ПОГРУЖНОЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС
SUBMERSIBLE PLUNGER PUMP

Изобретение относится нефтегазопромысловому оборудованию, в частности к оборудованию для добычи нефти, а именно к объемным насосам для добычи нефти.
Известен погружной плунжерный насос с гидрокомпенсатором [патент RU №123858 U1, опубл. 10.01.2013, бюл. №1] состоящий из последовательно соединенных погружного электродвигателя, гидрозащиты, диафрагмы, приводного насоса, размещенного в маслозаполненной полости корпуса, внутри которой также расположены фильтр, подводящий трубопровод с предохранительным клапаном, реверсивный клапан, после которого расположены трубопроводы, выходящие за пределы корпуса и соединяющие напорную магистраль с цилиндром верхнего поршня и цилиндром нижнего поршня, механически связанными с двусторонним плунжером, соединенным при помощи штока, расположенного между нагнетательными камерами плунжера, которые соединены с полостью насосно-компрессорных труб (НКТ) при помощи системы трубопроводов и обратных клапанов, препятствующих сливу жидкости при всасывании пластовой жидкости.
Устройство работает следующим образом. Погружной электродвигатель передает крутящий момент через гидрозащиту на приводной насос, расположенный в маслозаполненной полости корпуса, который через фильтр всасывает масло из полости и передает его по напорному трубопроводу в реверсивный клапан, после которого по трубопроводам масло поступает поочередно в цилиндр верхнего и нижнего поршня, которые в свою очередь толкают двусторонний плунжер вверх, при этом происходит всасывание скважинной жидкости в нижнем плунжере и нагнетание скважинной жидкости из верхнего плунжера в НКТ и при подаче давления в полость верхнего цилиндра происходит всасывание скважинной жидкости в полость верхнего плунжера и нагнетание жидкости из полости нижнего плунжера в НКТ при движении поршня вниз.
Основными недостатками данного устройства являются отсутствие обратной связи при движении поршня вверх и вниз, в результате чего будет происходить недолив жидкости в полость плунжера, неполный ход плунжера и, как следствие, снижение подачи. Вторым существенным недостатком является недостаточная надежность устройства из-за размещения трубопроводов за пределами корпуса, что может привести к обрыву трубопроводов в процессе спуска. Кроме того, отсутствие герметизации между полостями поршня снижает надежность данного устройства и приведит к перетоку жидкости из одного цилиндра в другой, что может вызвать аварийную остановку насоса.
Известен объемный плунжерный насос [патент RU №2610168 С1, опубл. 08.02.2017 бюл. №21], состоящий из последовательно соединенных погружного маслозаполненного электродвигателя, гидрозащиты, приводного насоса с подводящим и отводящим трубопроводами, расположенного в маслозаполненной полости корпуса, внутри которой также расположены фильтры жидкости, предохранительные клапаны, распределительное устройство, две напорные магистрали, соединенные с надпоршневой и подпоршневой областями. Поршень в насосе связан механически со штоком, проходящим через ниппель, и с двусторонним плунжером, расположенным внутри верхней и нижней нагнетательных камер и разделенным центральным ниппелем, внутри которого расположены всасывающие каналы с обратными клапанами, препятствующими вытеканию жидкости из камеры. Плунжеры соединены гидравлически с полым штоком, перед входом в полый шток установлены обратные клапаны, после которых происходит сообщение полости внутри штока с полостью НКТ, расположенных над погружной установкой и соединенных с устьем скважины.
Устройство работает следующим образом. Погружной электродвигатель при помощи вала передает крутящий момент через гидрозащиту на приводной насос, который всасывает жидкость из маслозаполненной полости и передает ее по напорной магистрали в распределительное устройство, откуда жидкость поступает поочередно в первую и во вторую напорные магистрали, соединенные с подпоршневой и надпоршневой областями. Поршень движется вверх при подаче жидкости в подпоршневую область и вниз при подаче жидкости в надпоршневую область, при этом передавая усилие на двусторонний плунжер, который совершает возвратно-поступательное движение: при движении его вверх происходит опорожнение камеры нижним плунжером и нагнетание жидкости из пласта через всасывающие каналы, расположенные в центральном ниппеле, в камеру верхнего плунжера, а при движении вниз - опорожнение камеры верхнего плунжера и нагнетание жидкости в камеру нижнего плунжера.
Основным недостатком данного устройства является отсутствие обратной связи при работе распределителя с положением плунжера в результате чего возможно уменьшение производительности насоса. Другим недостатком данного устройства является отсутствие защиты маслозаполненной полости от попадания скважинной жидкости, которая может попасть в приводной насос, что приведет к уменьшению его надежности и времени безотказной работы.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и надежности работы погружного насоса, а также увеличение времени его безотказной работы.
Указанный технический результат достигается тем, что погружной плунжерный насос, содержащий погружной маслозаполненный электродвигатель, гидрозащиту, приводной вал, соединенный с приводным насосом, имеющим подводящий трубопровод с установленным на нем фильтром и снабженный защитным клапаном и фильтром тонкой очистки отводящий трубопровод, поршень с полым штоком, механически связанный через цельнометаллический шток с плунжером, установленным в нагнетательной камере, гидравлический распределитель с двумя напорными магистралями, соединенными с подпоршневой полостью и надпоршневой полостью, и обратный клапан, согласно изобретению, оборудован дополнительной маслозаполненной камерой, размещенной между нагнетательной камерой и надпоршневой полостью, а гидравлический распределитель оснащен линиями управления переключениями, расположенными на ответвлениях напорных магистралей и предназначенными для передачи давления, обеспечивающего изменение направления перемещения поршня.
Дополнительная маслозаполненная камера служит промежуточным протектором между скважинной жидкостью и внутренним пространством плунжерного насоса.
Линии управления, расположенные на ответвлениях напорных магистралей, по которым передается давление, обеспечивают обратную связь для управления положением гидравлического распределителя.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан общий вид установки.
Погружной плунжерный насос содержит погружной маслозаполненный электродвигатель 1, гидрозащиту 2, приводной вал 3, корпус 4, в котором размещены приводной насос 5, гидравлический распределитель с обратной связью 6, поршень 7 и плунжер 8. К приводному насосу 5 подсоединены подводящий трубопровод 9 с установленным на нем фильтром 10 и отводящий трубопровод 11, на котором расположены защитный клапан 12 и фильтр тонкой очистки 13. Отводящий трубопровод 11 подведен к гидравлическому распределителю с обратной связью 6, имеющему две напорные магистрали 14, на которых установлены линии управления переключениями 15. Напорные магистрали 14 соединены гидравлически с подпоршневой полостью 16 и надпоршневой полостью 17. Поршень 7 выполнен с полым штоком 18, размещенным внутри гильзы 19, установленной внутри корпуса 4, последний служит одновременно баком для рабочей жидкости. Поршень 7 механически связан при помощи цельнометаллического штока 20 с плунжером 8, установленным в нагнетательной камере 21, в нижней части которой расположены входные отверстия 22, защищенные фильтром 23. Плунжер 8 имеет один или несколько обратных клапанов 24, в верхней части нагнетательной камеры 21 установлен обратный клапан 25, разделяющий нагнетательную камеру 21 и внутреннюю полость лифта НКТ 26. Между нагнетательной камерой 21 и надпоршневой полостью 17 расположена маслозаполненная камера 27.
Устройство работает следующим образом.
Погружной электродвигатель 1 через вал гидрозащиты 2 передает крутящий момент на приводной вал 3, который запускает в работу приводной насос 5, масло из внутренней полости корпуса 4 через фильтр 10 по подводящему трубопроводу 9 начинает всасываться в приводной насос 5 и передает гидравлическое давление в отводящий трубопровод 11, далее через фильтр тонкой очистки 13 - в гидрораспределитель 6, который, в свою очередь, передает давление в подпоршневую полость 16 поршня 7. Под воздействием давления поршень 7 движется вверх, при этом его прямолинейное движение обеспечивается центрированием полого штока 18 внутри гильзы 19. При движении поршня 7 вверх передается осевое усилие через цельнометаллический шток 20 на плунжер 8, который движется в осевом направлении вдоль корпуса 4, создавая избыточное давление в нагнетательной камере 21, заполненной скважинной жидкостью, в результате чего открывается обратный клапан 25 и скважинная жидкость вытесняется в лифт НКТ 26. После достижения плунжером 7 верхнего положения начинается рост давления в подпоршневой полости 16 до того момента, пока давление в линии управления переключениями 15 не станет достаточным для переключения гидрораспределителя 6 в реверсивное положение, при котором давление подается через напорные магистрали 14 и полый шток 18 в надпоршневую полость 17, а из подпоршневой полости 16 происходит слив скважинной жидкости. В результате поршень 7 начинает движение вниз, вовлекая за собой при помощи цельнометаллического штока 20 плунжер 8, на котором установлены обратные клапаны 24. Под действием давления скважинной жидкости, поступающей под плунжер 8 из входных отверстий 22, защищенных скважинным фильтром 23, обратные клапаны 24 открываются и происходит наполнение нагнетательной камеры 21. При достижении плунжером 8 крайнего нижнего положения происходит увеличение давления в надпоршневой полости 17 до того момента, пока давление в линии управления переключениями 15 не станет достаточным для переключения гидрораспределителя 6 в реверсивное положение, после чего повторяется процесс движения плунжера 8 вверх с вытеснением жидкости из нагнетательной камеры 21 в лифт НКТ 26.
Маслозаполненная камера 27, расположенная между нагнетательной камерой 21 и надпоршневой полостью 16 защищает внутреннюю полость корпуса 4 от попадания скважинной жидкости в процессе осевого перемещения плунжера 8.
Таким образом, при помощи наличия обратной связи в линии управления достигается сбалансированное движение плунжера с полным заполнением нагнетательной камеры, а наличие дополнительной маслозаполненной полости защищает от попадания скважинной жидкости внутрь корпуса, что существенно увеличивает надежность установки.