса, при этом диаметр рабочего насоса выполнен меньше диаметра гидродвигателя и компенсационного узла на толщину устанавливаемого фильтрующего модуля.
В частном случае реализации заявленного изобретения на всасывающей и нагнетательной линиях приводного маслонасоса установлены фильтры тонкой очистки, при этом на сливной линии гидрораспределителя дополнительно установлен магнитный фильтр.
В частном случае реализации заявленного изобретения гидрораспределитель выполнен в виде автоматического реверсивного клапана.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла, внутри которого расположена напорная линия приводного насоса, расположен над приводным маслонасосом, при этом под приводным маслонасосом расположен протектор защиты электродвигателя, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса, на валу которого размещено уплотнение разделения масел маслонаноса и электродвигателя.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла может быть снабжен двумя диафрагмами, разделенными между собой дополнительным ниппелем, при этом внутри полости одной из двух диафрагм дополнительно установлен корпус, с образованием полости между внутренней поверхностью диафрагмы и наружной поверхностью корпуса.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналами, соединяющими полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналами, соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы, во внутренней полости которой дополнительно установлен корпус с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения упомянутый канал, соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы с пластовой жидкостью выполнен в корпусе компенсатора объемного расширения масла.
В частном случае реализации заявленного изобретения канал, соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы, во внутренней полости которой дополнительно установлен корпус с пластовой жидкостью, может быть выполнен в ниппеле приводного насоса или ниппеле компенсатора объемного расширения масла или дополнительном ниппеле компенсатора объемного расширения масла.
В частном случае реализации заявленного изобретения насос выполнен с каналами, соединяющими полость, образованную внутренней поверхностью корпуса протектора и наружной поверхностью диафрагмы протектора с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения насос выполнен с каналами соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса протектора и наружной поверхностью диафрагмы протектора с упомянутым масляным баком.
В частном случае реализации заявленного изобретения уплотнение разделения масла выполнено в виде торцевого уплотнения.
В частном случае реализации заявленного изобретения протектор электродвигателя выполнен поршневым.
В частном случае реализации заявленного изобретения электродвигатель, протектор электродвигателя, компенсатор объемного расширения масла, приводной насос, гидродвигатель, рабочий насос, компенсационный узел выполнены в виде единого блока.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен поршневым.
В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен шестеренчатым.
В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен аксиально-поршневым.
В частном случае реализации заявленного изобретения приводной насос выполнен радиально-поршневым.
В частном случае реализации заявленного изобретения трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью выполнены с предварительно химико-термической обработкой, повышающей их характеристики.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного погружного объемного насоса с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - нижняя часть погружного объемного насоса, где на фигурах а), б) показаны варианты исполнения приводного устройства,
Фиг. 2 - продольный разрез верхней части погружного объемного насоса, с вариантами исполнения а) и б),
Фиг. 3 - вариант установки дополнительного компенсатора объемного расширения масла над приводным насосом, где на фигурах а), б) показаны варианты с одним установленным компенсатором объемного расширения масла с вариантами выполнения каналов,
Фиг. 4 вариант установки дополнительного компенсатора объемного расширения масла над приводным насосом, где на фигурах а), б) показаны варианты с двумя установленными компенсаторами объемного расширения масла с вариантами выполнения каналов.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - погружной маслозаполненный электродвигатель; 2 - протектор; 3 - вал; 4 - приводной насос; 5 - диафрагма; 6 - корпус приводного устройства; 7 - фильтр; 8 - фильтр тонкой очистки; 9 - предохранительный клапан; 10 - гидрораспределитель; 11 - канал; 12 - канал; 13 - поршень гидродвигателя; 14 - шток поршня гидродвигателя; 15 - нижний поршень рабочего насоса; 16 - верхний поршень рабочего насоса; 17 - шток; 18 - центральный ниппель рабочего насоса; 19 - нагнетальный клапан; 20 - нагнетательный клапан; 21 - всасывающий клапан; 22 - всасывающий клапан; 23 - нагнетательный канал; 24 - поршень компенсационного узла; 25 - корпус компенсационного узла; 26 - цилиндр компенсационного узла; 27 - канал; 28 - канал; 29 - канал; 30 - всасывающий канал; 31 - нагнетательный канал; 32 - верхний ниппель рабочего насоса; 33 - нижний ниппель рабочего насоса; 34 - ниппель гидродвишгателя; 35 - ниппель компенсационного узла; 36 - ниппель; 37 - корпус гидродвигателя; 38 - корпус рабочего насоса; 39 - цилиндр гидродвигателя; 40 - канал; 41 - канал, 42 - плунжер рабочего насоса; 43 - направляющий шток; 44 - компенсационный цилиндр; 45 - всасывающий канал; 46 - нагнетательный канал; 47 - надпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 48 - подпоршневая область нижнего поршня рабочего насоса; 49 - подпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 50 - надпоршневая область верхнего поршня рабочего насоса; 51 - фильтрующий модуль; 52 - канал поршня гидродвигателя; 53 - надпоршневая область поршня гидродвигателя; 54 - подпоршневая область поршня гидродвигателя; 55 - подпоршневая область поршня компенсационного узла; 56 - надпоршневая область поршня компенсационного узла; 57 - магнитный фильтр; 58 - фильтр тонкой очистки, 59 - фильтр тонкой очистки; 60 - гидродвигатель; 61 - рабочий насос; 62 - компенсационный узел; 63 - ниппель; 64 - канал; 65 - канал; 66 - напорная линия; 67 - ниппель; 68 - корпус протектора; 69 - диафрагма; 70 - корпус компенсатора объемного расширения масла; 71 - ниппель; 72 - полость; 73 - полость; 74 - полость; 75 - полость; 76 - уплотнение; 77 - ниппель; 80 - канал; 82 - дополнительный ниппель компенсатора объемного расширения масла; 83 - канал; 84 - полость; 85 - корпус.
Раскрытие изобретения
Погружной объемный насос крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ).
Погружной объемный насос согласно одному из вариантов заявленной группы изобретений состоит из следующих, соединенных посредством ниппелей основных элементов:
погружного маслозаполненного электродвигателя, протектора, компенсатора объемного расширения масла, приводного устройства, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла.
При этом в рабочем насосе дополнительно установлен центральный ниппель.
Протектор (2) состоит из корпуса (68) и диафрагмы (69), установленной внутри корпуса (68) с образованием полости (75), при этом внутри полости диафрагмы расположен вал (3), соединяющий электродвигатель (1) и приводной насос (4).
Приводное устройство содержит установленные в корпусе (6) гидрораспределитель (10) с всасывающей и нагнетательной линиями, выполненный, например, в виде автоматического реверсивного клапана, фильтр тонкой очистки (8), предохранительный клапан (9), приводной насос (4), фильтр (7), вал (3).
Компенсатор объемного расширения масла установлен между протектором (2) и приводным устройством. При этом компенсатор объемного расширения масла образован диафрагмой (5), расположенной в корпусе (70) с образованием полости (73). Внутри полости диафрагмы расположен вал (3), соединяющий электродвигатель (1) и приводной насос (4). Таким образом, компенсатор объемного расширения масла расположен под приводным насосом.
Полость корпуса (6) приводного устройства заполнена гидравлическим маслом. Таким образом, корпус (6) приводного устройства образует масляный бак. На входе в приводной насос (4) установлен фильтр (7), а выход приводного насоса (4) через напорную линию соединен со входом гидрораспределителя (10), причем на указанной напорной линии между гидрораспределителем (10) и приводным насосом (4) установлен фильтр тонкой очистки (8) и предохранительный клапан (9).
Всасывающая и нагнетательная линии гидрораспередителя подключены к каналам (40, 41), выполненными в ниппеле (36), соединяющем гидродвигатель и приводное устройство.
Согласно одному из вариантов заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла установлен над приводным насосом (4), при этом диафрагма (5) установлена между приводным насосом (4) и гидрораспределителем (10) и ограничена корпусом (70). При этом диафрагма (5) установлена в корпусе (70) с образованием полости (73). При этом компенсатор объемного расширения масла соединен с приводным устройством, в корпусе которого установлен приводной насос (4) ниппелем (71) и с гидрораспределителем (10) ниппелем (77).
Внутри диафрагмы (5) компенсатора объемного расширения масла, расположенного над приводным насосом, расположена напорная линия (66), соединяющая приводной насос (4) и гидрораспределитель (10).
В варианте исполнения заявленного изобретения на всасывающей и нагнетательной линиях гидрораспределителя дополнительно установлены фильтры тонкой очистки (58) и (59). На выходе из гидрораспределителя установлен фильтр (57), обладающий магнитными свойствами.
Гидрораспределитель (10) с фильтрами тонкой очистки (58, 59, 8, 57, 7) и предохранительным клапаном (9), предназначенный для управления напорной линией (66) приводного насоса (4), связан с гидродвигателем через всасывающаю и нагнетательнаю линии гидрораспередителя и каналов (40, 41), выполненных в ниппеле (36).
Дополнительно установленные три фильтра тонкой очистки позволяют предотвратить попадание в гидрораспределитель механических примесей из гидродвигателя, рабочего насоса и компенсационного узла. Данное решение также позволяет улучшить общую фильтрацию установки, а постоянная смена направления гидравлического потока по упомянутым линиям обеспечивает самоочищение и регенерацию этих фильтров. Магнитный фильтр обеспечивает дополнительную защиту приводного насоса (4) от продуктов механического износа. Указанные технические решения позволяют повысить надежность и безотказность работы приводного устройства и всего насоса в целом.
При этом внутренняя полость диафрагмы (69) протектора (2) заполнена маслом электродвигателя. В ниппеле (63), соединяющем протектор и приводное устройство, или в ниппеле (67), соединяющем электродвигатель и протектор, выполнен канал (64).
При этом канал (64) может быть выполнен соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (68) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (69) с пластовой жидкостью. Указанное выполнение канала (64) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя. Также канал (64) может быть выполнен соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (68) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (69) с упомянутым масляным баком. Указанное выполнение канала (64) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя посредством передачи давления гидравлическим маслом в масляном баке.
Также упомянутый канал (64) может быть выполнен в ниппеле (67) соединяющим электродвигатель и протектор (аналогично выполнению упомянутого канала (64) в ниппеле, соединяющем протектор и приводное устройство) и соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (68) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (69) с пластовой жидкостью. Указанное выполнение канала (64) в ниппеле (67) или (63) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя.
В ниппеле (63) и на валу (3) установлено уплотнение (76) для разделения и предотвращения утечек гидравлического масла и масла электродвигателя по валу (3).
На входе в приводной насос (4) установлен фильтр (7), а выход приводного насоса (4) соединен с гидрораспределителем (10) посредством напорной линии (66).
Внутренняя полость диафрагмы (5), а также полость, образованная внутренней поверхностью корпуса приводного устройства (6), объединены в масляный бак, заполненный гидравлическим маслом.
При этом компенсатор объемного расширения масла может быть снабжен двумя диафрагмами (5), разделенными дополнительным ниппелем (82).
Упомянутые диафрагмы расположены внутри корпуса (70) компенсатора объемного расширения масла между ниппелями (71) и (82) и ниппелями (82) и (77) соответственно. При этом между ниппелями (71) и (82) или ниппелями (82) и (77) установлен корпус (85) внутри полости одной из двух диафрагм (5). Корпус (85) установлен с образованием полости между внутренней поверхностью диафрагмы (5) и наружной поверхностью корпуса (85). При этом упомянутый корпус (85) может быть установлен внутри полости одной из двух диафрагм 6 (5) между ниппелем (77) и (82) или между ниппелем (82) и (71).
При этом в ниппеле (82) выполнен канал (83), соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (70) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью одной из диафрагмы (5) с полостью, образованной внутренней поверхностью другой диафрагмы (5) и наружной поверхностью корпуса (85).
Компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналом (80 или 65), соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (70) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы (5) с пластовой жидкостью, или с каналом (80 или 65), соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (70) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы (5), во внутренней полости которой установлен упомянутый корпус (85) с пластовой жидкостью.
При этом упомянутый канал (65) выполнен в корпусе (70) компенсатора объемного расширения масла, а упомянутый канал (80) может быть выполнен в ниппеле (71), или ниппеле (77), или ниппеле (82).
Указанное выполнение канала (65 и 80) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри упомянутого масляного бака для выравнивания затрубного давления и давления внутри упомянутого масляного бака.
Упомянутый канал (64) выполнен таким образом, что гидравлическая жидкость попадает в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (6) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (69). Такая компоновка позволяет исключить попадание пластовой жидкости в погружной электродвигатель в случае разрушения диафрагмы (5). В данной схеме диафрагма (5) выравнивает давление между пластовой жидкостью и гидравлическим маслом, а гидравлическое масло в свою очередь передает это давление на масло электродвигателя, тем самым выравнивая давление между маслом электродвигателя и пластовой жидкостью.
В упомянутых каналах (65, 80 и 64) могут быть дополнительно установлены обратные клапаны, предотвращающие пульсацию диафрагм (5) и (69).
Приведенные технические решения, а именно расположенный над приводным насосом компенсатора объемного расширения масла, позволяет значительно увеличить полезный объем упомянутого масляного бака, также это позволило увеличить полезную длину масляного бака, которая обеспечивает лучшую смешиваемость гидравлического масла, вытекающего из сливной линии с маслом масляного бака, которое поступает на прием приводного насоса через фильтр более охлажденное, благодаря дополнительно появившейся площади охлаждения гидравлического масла на всей длине компенсатора объемного расширения масла.
Расположенный под приводным маслонасосом протектор электродвигателя позволяет отказаться от необходимости сложного монтажа протектора на устье скважины и последующей его прокачки маслом.
Совмещение погружного электродвигателя, протектора электродвигателя, приводного устройства, компенсатора объемного расширения масла, гидравлического узла, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла в едином корпусе позволяет сделать насос более коротким, произвести закачку всех масел на заводе-изготовителе, установить все необходимые муфты на этапе сборки насоса и проверить работоспособность всего насоса в условиях завода, тем самым исключить операции и, соответственно, снизить риски, связанные с монтажом отдельных узлов и деталей насоса непосредственно на устье скважины, а также позволит уменьшить время монтажа и спускоподъемных операций установки, тем самым уменьшить стоимость этих операций.
Гидродвигатель состоит из корпуса (37), поршня гидродвигателя (13), направляющего штока (43), штока поршня (14) гидродвигателя, цилиндра (39) и ниппеля гидродвигателя (34). Причем в ниппеле (34) гидродвигателя выполнен канал (11). Направляющий шток (43) выполнен полым, внутренняя полость которого образовывает канал (12), а в поршне (13) гидродвигателя выполнены каналы (52), являющиеся продолжениями канала (12). Цилиндр (39) установлен в корпусе (37) гидродвигателя, между ниппелем (36) и ниппелем (34) с зазором от корпуса (37) гидродвигателя.
Рабочий насос состоит из корпуса (38), нижнего ниппеля рабочего насоса (33), штока (17), двух поршней рабочего насоса - нижнего (15) и верхнего (16), центрального ниппеля (18) рабочего насоса, верхнего ниппеля (32) рабочего насоса и компенсационного цилиндра (44).
Поршни рабочего насоса (15, 16) жестко соединены между собой полым штоком (17). В свою очередь верхний поршень (16) жестко соединен с плунжером рабочего насоса (42), при этом плунжер (42) рабочего насоса выполнен полым. Нижний поршень (15) рабочего насоса жестко соединен со штоком (14) поршня гидродвигателя.
Внутри штока (17) дополнительно установлен полый компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образовывает канал (28). Внутренняя полость штока (17) образовывает нагнетательный канал (23). Канал (28) соединяет подпоршневую зону рабочего поршня (15) и надпоршневую зону рабочего поршня (16) для обеспечения перетекания компенсационного масла из одной зоны в другую.
В нижнем поршне (15) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).
Также в верхнем (16) и нижнем (15) поршнях рабочего насоса дополнительно выполнены соединительные каналы.
Между нижним поршнем (15) рабочего насоса и верхним поршнем (16) рабочего насоса установлен центральный ниппель (18), внутри которого проходит шток (17) рабочего насоса.
Причем в верхнем ниппеле (32) рабочего насоса выполнен канал (27), а в центральном ниппеле (18) рабочего насоса выполнены два всасывающих канала (45 и 30), при этом в каждом канале (45 и 30) установлены всасывающие клапаны (21, 22).
Компенсационный узел состоит из корпуса (25), ниппеля (35) компенсационного узла, поршня (24), цилиндра (26). Цилиндр (26) установлен в корпусе (25) компенсационного узла, между ниппелем (35) и ниппелем (32) с зазором от корпуса. Поршень (24) расположен внутри корпуса (25) и выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательных движений внутри цилиндра (26).
В частном случае реализации заявленного устройства по настоящему изобретению в компенсационном узле вместо поршня может быть установлена диафрагма.
Причем в ниппеле (35) компенсационного узла выполнен канал (29).
Указанные конструктивные элементы объединены в единую конструкцию с конструктивной взаимосвязью погружного объемного насоса, а именно: вал электродвигателя (1) через муфту соединен с валом протектора(2), который в свою очередь соединен посредством вала (3) с валом приводного насоса (4), например шестеренчатого; приводное устройство соединено с гидродвигателем ниппелем (36) приводного устройства, гидродвигатель соединен с рабочим насосом нижним ниппелем (33) рабочего насоса и жестко связан через шток (14) с рабочим насосом, рабочий насос соединен с компенсационным узлом ниппелем (35) компенсационного узла.
Причем указанные конструктивные элементы погружного объемного насоса объединены функциональной взаимосвязью следующим образом.
Гидрораспределитель (10) установлен на напорной линии приводного насоса (4). Приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) и каналы (40, 41) соединен с гидродвигателем. Канал (40) соединен с полостью цилиндра (39) и далее по каналу (12) внутренней полости направляющего штока (43) с каналами (52) поршня гидродвигателя. Таким образом, приводной насос (4) через гидрораспределитель (10) гидравлически связан с надпоршневой областью (53) поршня (13) гидродвигателя (13). Канал (41) соединен через зазор, образованный корпусом (37) гидродвигателя и цилиндром (39) с каналом (11). Таким образом, приводной насос (4) через автоматический реверсивный клапан (10) гидравлически связан с подпоршневой областью (54) поршня (13) гидродвигателя.
Использование внутренней полости направляющего штока (43) гидродвигателя и зазора, образованного корпусом (37) гидродвигателя и цилиндром (39) гидродвигателя, позволило разместить два управляющих канала (11, 12) внутри самого насоса.
Поршень гидродвигателя (13) жестко связан с поршнем рабочего насоса (15) через шток поршня гидродвигателя (14).
Рабочий насос состоит из корпуса (38), нижнего ниппеля рабочего насоса (33), штока (17), двух поршней рабочего насоса - нижнего (15) и верхнего (16), центрального ниппеля (18) рабочего насоса, верхнего ниппеля (32) рабочего насоса, компенсационного цилиндра (44) и фильтрующего модуля (51).
Поршни рабочего насоса (15, 16) жестко соединены между собой полым штоком (17). В свою очередь верхний поршень (16) жестко соединен с плунжером рабочего насоса (42), при этом плунжер (42) рабочего насоса выполнен полым. Нижний поршень (15) рабочего насоса жестко соединен со штоком (14) поршня гидродвигателя.
Шток (17) выполнен полым, а его внутренняя полость образовывает нагнетательный канал (23), связывающий надпоршневую область (47) нижнего поршня (15) рабочего насоса через нагнетательный канал (31) и подпоршневую область (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса через нагнетательный канал (46) и через полый плунжер (42) с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.
Внутри штока (17) установлен компенсационный цилиндр (44), внутренняя полость которого образовывает канал (28), связывающий подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса с надпоршневой областью (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса, через выполненные в верхнем (16) и нижнем (15) поршнях рабочего насоса соединительные каналы.
В нижнем поршне (15) рабочего насоса дополнительно выполнен нагнетательный канал (31), в котором расположен нагнетательный клапан (19), а в верхнем поршне (16) рабочего насоса выполнен нагнетательный канал (46), в котором установлен нагнетательный клапан (20).
Причем в верхнем ниппеле (32) рабочего насоса выполнен канал (27), а в центральном ниппеле (18) рабочего насоса выполнены два всасывающих канала (45 и 30), при этом в каждом канале (45 и 30) установлены всасывающие клапаны (21, 22).
Каналы (30, 45) выполнены в ниппеле (18) таким образом, чтобы всасывающаяся пластовая жидкость проходила через всасывающие клапаны (21) и (22) снизу вверх. Выполнение всасывающих каналов (30, 45) позволяющими расположить всасывающие клапаны (21), (22) так, что поток всасываемой пластовой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны, в результате чего не образуется отстойных зон для накопления и осаждения механических примесей внутри всасывающих клапанов, содержащихся в всасываемой пластовой жидкости.
Каналы (31, 46) выполнены в поршнях рабочего насоса (15, 16) таким образом, чтобы перекачиваемая пластовая жидкость проходила через нагнетательные клапаны (19) и (20) снизу вверх. Выполнение нагнетательных каналов (31, 46) позволяющими расположить нагнетательные клапаны (19), (20) так, что поток перекачиваемой жидкости проходит снизу вверх через эти клапаны, в результате чего не образуется отстойных зон для накопления и осаждения механических примесей внутри нагнетательных клапанов, содержащихся в перекачиваемой пластовой жидкости.
Канал (45), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса.
Канал (30), выполненный в центральном ниппеле (18), связан с подпоршневой областью (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса.
Надпоршневая область (50) верхнего поршня (16) рабочего насоса связана с подпоршневой областью (55) поршня (24) компенсационного узла через канал (27) и канал (28).
Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла заполнена гидравлическим маслом. Надпоршневая область (56) поршня (24) компенсационного узла через канал (29) связана с выходом погружного объемного насоса в колонну НКТ.
Подпоршневая область (55) поршня (24) компенсационного узла связана с надпоршневой областью (47) нижнего поршня рабочего насоса через канал (28) и канал (27).
Всасывающаяся пластовая жидкость, проходя через всасывающий клапан (21), проходя по всасывающему каналу (30), поступает в подпоршневую область нижнего поршня (15) рабочего насоса, а проходя через всасывающий канал (45) и всасывающий клапан (22) поступает в подпоршневую область верхнего поршня (16) рабочего насоса.
В варианте исполнения погружного объемного насоса рабочий насос дополнительно содержит фильтрующий модуль (51). При этом поршни (15, 16) рабочего насоса выполнены в диаметре меньше диаметра поршня (13) гидродвигателя. Корпус (38) рабочего насоса выполнен в диаметре меньше диаметра корпуса (25) компенсационного узла и корпуса (37) гидродвигателя. В результате указанного исполнения упомянутых конструктивных элементов образовывается ниша. В указанную нишу установлен фильтрующий модуль (51), например щелевая фильтрующая сетка, установочный диаметр которой не превышает диаметральных размеров погружного объемного насоса. Фильтрующий модуль (51), диаметрально не превышающий габаритов ниппелей (32, 18, 33) рабочего насоса, установлен коаксиально поверх корпуса рабочего насоса (38) с зазором. Таким образом, диаметр рабочего насоса меньше диаметра всей установки на толщину упомянутого фильтрующего модуля (51) и на величину упомянутого зазора. Фильтрующий модуль (45) установлен коаксиально снаружи корпуса рабочего насоса (38) с зазором.
Всасывающаяся пластовая жидкость, проходя через фильтрующий модуль (51) во всасывающие клапаны (22) и (21), проходя по всасывающим каналам (45) и (30), поступает в подпоршневую область (49) верхнего поршня (16) рабочего насоса и в подпоршневую область (48) нижнего поршня (15) рабочего насоса.
Все трущиеся поверхности и/или поверхности, имеющие контакт с перекачиваемой жидкостью, подвергаются химико-термической обработке, повышающей их характеристики, например хромирование, борирование, азотирование и т.п.
В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса протектор электродвигателя и компенсатор объемного расширения масла выполнены в виде единого блока.
В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса гидрокомпинсатор выполнен виде диафрагмы.
В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен шестеренчатым.
В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса приводной насос выполнен аксиально-поршневым.
В варианте исполнения заявленного погружного объемного насоса в компенсационном узле вместо поршня установлена диафрагма.
Погружной объемный насос крепится к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на чертеже не показано).
Погружной объемный насос работает следующим образом.
Перед погружением установки в скважину полости электродвигателя (1) с протектором (2) и система гидропривода заполняются очищенным маслом, соответствующим рабочему температурному режиму.
При погружении установки в нефтяной пласт добываемая жидкость втекает в полости рабочего насоса, соответственно, через всасывающие клапаны (21) и (22). Под действием гидростатического давления нагнетательные клапаны (19, 20) открываются, и жидкость заполняет канал (23) и колонну НКТ до уровня пласта.
При включении электродвигателя (1) начинает работать приводной насос (4), который через автоматический реверсивный клапан (10) подает масло в одну из полостей гидродвигателя. Если масло по каналу (11) подается под поршень (13), нижний поршень (15) перемещается вверх, всасывает жидкость по каналу (31) и выталкивает добываемую жидкость через клапан (19) по каналу (23) в колонну НКТ. Верхний поршень (16) также перемещается вверх и заполняет добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (22), полость рабочего насоса. Одновременно с этим идет слив масла по каналу (12) из полости над поршнем (13). При достижении поршнем (13) крайнего положения давление под ним возрастает и автоматический реверсивный клапан (10) переключает нагнетательную и сливную линии. Рабочий насос совершает обратный ход, выталкивая верхним поршнем (16) через клапан (20) добываемую жидкость в колонну НКТ. Нижний поршень (15), двигаясь вниз, заполняет полость рабочего насоса добываемой жидкостью, проходящей через всасывающий клапан (21) по каналу (30).
Полость под поршнем (24) компенсационного узла в процессе работы всегда находится под давлением благодаря связи каналом (29) надпоршневой полости с выходом рабочего насоса. В результате давление в подпоршневой полости компенсатора передается по каналам (27) и (28) в надпоршневую и подпоршневую полости рабочего насоса. Благодаря этому попадание перекачиваемой жидкости в гидравлическое масло исключается.
Приведенные технические решения, а именно вертикальное расположение всасывающих и нагнетательных клапанов, позволят предотвратить скопление механических примесей в рабочей полости насоса и, тем самым, повысить надежность работы насоса.