ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая полезная модель предназначена для использования в насосном оборудовании для добычи жидкости из нефтяных скважин.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержащий силовой гидроцилиндр, гидравлический насос с трубопроводами соединенный с валом электродвигателя, гидрораспределитель, пневмоаккумулятор и емкость с рабочей жидкостью (см. патент RU №2459983 опубл. 27.08.2012).
Недостатком его является сложность конструкции, невысокая надежность, высокие динамические нагрузки при изменении направления движения рабочих органов.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение конструкции, повышение надежности, снижение динамических нагрузок в узлах и деталях конструкции. Для решения поставленной задачи гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит силовой гидроцилиндр, гидравлический насос с трубопроводами соединенный с валом электродвигателя, пневмоаккумулятор и емкость с рабочей жидкостью, при этом, в качестве гидравлического насоса установлен реверсивный гидравлический насос, причем с одной стороны он соединен трубопроводом с силовым гидроцилиндром, а с другой стороны - с пневмоаккумулятором..
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что в качестве гидравлического насоса установлен реверсивный гидравлический насос, причем с одной стороны он соединен трубопроводом с силовым гидроцилиндром, а с другой стороны - с пневмоаккумулятором.
Как вариант, предлагается техническое решение, в котором гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит силовой гидроцилиндр, гидравлический насос с трубопроводами соединенный с валом электродвигателя, пневмоаккумулятор и емкость с рабочей жидкостью, при этом привод штангового скважинного насоса снабжен дополнительным гидравлическим насосом противоположного вращения соединенным с валом электродвигателя, причем первый гидравлический насос соединен трубопроводами со штоковой полостью силового гидроцилиндра и емкостью с рабочей жидкостью, а дополнительный насос соединен с емкостью с рабочей жидкостью и с пневмоаккумулятором.
Отличительной особенностью этого устройства является то, что привод штангового скважинного насоса снабжен дополнительным гидравлическим насосом противоположного вращения соединенным с валом электродвигателя, причем первый гидравлический насос соединен трубопроводами со штоковой полостью силового гидроцилиндра и емкостью с рабочей жидкостью, а дополнительный насос соединен с емкостью с рабочей жидкостью и с пневмоаккумулятором.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема гидравлического привода штангового скважинного насоса, на фиг. 2 схема гидравлического привода штангового скважинного насоса (вариант).
Гидравлический привод штангового скважинного насоса, содержит силовой гидроцилиндр 1, гидравлический насос 2 с трубопроводами соединенный с валом электродвигателя 3, пневмоаккумулятор 4 и емкость 5 с рабочей жидкостью. В качестве гидравлического насоса 2 установлен реверсивный гидравлический насос. С одной стороны гидравлический реверсивный насос 2 соединен трубопроводом 6 со штоковой полостью 7 силового гидроцилиндра 1, а с другой стороны трубопроводом 8 с гидравлической полостью 9 пневмоаккумулятора 4 и через обратный клапан 10 с емкостью 5 с рабочей жидкостью. Силовой гидроцилиндр 1 снабжен поршнем 11, связанным со штангой 12 с помощью штока 13. Пневмоаккумулятор 4 снабжен поршнем 14 разделяющим его на гидравлическую 9 и пневматичекую 15 полости.
Предлагается также вариант, (см. фиг. 2) в котором привод штангового скважинного насоса снабжен гидравлическим насосом 16, соединенным с валом электродвигателя 3, и дополнительным гидравлическим насосом 17 противоположного вращения, соединенным с валом насоса 16. При этом первый гидравлический насос 16 соединен трубопроводом 18 со штоковой полостью 7 силового гидроцилиндра 1 и трубопроводом 19 с емкостью 5 с рабочей жидкостью, а дополнительный насос 17 соединен трубопроводом 20 с емкостью 5 с рабочей жидкостью и трубопроводом 21 с полостью 9 пневмоаккумулятора 4.
Работа устройства заключается в следующем.
Давление жидкости в штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг, возникающее от веса колоны штанг 12 в состоянии покоя, уравновешивается давлением в гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4, возникающее от давления газа в пневматической полости 15 пневмоаккумулятора 4.
Электродвигатель 3, вращаясь в соответствующем направлении, приводит в действие гидравлический реверсивный насос 2 (см. фиг. 1), который направляет жидкость из гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4 по трубопроводам 8 и 6 в штоковую полость 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг. Реверсивный насос 2 за счет момента на валу электродвигателя 3 увеличивает давление жидкости, поступающей из гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4, до необходимого для движения штока 13 силового гидроцилиндра 1 и связанного с ним колоны штанг 12. Силовой гидроцилиндр 1 с помощью поршня 11 втягивает шток 13 и поднимает колону штанг 12 и скважинный (штанговый глубинный) насос (на рис. не показан), до достижения верхнего положения поршня 11 в силовом гидроцилиндре 1. При достижении верхнего положения, электродвигатель 3 плавно изменяет направление вращения вала, при этом происходит плавное изменение направления перемещения штока 13.
Электродвигатель 3, вращаясь в обратном направлении, приводит в действие гидравлический реверсивный насос 2, который направляет жидкость из штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг по трубопроводам 6 и 8 в гидравлическую полость 9 пневмоаккумулятора 4. Реверсивный насос 2 за счет момента на валу электродвигателя 3 увеличивает давление жидкости, поступающей из штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг, до необходимого для сжатия газа в полости 15 пневмоаккумулятора 4. Таким образом, происходит опускание штока 13 силового гидроцилиндра 1 и связанной с ним колоны штанг 12 и скважинного (штангового глубинного) насоса, а так же сжатие газа (накопление энергии) в пневматической полости 15 пневмоаккумулятора 4, до достижения нижнего положения поршня 11 в силовом гидроцилиндре 1. При достижении нижнего положения поршня 11 электродвигатель 3 плавно изменяет направление вращения вала, при этом происходит плавное изменение направления перемещения штока 13. Далее цикл повторяется.
Емкость 5 с рабочей жидкостью служит для заполнения штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 при первом ходе вверх, при котором рабочая жидкость в гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4 отсутствует. При этом вращение электродвигателя 3 и соединенного с ним насоса 2 приведет к образованию вакуума в трубопроводе 8. Под воздействием давления окружающей среды жидкость из емкости 5 через клапан 10 поступает в трубопровод 8, и далее через насос 2 по трубопроводу 6 направляется в штоковую полость 7 силового гидроцилиндра 1. При достижении верхнего положения электродвигатель 3 и соединенный с ним насос 2 изменяет направление вращения, при этом перестает образовываться вакуум в трубопроводе 8 и клапан 10 закрывается. При эксплуатации привода происходит вынос рабочей жидкости из штоковой полости 7 по штоку 13 силового гидроцилиндра, а так же вынос рабочей жидкости из гидравлической полости 9 в пневматическую полость 15 пневмоаккумулятора 4 через уплотнения поршня 14. При этом восполнение рабочей жидкости в полостях 6, 7, 8, 9 жидкостью из емкости 5 происходит аналогичным образом.
клапан 10 закроется под воздействием давления жидкости в трубопроводе 8 от заполни
Работа предлагаемого варианта гидравлического привода штангового скважинного насоса осуществляется следующим образом.
Давление жидкости в штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг, возникающее от веса колоны штанг 12 в состоянии покоя, создает момент на валу насоса 16. (см. фиг. 2) Давление в гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4, возникающее от давления газа в пневматической полости 15 пневмоаккумулятора 4 создает момент на валу насоса 17, равный по модулю моменту на валу насоса 16, но противоположный по направлению. Таким образом, посредством разнонаправленных насосов 16 и 17, давление жидкости в штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг, возникающее от веса колоны штанг 12 в состоянии покоя, уравновешивается давлением в гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4, возникающее от давления газа в пневматической полости 15 пневмоаккумулятора 4.
Электродвигатель 3, вращаясь в соответствующем направлении, приводит в действие гидравлический насос 16, который направляет жидкость из бака 5 по трубопроводам 19 и 18 в штоковую полость 7 силового гидроцилиндра 1 привода штанг. При этом насос 17 под воздействием потока жидкости, вытесняемой под давлением из гидравлической полости 9 пневмоаккумулятора 4 по трубопроводам 21 и 20 в бак 5, функционирует в качестве гидромотора, передавая момент на вал насоса 16 и, тем самым, снижая момент на валу электродвигателя 3. Силовой гидроцилиндр 1 с помощью поршня 11 втягивает шток 13 и поднимает колону штанг 12 и скважинный (штанговый глубинный) насос, до достижения верхнего положения поршня 11 в силовом гидроцилиндре 1. При достижении верхнего положения поршня 11, электродвигатель 3 плавно изменяет направление вращения вала, при этом происходит плавное изменение направления перемещения штока 13.
Электродвигатель 3, вращаясь в обратном направлении, приводит в действие гидравлический насос 17, который направляет жидкость из бака 5 по трубопроводам 20 и 21 в гидравлическую полость 9 пневмоаккумулятора 4. При этом насос 16 под воздействием потока жидкости, вытесняемой под давлением из штоковой полости 7 силового гидроцилиндра 1 по трубопроводам 18 и 19 в бак 5, функционирует в качестве гидромотора, передавая момент на вал насоса 17 и, тем самым, снижая момент на валу электродвигателя 3. Таким образом, происходит спуск штока 13 силового гидроцилиндра 1 и связанной с ним колоны штанг 12 и скважинного (штангового глубинного) насоса, а так же сжатие газа (накопление энергии) в пневматической полости 15 пневмоаккумулятора 4, до достижения нижнего положения поршня 11 в силовом гидроцилиндре 1. При достижении нижнего положения поршня 11 электродвигатель 3 плавно изменяет направление вращения вала, при этом происходит плавное изменение направления перемещения штока 13. Далее цикл повторяется.
Предлагаемое устройство не содержит гидрораспределитель, что существенно упрощает конструкцию и повышает ее надежность по сравнению с ближайшими аналогами. А плавное изменение направления движения снижает динамические нагрузки на элементы конструкции и на подземное оборудование.
Ниже на фиг. 3 приведена динамограмма работы скважины.
По динамограмме первой скважины нагрузка на штоке при движении вверх составляет 4600 кГс, а при движении вниз 3000 кГс, в состоянии покоя на штоке имеется нагрузка 3800 кГс. Для уравновешивания веса колоны штанг в давление газа в пневмоаккумуляторе составляет 90атм. Мощность необходимая для подъема колоны штанг 26,2 кВт, а при спуске выделяется мощность 17 кВт. Мощность необходимая для сжатия газа в пневмоаккумуляторе при спуске и выделяемая при расширении газа при подъеме 21,6 кВт. Если принимать КПД привода 0,85, то необходимая мощность двигателя для подъема колоны штанг при расширении газа в пневмоаккумуляторе и сжатия газа при спуске колоны штанг составит 5,3 кВт. Таким образом, использование полезной модели позволяет использовать двигатель меньшей мощности.
Испытания опытного образца предлагаемого устройства показали на снижение потребления электрической энергии до 10% по отношению к устройству выполненному по схеме прототипа.