ГИДРОПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности и может использоваться для подъема жидкости из скважин штанговыми насосами.
Известен гидропривод штангового скважинного насоса по патенту RU 75873, содержащий раму, гидроцилиндр, соединенный напорным и сливным гидропроводами с насосной станцией. К штоку силового гидроцилиндра прикреплен шток скважинного насоса. В насосной станции установлена система управления.
Недостатком известного гидропривода является отсутствие в нем узла аккумулирования потенциальной энергии поднятых вверх штанг скважинного насоса при достижении штоком силового гидроцилиндра верхней точки его рабочего хода.
Известен гидропривод штангового скважинного насоса по патенту RU 2278995, принятый за прототип, содержащий силовой гидроцилиндр, к штоку которого прикреплен шток глубинного насоса, гидробак, гидронасос, соединенный посредством муфты с электродвигателем, а также узел аккумулирования энергии в виде маховика, установленного в подшипниках и вал которого соединен посредством муфты с приводным электродвигателем.
Недостатками прототипа являются:
- сложность выполнения узла, аккумулирующего энергию за счет наличия в нем значительного количества деталей, а именно маховика, вала маховика, двух подшипников, муфты, соединяющей вал маховика с валом электродвигателя;
- невозможность рекуперации потенциальной механической энергии в электрическую, что снижает КПД гиропривода.
Задачей и техническим результатом предложенной полезной модели является повышение КПД гидропривода путем создания возможности рекуперации потенциальной механической энергии поднятых вверх штанг скважинного насоса в электрическую энергию при одновременном упрощении устройства аккумуляции и рекуперации энергии.
Задача и технический результат полезной модели достигаются тем, что в гидроприводе штангового скважинного насоса, содержащем силовой гидроцилиндр, гидробак, приводной электродвигатель, напорный трубопровод, согласно полезной модели, в качестве приводного электродвигателя применен двигатель-генератор, а в качестве силового гидронасоса применен насос-мотор.
Гидропривод штангового скважинного насоса снабжен преобразователем электроэнергии, электрически связанным с двигателем-генератором.
Гидропривод штангового скважинного насоса снабжен электронной системой управления.
Гидропривод штангового скважинного насоса снабжен электроприводным клапаном, установленным в напорном трубопроводе.
Применение в качестве приводного электродвигателя двигатель-генератора, а в качестве силового гидронасоса - насос-мотора, позволяет при движении колонны насосных штанг вниз под действием своего веса, и создавая при этом значительное давление рабочей жидкости в штоковой полости силового гидроцилиндра, воздействовать на насос-мотор, который начинает работать как мотор, вращая при этом вал двигатель-генератора, который начинает работать как генератор.
Вырабатываемая двигатель-генератором электроэнергия через преобразователь подается в питающую сеть. Это позволяет произвести аккумуляцию и рекуперацию потенциальной механической энергии поднятой вверх колонны насосных штанг, повышая тем самым КПД гидропривода штангового скважинного насоса.
Приведенным выше решением достигается также упрощение конструкции гидропривода, так как в этом случае нет необходимости применять для аккумуляции энергии маховик и сопутствующие ему другие механические устройства.
На рисунке приведена принципиальная схема гидропрнивода штангового скважинного наоса.
Гидропривод содержит силовой гидроцилиндр 1 с поршнем 2, шток 3 которого посредством муфты 4 соединен с колонной 5 насосных штанг скважинного насоса, а также гидробак 6, приводной двигатель-генератор 7, вал которого посредством муфты 8 соединен с валом насос-мотора 9, а также преобразователь 10, наделенный функцией рекуперации электроэнергии в сеть, электронную систему 11 управления приводом, электроприводной клапан 12, датчик давления 13, датчики 14 и 15 положения штока гидроцилиндра, напорный маслопровод 16, сливные маслопроводы 17.
Гидропривод штангового скважинного насоса работает следующим образом.
Перед началом работы электронная система 11 управления гидроприводом, протестировав параметры составляющих гидропривода, подает сигнал клапану 12 и преобразователю 10 на начало движения поршня 2 со штоком 3 вверх. При этом клапан 12 открывает линию напорного маслопровода 16, двигатель-генератор 7 начинает работать в режиме двигателя, а насос-мотор 9 - в режиме насоса.
Рабочая жидкость под давлением подается из гидробака 6 в штоковую полость силового гидроцилиндра 1, шток 3 гидроцилиндра 1 движется вверх, увлекая за собой муфту 4 колонны 5 насосных штанг. Совершается рабочий ход скважинного насоса, при котором из скважины извлекается порция пластовой жидкости.
При прохождении муфтой 4 верхнего датчика 14 положения штока 3, датчик 14 вырабатывает сигнал, поступающий на электронную систему 11 управления приводом, которая подает сигнал на преобразователь 10, после чего начинается плавное уменьшение числа оборотов вала насос-мотора 9, при этом происходит плавное торможение штока 3 гидроцилиндра 1 и колонны 5 насосных штанг.
Затем электронная система 11 управления приводом выдает сигнал преобразователю 10 на движение поршня 2 и штока 3 вниз. Вес колонны 5 насосных штанг создает давление рабочей жидкости в штоковой полости гидроцилиндра 1, которая, воздействуя на насос-мотор 9, начинает вращать его вал в режиме мотора. Вал насос-мотора 9 через муфту 8 начинает вращать вал двигатель-генератора 7 в режиме генератора. Шток 3 и колонна 5 насосных штанг плавно движутся вниз. Вырабатываемая двигатель-генератором 7 электроэнергия через преобразователь 10 подается в питающую электросеть.
За счет этого происходит рекуперация механической потенциальной энергии колонны насосных штанг в электрическую энергию.
При прохождении муфтой 4 нижнего датчика 15 положения штока 3 датчик 15 вырабатывает сигнал, поступающий на электронную систему 11 управления приводом, которая подает сигнал на преобразователь 10, что способствует плавному уменьшению числа оборотов вала двигатель-генератора 7, при этом происходит плавное торможение штока 3 гидроцилиндра 1 и колонны 5 насосных штанг.
Затем электронная система 11 подает сигнал преобразователю 10 на движение штока 3 вверх и цикл работы гидропривода повторяется.
С помощью датчика 13 производятся измерения давления рабочей жидкости, вычисление нагрузки на шток 2 и построение динамограмм.
Клапан 12 служит для перекрытия напорной линии гидропривода при аварийных или плановых отключениях электроэнергии.