ПОГРУЖНАЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩАЯ УСТАНОВКА С ПЛУНЖЕРНЫМ НАСОСОМ
SUBMERSIBLE OIL EXTRACTION UNIT WITH PLUNGER PUMP

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для подъема скважинной жидкости.
Известна наземная установка штангового насоса, содержащая электродвигатель, кинематически связанный двухходовым винтом-гайкой с колонной штанг [Патент №2133875 РФ, F04B 47/02, опубл. 27.07.1999]. При вращении винта-гайки колонна штанг погружного плунжерного насоса совершает возвратно-поступательные движения в осевом направлении и приводит в движение поршень плунжерного насоса.
Недостатки установки:
1. Колона штанг ограничивает глубину спуска плунжерного насоса, а также надежность насосной установки, так как при увеличении длины, а значит веса, колонны штанг возрастают растягивающие напряжения, что приводит к обрывам штанг и отказу установки.
2. Низкий КПД установки из-за высоких потерь на трение скольжения в передаче винт-гайка.
3. Наличие в наземной части установки железобетонного фундамента, значительно увеличивающего стоимость всей установки.
Известна также наземная установка скважинного плунжерного насоса [Патент №5404767 США, 1993], содержащая, по меньшей мере, два установленных параллельно шариковинтовых привода штанг от реверсивного электродвигателя. Гайки привода, соединенные траверсой с полированным штоком, совершают возвратно-поступательное движение. Винты соединены с электродвигателем и защищены от окружающей среды гофрированными эластичными оболочками. В верхней и нижней точках корпуса установлены концевые выключатели для переключения реверса электродвигателя, а также выключатели аварийного снятия напряжения.
К числу недостатков установки следует отнести использование концевых выключателей для управления реверсом, связанное с прокладной отдельной электрической линии, снижающей надежность агрегата в целом; наличие колонны штанг, ограничивающих глубину спуска насоса и уменьшающих надежность, а также необходимость возведения фундамента, приводящее к увеличению стоимости всей установки.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является погружная нефтедобывающей установка с плунжерным насосом, включающая редуктор, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель с гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом шаровинтовой пары, находящейся в корпусе редуктора и соединенной со штангой привода насоса, связанной с гайкой шаровинтовой пары посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение [Патент №2347947 РФ, F04B 47/06, опубл. 27.02.2009]. Внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а в нижней части винта шаровинтовой пары и на полом штоке установлены демпферы. Электродвигатель подключен к наземной станции управления.
Недостатки конструкции:
1. При движении плунжера возникает перепад давления в уплотнении штока плунжера, что ведет к утечкам масла, используемого для смазывания передачи винт-гайка. Данная проблема не решается применением гофры, предложенной в патенте для устранения этого недостатка, т.к. гофра имеет ограниченный ресурс работы.
2. Спектр колебаний, возникающих при ударе гайки о демпфер, имеет широкий набор частот. При совпадении одной из частот с резонансной, возможно усталостное разрушение узлов установки.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы погружной установки за счет гашения перепада давления в уплотнении штока плунжера и безударного реверса гайки.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружной нефтедобывающей установке с плунжерным насосом, содержащей редуктор, электродвигатель с гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом шаровинтовой пары, находящейся в корпусе редуктора и соединенной со штангой привода насоса, связанной с гайкой шаровинтовой пары посредством полого штока, охватывающего винт, демпферы, установленные в нижней части корпуса редуктора и наземную станцию управления, согласно изобретению, в верхней части корпуса редуктора размещена камера глушения, позволяющая избежать пульсаций давления при движении плунжера, перед которой установлены демпферы.
Для обеспечения безударного реверса гайки станция управления снабжена блоком управления ходом гайки.
Погружная нефтедобывающая установка с плунжерным насосом схематично изображена на чертеже.
Установка содержит последовательно установленные плунжерный насос 1, имеющий впускные отверстия 2, редуктор 3, гидрозащиту 4 и электродвигатель 5. Электродвигатель 5 соединен кабелем со станцией управления 6, размещенной на поверхности.
Редуктор 3 представляет собой узел, состоящий из маслозаполненного корпуса, в верхней части которого установлена камера глушения 7, и шаровинтовой пары 8, включающей подвижную гайку 9 и рабочий винт 10. Вал 11 электродвигателя 5 через вал 12 гидрозащиты 4 соединен с рабочим винтом 10. Подвижная гайка 9, перемещаясь по направляющей 14, вмонтированной в корпус редуктора 3, обеспечивает продольное перемещение полого штока 13, с которым она соединена и который перемещается снаружи рабочего винта. Полый шток 13 соединен полированной штангой 15 с плунжерным насосом 1. В камере глушения 7 штанга 15, совершающая возвратно-поступательные движения, загерметизирована с помощью кольцевых уплотнений 16, которые размещены с наружных сторон оснований камеры 7. Для диссипации энергии удара при реверсе гайки 9 в нижней части корпуса редуктора 3 и перед камерой глушения 7 установлены демпферы 17, которые могут содержать упругие элементы. Станция управления 6 снабжена блоком управления ходом гайки, он может быть выполнен в виде программного обеспечения.
Гидрозащита 4 по конструкции аналогична применяемой в установках с центробежными насосами и снабжена осевым подшипником двухстороннего действия 18, в котором подпятник состоит из сегментов. В верхней части гидрозащиты 4 сформирована камера 19, которая предназначена для предотвращения перепада давлений и защиты от попадания мех. примесей в электродвигатель.
Установка работает следующим образом.
Е
Вращение вала 11 электродвигателя 5 передается промежуточным валом 12 гидрозащиты 4 на рабочий винт 10 шаровинтовой пары 8. При вращении винта 10 происходит продольное перемещение по направляющей 14 подвижной гайки 9 и соединенного с ней полого штока 13 до верхнего или нижнего положения. Шток 13 перемещает штангой 15 плунжер насоса 1. При движении плунжера вверх происходит закачка жидкости через впускные отверстия 2. Камера глушения 7 за счет сопротивления уплотнения 16 и за счет сжимаемости в ней жидкости гасит пульсации давления, образующиеся при движении плунжера, что позволяет избежать утечек масла. При первом включении электродвигателя 5 гайка 8 проходит путь вверх и вниз с касанием верхних и нижних демпферов 17. В момент касания происходит изменение значения тока электродвигателя 5, которое фиксируется в блоке управления хода гайки, входящем в состав станции управления 6. По изменению тока двигателя в моменты касаний определяется время прохождения гайкой пути от верхних до нижних демпферов. Оно запоминается и дальнейший ход гайки определяется этим временем за вычетом малой величины , благодаря чему далее работа идет без касаний. Время хода гайки корректируется, если в блок управления снова приходит сигнал о касании.