СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин.
Известен погружной диафрагменный электронасос, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с плунжером приводного насоса, установленным в заполненном маслом корпусе, который герметично изолирован от перекачиваемой жидкости эластичными рабочей диафрагмой и компенсатором, а в головке электронасоса установлены всасывающий и нагнетательный клапаны (см. патент RU №2062906, кл. F 04 В 47/06, 27.06.1996).
Недостатком известной конструкции является низкий КПД, характерный для диафрагменных электронасосов, и невысокая надежность работы, ввиду частого выхода из строя элементов кинематики.
Известен также скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий кинематически связанные между собой погружной электродвигатель и приводной масляный насос, рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, приводимый в действие гидродвигателем, полости цилиндра которого связаны через распределитель со входом и через предохранительный клапан с выходом приводного насоса, при этом шток гидродвигателя через протектор соединен со штоком рабочего насоса, а его корпус содержит переднюю и заднюю крышки, при этом агрегат снабжен баком для масла, имеющим компенсатор объема, в одной из секций которого установлен переливной клапан, регулятор расхода и фильтр (см., патент RU №2166668, кл. F 04 В 47/08, 10.05.2001 г.)
Недостатком этой конструкции является невысокая надежность из-за плохой герметизации гидропривода, т.к. компенсатор объема выполнен в
виде эластичной диафрагмы. Циклическое изменение объема диафрагмы на 25-50% за каждый двойной ход в процессе работы снижает ее ресурс и приводит к разрыву. Кроме того, через стенки диафрагмы внутрь гидросистемы диффундирует газ находящийся в пластовой жидкости, что приводит к увеличению объема автономной гидросистемы и разрыву диафрагмы.
Технической задачей, поставленной в настоящей полезной модели, является повышение надежности работы насосного агрегата путем предотвращения разгерметизации компенсатора объема масла и протектора.
Указанная задача решается за счет того, что скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель и приводной масляной насос, сообщенный со стороны входа с баком для масла, а также рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, приводимый в действие гидродвигателем, полости цилиндра которого соединены через распределитель со входом и через предохранительный клапан - с выходом приводного масляного насоса. Шток гидродвигателя через протектор соединен со штоком рабочего насоса, а бак для масла сообщен с компенсатором объема масла и выполнен с регулятором расхода масла и фильтром. Протектор выполнен в виде, по крайней мере 2-х, расположенных концентрично относительно штока и разделенных между собой маслозаполненных полостей. Компенсатор объема масла выполнен в виде цилиндра в котором установлен поршень с образованием подпоршневой и запоршневой полостей, при этом подпоршневая полость компенсатора сообщена через фильтр и обратный клапан с баком для масла, а запоршневая полость сообщена посредством отверстий в цилиндре со скважиной и частично заполнена барьерной жидкостью, плотность которой превышает плотность пластовой жидкости скважины. Обратный клапан выполнен с возможностью перепуска избытка масла от теплового расширения при давлении 3-5 bar.
Приводной масляный насос может быть выполнен объемным, например шестеренным, а распределитель выполнен гидроуправляемым для обеспечения автономного соединения полостей гидродвигателя со входом и выходом приводного масляного насоса при достижении рабочим органом гидродвигателя крайних положений.
В ходе анализа работы скважинного электрогидроприводного насосного агрегата было установлено, что наиболее критичными в работе являются протектор и компенсатор объема масла. Утечка масла в результате разгерметизации протектора или в результате нарушения целостности компенсатора объема, например в результате образования разрыва в эластичной оболочки компенсатора объема масла может привести выходу из строя всего насосного агрегата.
Выполнение протектора в виде, по крайней мере 2-х, расположенных концентрично относительно штока и разделенных между собой маслозаполненных полостей позволяет резко повысить надежность его работы и практически полностью исключает выброс масла в скважину.
Выполнение компенсатора объема масла в виде цилиндра в котором установлен поршень с образованием подпоршневой и запоршневой полостей, а также сообщение подпоршневой полости компенсатора через фильтр и обратный клапан с баком для масла, и сообщение запоршневой полости посредством отверстий в цилиндре со скважиной при частичном заполнении барьерной жидкостью, плотность которой превышает плотность пластовой жидкости скважины позволяет исключить из конструкции насосного агрегата эластичные материалы, которые образуют какие-либо полости. В результате достигается двойная защита от утечки масла за счет подвижного поршня и гидравлического поршня, образованного барьерной жидкостью. При этом было установлено, что наиболее целесообразно отрегулировать обратный клапан для перепуска избытка масла из бака от теплового его расширения на давление от 3 до 5 bar. Для удобства заправки компенсатора барьерной жидкостью и при транспортировании насосного
агрегата в транспортном положении отверстия в цилиндре компенсатора могут быть перекрыты, а в вертикальном положении насосного агрегата указанные отверстия в цилиндре компенсатора принудительно сообщают с пространством скважины с возможностью поступления в запоршневую полость пластовой жидкости. Для этого компенсатор может быть снабжен пробкой подвижной в осевом направлении посредством поворотной втулки с винтовым пазом, в котором установлен палец, связанный жестко с пробкой.
На фиг.1 представлен продольный разрез скважинного электрогидроприводного насосного агрегата. На фиг.2 представлен разрез компенсатора объема скважинного электрогидроприводного насосного агрегата. На фиг.3 представлен разрез протектора скважинного электрогидроприводного насосного агрегата.
Скважинный электрогидроприводный насосный агрегат содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2 и приводной масляный насос 3, а также рабочий насос 4 со всасывающим клапаном 5 установленным в рабочем органе 6 насоса 4 и нагнетательным клапаном 7. Рабочий насос 4 приводят в действие от гидродвигателя 8. Полости 9 и 10 гидродвигателя 8 связаны через распределитель 11 со входом и выходом приводного масляного насоса 3.
Шток 12 гидродвигателя 8 соединен с рабочим органом рабочего насоса 4 через протектор 13, который выполнен в виде, по крайней мере, 2-х маслозаполненных полостей, расположенных концентрично относительно штока 12 и разделенных между собой по штоку 12 посредством уплотнений 14.
Распределитель 11 выполнен гидроуправляемым для обеспечения автономного соединения полостей 9 и 10 гидродвигателя 8 при достижении рабочим органом 15 крайних положений со входом и выходом приводного масляного насоса 3. Кроме того, распределитель 11 соединен посредством трубопровода 16 с нагнетательным отверстием маслонасоса 3 и канала 17,
выполненного в задней крышке гидродвигателя 8 через компенсатор объема 18 масла, бак 19 для масла и трубопровод 20 со всасывающим отверстием маслонасоса.
Компенсатор объема 18 (фиг.2) выполнен в виде цилиндра 21 с подвижным поршнем 22 взаимодействующим с барьерной жидкостью в запоршневой полости 23, сообщающейся через отверстия 24 во втулке 25 с пространством скважины с возможностью поступления в запоршневую полость пластовой жидкости через отверстия 24. С противоположной стороны над поршнем в цилиндре 21 образуется подпоршневая полость, сообщенная через отверстия в штоке с баком 19 для масла.
Втулка 25 выполнена поворотной с винтовым пазом контактирующим посредством пальца 26 с пробкой 27.
При повороте втулки 25 отверстия 24 перекрываются и запоршневая полость 23 становиться замкнутой вследствие осевого перемещения пробки 27 и контакта ее наружной поверхности с уплотнением 28, с целью заправки насосного агрегата барьерной жидкостью перед транспортировкой к скважине и обратно для сервисного обслуживания.
Утечки масла через уплотнения штока 12 возвращаются в систему через трубопровод 29, соединяющий дренажную полость гидродвигателя 8 с баком 19 для масла. В баке 19 установлен обратный клапан 30, регулятор расхода 31, соединенный со штоковой полостью цилиндра гидродвигателя, и фильтр 32.
Рабочий орган 6 насоса 4 выполнен в виде полого плунжера и размещен в цилиндре 33. В нижней части цилиндра 33 и плунжера 6 выполнены отверстия 34 и 35 для приема добываемой жидкости. Нагнетательный клапан 7 установлен в верхней части цилиндра 33.
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат прикреплен к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 36. Колонна насосно-компрессорных труб 36 с насосным агрегатом опускается в обсадную колонну, установленную в скважине.
Электроснабжение погружного электродвигателя осуществляется посредством кабеля 37, который крепится к колонне НКТ 36 хомутами.
Нагнетательный трубопровод 16 проходит от приводного масляного насоса 3 к распределителю 11 и подключен к предохранительному клапану 38 бака 19.
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.
Перед погружением насосного агрегата в скважину полости погружного электродвигателя 1 система гидропривода, включающая приводной насос 3, бак 19 для масла, гидродвигатель 8 и другие элементы, а также внутренняя полость протектора 13 заполняются очищенным маслом.
Запоршневая полость 23 компенсатора объема 18 под поршнем 22 заполняется барьерной жидкостью, плотность которой превышает в два раза плотность пластовой жидкости.
В вертикальном положении насосного агрегата на скважине втулка 25 поворачивается и через открытые отверстия 24 пластовая жидкость может поступать в полость с барьерной жидкостью, в связи с перемещением в осевом направлении пробки 27.
При этом поршень 22 совершает возвратно-поступательные движения в цилиндре 21 при изменении объема масла в гидроприводе за каждый двойной ход рабочего органа 15 гидродвигателя 8, при этом в одну сторону поршень 22 движется под давлением поступающего в компенсатор масла, а в другую сторону под давлением пластовой жидкости воздействующей на барьерную жидкость.
При погружении насосного агрегата в нефтяной пласт добываемая жидкость поступает в полости цилиндра 33 и полого плунжера - рабочего органа 6 рабочего насоса 4 через отверстия 34 и 35 в нижней части этих узлов. Под действием гидростатического давления всасывающий 5 и нагнетательный 7 клапаны открываются и жидкость заполняет НКТ 36 почти до уровня пласта.
При включении погружного электродвигателя 1 начинает работать приводной масляной насос 3, который через трубопровод 16 и распределитель 11 подает масло под давлением в нижнюю полость 9 гидродвигателя. Рабочий орган 15 перемещается вверх, вытесняя масло из верхней полости 9 гидродвигателя 8. Масло по трубопроводу 20 через распределитель 11, компенсатор объема 18 бак 19 и фильтр 32 подается на вход приводного насоса.
Разница между объемными расходами нагнетаемого в гидродвигатель 8 и вытесняемого из него масла, обусловленная наличием штока 12 в верхней полости, компенсируется за счет изменения объема масла в компенсаторе 18. Такая конструкция обеспечивает также компенсацию изменения объема масла вследствие влияния температуры. Перемещение рабочего органа гидродвигателя вверх обусловливает рабочий ход связанного с ним рабочего органа 6 рабочего насоса 4. При этом происходит нагнетание добываемой жидкости из верхней полости цилиндра 33 в насосно-компрессорные трубы 36 через нагнетательный клапан 7. Одновременно нижняя полость этого цилиндра заполняется жидкостью, втекающей из обсадной колонны.
Когда рабочий орган 15 гидродвигателя достигнет верхнего положения, происходит переключение распределителя 11 и осуществляется обратный ход связанных друг с другом рабочих органов 15 и 6 гидродвигателя 8 и насоса 4 за счет подачи масла в верхнюю полость 9 гидродвигателя и слива масла из нижней полости. При опускании рабочего органа 6 насоса нагнетательный клапан 7 закрывается, а всасывающий клапан 5 открывается и пропускает добываемую жидкость в верхнюю полость цилиндра рабочего насоса 4.
При достижении рабочего органа определенного нижнего положения происходит обратный ход распределителя 11, и описанный выше рабочий цикл повторяется.
Как результат достигнуто повышение надежности работы скважинного электрогидроприводного насосного агрегата за счет замены эластичных диафрагм компенсатором с поршнем и барьерной жидкостью, а также протектора с концентрично расположенными относительно штока и разделенными между собой маслозаполненными полостями.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где из скважин добывают различные жидкие среды.