СКВАЖИННЫЙ НАСОС ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин, например, нефти из скважин.
Известен скважинный насосный агрегат, который содержит установленный в цилиндре с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения и выполненный в виде двух участков разного диаметра полый плунжер с всасывающим и нагнетательным клапанами (клапанами плунжера). В цилиндре образованы верхняя и нижняя камеры, верхняя камера имеет перекрытое нагнетательным клапаном отверстие, а нижняя, как минимум, одним отверстием соединена с полостью плунжера, которая через всасывающий клапан соединена с приемом перекачиваемой жидкости. Участок плунжера большего диаметра имеет возможность расположения в верхней и нижней камерах, а участок меньшего диаметра - в нижней. Полость плунжера разделена, как минимум, одним промежуточным клапаном (см. патент РФ №2173404 кл. F04B 47/08 04.04.2000).
Использование этого изобретения повышает подачу насоса в скважинах с высоким газовым фактором. Однако, подача насоса происходит только при ходе плунжеров вверх. Обратный ход является «холостым», что снижает КПД данного насоса.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат для добычи нефти, содержащий масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, а гидродвигатель снабжен ограничителем хода поршня с путевым распределителем, при этом рабочий поршневой насос снабжен перепускной магистралью, дополнительным поршневым цилиндром с дополнительным поршнем и размещенным в последнем дополнительным всасывающим подпружиненным клапаном, дополнительный поршень жестко соединен посредством промежуточного штока с расположенным ниже него поршнем рабочего поршневого насоса, полости поршневых цилиндров разделены золотником распределителя откачиваемой среды, в стенке распределителя откачиваемой среды выполнены два ряда отверстий для сообщения рабочих полостей насоса с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны, охватывающей оба поршневые цилиндры, причем перепускная магистраль снабжена распределительным клапаном, расположенным между рядами отверстий распределителя откачиваемой среды, и выше дополнительного поршневого цилиндра подключена к нагнетательному клапану. Повышение производительности достигается за счет того, что рабочий поршневой насос выполнен двухпоршневым, при этом происходит попеременная подача потребителю откачиваемой из скважины среды из двух поршневых цилиндров. Таким образом при обратном ходе поршня потребителю производят подачу откачанной из скважины среды из дополнительного поршневого цилиндра, а при обратном ходе дополнительного поршня подача потребителю откачанной среды производится из ”основного” поршневого цилиндра, что позволяет поднять производительность агрегата в 2 раза. (см. патент РФ №2235907, кл. F04B 47/08. 14.04.2003).
Однако, данная конструкция представляется недостаточно надежной из-за наличия дополнительных разделительных клапанов в перепускной магистрали, а так же наличием золотника распределителя откачиваемой среды, работающего при больших перепадах давления в абразиво содержащей пластовой жидкости.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности и упрощение конструкции скважинного насоса двойного действия..
Указанная задача решается за счет того, что скважинный насос двойного действия включает в себя погружной электродвигатель с гидрозащитой, привод рабочего насоса и рабочий насос. Привод скважинного насоса двойного действия может представлять собой гидропривод, шарико-винтовую передачу или другую передачу, преобразующую вращательное движение в возвратно-поступательное. Также в качестве привода может быть использован линейный электродвигатель. Рабочий насос состоит из верхнего цилиндра и плунжера и нижнего цилиндра и плунжера. Цилиндры последовательно соединены между собой муфтами, плунжеры жестко соединены между собой штоком. Диаметр верхнего цилиндра и плунжера имеет больший размер, чем диаметр нижнего цилиндра и плунжера. Рабочий насос крепится к приводу рабочего насоса с помощью основания, в котором установлены уплотнения, препятствующие попаданию пластовой жидкости внутрь привода. Плунжер большего диаметра полый и имеет нагнетательный клапан. Плунжер меньшего диаметра выполнен в виде монолитного штока и соединен с приводом посредством полированного штока. Пространство цилиндра под плунжером меньшего диаметра постоянно соединено с затрубным кольцевым пространством. Скважинный насос двойного действия снабжен перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны охватывающей цилиндр большего диаметра. Перепускная магистраль соединяется с полостью под верхним плунжером и полостью над нижним плунжером посредством, как минимум, одного отверстия, расположенного в муфте, соединяющей цилиндры. Пространство цилиндра над плунжером большего диаметра соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия в корпусе и всасывающего клапана, установленного в перегородке с отверстиями для прохода нефти из скважины в цилиндр большего диаметра и отверстиями для прохода нефти из перепускной магистрали в колонну насосно-компрессорных труб. В результате, за счет обеспечения перераспределения подачи откачиваемой среды на период хода плунжера вверх и на период хода плунжеров вниз, достигается повышение надежности за счет снижения осевой нагрузки на шток соединяющий плунжеры и полированный шток, упрощается конструкция насоса.
На чертеже изображен продольный разрез скважинного насоса двойного действия
Скважинный насос двойного действия содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2, привод рабочего насоса 3 и рабочий насос, включающий нижний цилиндр 4 меньшего диаметра с монолитным плунжером 5 и верхний цилиндр 6 большего диаметра с полым плунжером 7, снабженным нагнетательным клапаном 8. Плунжер большего диаметра и плунжер меньшего диаметра соединены между собой штоком 9.Плунжер меньшего диаметра 5 соединен с приводом посредством полированного штока 10. Пространство цилиндра под плунжером меньшего диаметра постоянно соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия 20.Рабочий насос крепится к приводу 3 с помощью основания 11, в котором установлены уплотнения 12, препятствующие попаданию пластовой жидкости внутрь привода. Скважинный насос двойного действия снабжен перепускной магистралью 22, образованной посредством оболочки 13, с внешней стороны охватывающей цилиндр большего диаметра 6. Перепускная магистраль 22 соединяется с полостью под верхним плунжером 7 и полостью над нижним плунжером 5 посредством, как минимум, одного отверстия 14, расположенного в муфте 25,соединяющей верхний 6 и нижний 4 цилиндры. Пространство цилиндра над плунжером большего диаметра соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия 23 и всасывающего клапана 15, установленного в перегородке 21 с отверстием 16 для прохода нефти из полости над всасывающим клапаном в цилиндр большего диаметра и отверстием 17 для прохода нефти из перепускной магистрали в колонну. В верхней части рабочего насоса расположена ловильная головка 18, в которую может быть установлен обратный клапан 19. Привод 3 скважинного насоса двойного действия может представлять собой гидропривод, шарико-винтовую передачу или другую передачу, преобразующую вращательное движение в возвратно-поступательное. Также в качестве привода может быть использован линейный электродвигатель.
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.
При спуске насосного агрегата в скважину добываемая жидкость поступает в полость над полым плунжером цилиндра 6 рабочего насоса соответственно через отверстия 23 и 16. Под действием гидростатического давления всасывающий 15 и обратный 19 клапаны открываются, и жидкость заполняет колонну насосно-компрессорных труб 24 до уровня жидкости в затрубном кольцевом пространстве скважины. При включении погружного электродвигателя 1, крутящий момент через кинематически связанную с ним гидрозащиту 2 передается на привод рабочего насоса 3,, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное. При движении плунжеров 5и 7,соединенных между собой штоком 9, вверх всасывающий клапан 15 закрыт, а нагнетательный 8 и обратный 19 клапана открыты. Пластовая жидкость вытесняется плунжером 5 из полости цилиндра 4, соединенной с полостью цилиндра 6, а затем через отверстие 14 в муфте 25, перепускную магистраль 22,отверстие 17, обратный клапан 19 и колонну насосно-компрессорных труб 24, вытесняется на поверхность. При этом пространство под плунжером 5 заполняется пластовой жидкостью через отверстие 20. При движении плунжеров 5 и 7, соединенных между собой штоком 9, вниз нагнетательный клапан 8 закрыт, обратный клапан 19 и всасывающий клапан 15 открыты. Так как площадь поперечного сечения верхнего плунжера 7 больше площади поперечного сечения нижнего плунжера 5,пластовая жидкость вытесняется из цилиндра 6, а затем через отверстие 14 в муфте 25,перепускную магистраль 22,отверстие 17, обратный клапан 19 и колонну насосно-компрессорных труб 24, вытесняется на поверхность, часть объема пластовой жидкости из цилиндра 6 идет на заполнение полости цилиндра 4 над плунжером 5. При движении плунжеров вниз также происходит заполнение цилиндра 6 пластовой жидкостью из затрубного кольцевого пространства через отверстия 16 и 23 и всасывающего клапана 15, а пластовая жидкость из полости цилиндра 4, находящейся под плунжером 5 вытесняется через отверстие 20 в затрубное кольцевое пространство. Общая суммарная подача скважинного насоса двойного действия за время движения плунжеров вверх и вниз будет определяться объемом пластовой жидкости, заполняемой верхний цилиндр 6 большего диаметра, однако, за счет того, что подача жидкости распределяется как на ход плунжеров 5 и 7 вверх, так и на ход плунжеров 5 и 7 вниз, а осевое усилие на шток 9, полированный шток 10 и на привод 3 будет, пропорционально разности площадей верхнего большего плунжера 7 и нижнего меньшего плунжера 5 при ходе плунжеров вниз и осевое усилие на полированный шток 10 и на привод 3 при ходе плунжеров вверх будет пропорционально площади нижнего меньшего плунжера 5, что обеспечивает снижение осевой нагрузки на шток 9, полированный шток 10 и привод 3. Повышается надежность скважинного насоса двойного действия. За счет исключения всасывающего и нагнетательного клапана в нижнем плунжере 5, упрощается конструкция скважинного насоса двойного действия насоса.