ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД СКВАЖИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.
Известен гидравлический привод (А.Г.Молчанов. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. М.: Недра, 1982, с.25-26, рис.1.9), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, имеющий шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями.
Такой привод имеет сложную гидравлическую схему, что объясняется наличием двух замкнутых гидравлических контуров, а, следовательно, наличием двух узлов компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутых гидравлических контуров.
6
6
Известны также гидравлические приводы подъемного устройства (патент RU 2134360, МПК F 04 В 47/04, пат. RU №2193111, МПКF 04 B 47/04, опубл. 2002 г.), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, одна из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, одна из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.
Такие приводы имеют более простую гидравлическую схему, так как содержат один замкнутый гидравлический контур с одним узлом компенсации утечек рабочей жидкости.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат.
RU №2193111), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром.
Однако, такой привод не надежен в работе на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т.п.), так как при увеличении размаха нагрузки на скважине увеличивается давление жидкости в плунжерной полости тандемного цилиндра, соединенной через гидрораспределитель с насосом и сливом по сравнению с давлением в замкнутом гидравлическом контуре. Под действием этой разницы давления происходит перемещение плунжера насоса системы компенсации утечек и подкачка жидкости в замкнутый контур, что приводит к переполнению замкнутого гидравлического контура и остановке насоса.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы насосной установки за счет обеспечения возможности срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.
Поставленная задача достигается за счет усовершенствования гидравлического привода скважинного насоса, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей -
двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром,
Это усовершенствование заключается в том, что плунжерный насос системы компенсации утечек выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжер большего диаметра расположен в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями.
Выполнение плунжерного насоса системы компенсации утечек в виде мультипликатора давления, расположение при этом плунжера меньшего диаметра во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжера большего диаметра в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями, позволяет обеспечить подпитку жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки за счет обеспечения подпитки жидкости только при перемещении плунжера насоса системы компенсации утечек, независимо от соотношения давлений в полостях.
Полезная модель поясняется чертежом, где изображена гидравлическая схема предлагаемого привода.
Гидравлический привод скважинного насоса содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на поршневую 3 и штоковую 4 полости,
и вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с расположенными на его концах поршнями 7 и 8, установленными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 образуют четыре полости - две поршневые 10 и 11 и две штоковые 12 и 13. Полость 10 соединена с источником сжатого газа - емкостью 14, штоковая полость 12 соединена через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, а вторая штоковая полость 13 соединена трубопроводом 18 со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 19 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Поршень 2 рабочего цилиндра 1 штоком 20 соединен с колонной штанг 21, связанной с поршнем скважинного насоса. Поршневая полость 3 рабочего цилиндра 1 соединена со сливом 17 трубопроводом 22 с обратным клапаном 23. Система компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура (полость 13, трубопровод 18, полость 4) содержит плунжерный насос 24, полость 25 которого соединена с всасывающей линией 26 с обратным клапаном 27, соединенной через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, и нагнетательной линией 28 с обратным клапаном 29, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром. Плунжерный насос 24 выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер 30 меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости 11 тандемного цилиндра 5 с возможностью взаимодействия с поршнем 7 тандемного цилиндра 5 при увеличении его хода из-за уменьшения объема жидкости в замкнутом контуре, а плунжер 31 большего диаметра расположен в полости 25 плунжерного насоса 24. Штоковая полость 32 плунжерного насоса 24 соединена с атмосферой или, как показано на чертеже, - трубопроводом 33 со сливом 17. Работа гидропривода происходит следующим образом. Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем по чертежу положении. Штоковые полости 12 и 13 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью,
а полость 10 и емкость 14 - сжиженным газом. Давление этого газа передается через поршень 8 на жидкость в полости 13 и через трубопровод 18 на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 20 и колонны штанг 21 скважинного насоса (не показан).
При подаче жидкости от насоса 16 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, показанном на чертеже) в полость 12 поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 13 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 20, связанный с колонной штанг 21. Одновременно рабочая жидкость подается через открытый обратный клапан 27 по трубопроводу 26 в полость 25 плунжерного насоса 24 системы компенсации утечек, перемещая плунжеры 30 и 31 вниз. При этом рабочая жидкость, попадающая в штоковую полость 32, по трубопроводу 33 вытесняется на слив 17. При нехватке рабочей жидкости из-за возможных утечек в замкнутом гидравлическом контуре (полость 13, трубопровод 18, полость 4) величина хода поршней 7 и 8 (вверх по чертежу) увеличивается. Поршень 7 воздействуя на торец плунжера 30 меньшего диаметра, перемещает его вверх вместе с плунжером 31, который, создает давление, закрывающее клапан 27 и открывающее клапан 29. При этом рабочая жидкость из полости 25 через открытый клапан 29 по трубопроводу 28 поступает в замкнутый гидравлический контур. За счет разности площадей поршня 7 и плунжера 31 давление в полости 25, создаваемое при перемещении плунжера 31, всегда будет превышать давление в замкнутом гидравлическом контуре, что обеспечивает надежную подпитку рабочей жидкости в этот контур только при воздействии поршня 7 на торец плунжера 30.
При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое
(по чертежу) положение. Рабочая жидкость от насоса 16 через гидрораспределитель 15 по трубопроводу 19 поступает в поршневую полость 11 тандемного цилиндра 5, перемещая поршень 7 и связанный с ним поршень 8 вниз, сжимая газ в полости 10. При движении вниз поршня 8 жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 по трубопроводу 18 перетекает в штоковую полость 13 тандемного цилиндра 5, не препятствуя поршню 2 перемещаться вниз под действием собственного веса и веса штока 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 21. При этом за счет разности площадей плунжеров 30 и 31 подпитка рабочей жидкости в полость 13 замкнутого гидравлического контура не происходит независимо от соотношения давлений в полостях 11 и 13, определяемым сопротивлением движению штанг в скважине (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т. п.). В процессе работы в поршневой полости 3 рабочего цилиндра 1 из-за возможных утечек в уплотнении поршня 2 накапливается рабочая жидкость, под давлением которой открывается обратный клапан 23, и эта жидкость по трубопроводу 22 поступает на слив 17. Жидкость, которая накапливается в полости 32 из-за возможных утечек по трубопроводу 33 поступает на слив 17.
Таким образом, предлагаемый привод позволяет повысить надежность работы насосной установки на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса, за счет обеспечения возможности надежного срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.