МЕХАНИЧЕСКАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА С ВСТРОЕННЫМ РАДИАТОРОМ
MECHANICAL HYDRAULIC PUMP INSTALLATION WITH BUILT-IN RADIATOR

Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к механической гидравлической насосной установке, содержащей радиатор, выполненный как одно целое с каркасом, и гидравлический контур, обеспечивающий возможность ее эксплуатации с высокими расходами и малым давлением или с малыми расходами и высоким давлением. Упомянутая механическая гидравлическая насосная установка с встроенным радиатором может быть использована для подачи определенного расхода находящегося под избыточным давлением гидравлического масла к гидравлическому исполнительному механизму, который в свою очередь выполнен с возможностью подъема суммарного веса колонны насосных штанг и гидростатического напора внутри скважины. Упомянутая механическая гидравлическая насосная установка отличается главным образом тем, что упомянутый радиатор представляет собой часть каркаса агрегата и расположен между двумя баками для гидравлического масла. Первый из упомянутых баков представляет собой масловсасывающий бак, а второй - маслосливной бак.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к механической гидравлической насосной установке с встроенным радиатором, которая усовершенствована для применения при добыче нефти или углеводородов.
Как известно, одной из потребностей в нефтяной промышленности является необходимость эксплуатации нефтяных скважин с различными скоростями и с различными значениями усилий, в особенности на месторождениях с применением технологии закачки пара. На таких месторождениях (с применением технологии закачки пара) процесс добычи имеет холодный цикл, требующий низких скоростей и высоких значений усилия, и горячий цикл, требующий высоких скоростей и низких значений усилия. Таким образом, настоящее изобретение может быть применено на нефтяных скважинах, где в качестве системы механизированной добычи применяется механическая насосная система.
Уровень техники
Механические гидравлические насосные установки представляют собой агрегаты, осуществляющие механизированную добычу находящейся в недрах нефти с применением гидравлической системы, состоящей из группы отдельных элементов. Как правило, применяются три двигателя: один для приводного насоса, другой - для рециркуляционного насоса, и еще один - для вентилятора.
Упомянутые агрегаты, в свою очередь, оснащены баком для масла, радиатором, электрическим шкафом, фокусирующим устройством для воздуха, приводимого в движение вентилятором, и конструкцией, в которой установлены вышеперечисленные компоненты.
В колумбийской заявке на изобретение WO 2012052813 A1 «Механическая гидравлическая насосная установка» описывается насосная установка, содержащая единый двигатель, соединенный со сдвоенным насосом одним из концов своего вала, и с вентилятором - задним концом упомянутого вала.
Настоящее изобретение обеспечивает еще большее упрощение конструкции и оптимизацию работу известной из уровня техники установки, поскольку для приведения в движение обоих насосов и вентилятора в нем применяется единый двигатель. Кроме того, его конструкция также включает в себя два гидравлических бака, радиатор, электрический шкаф, гидравлический шкаф, а также камеру для электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов, что в результате обеспечивает возможность создания более надежного и простого агрегата. Кроме того, упомянутый агрегат содержит клапан переключения скорости для обеспечения возможности эксплуатации скважин с высокими скоростями и низкими значениями усилия или с низкими скоростями и с высокими значениями усилия.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к механической гидравлической установке с встроенным радиатором, которая обеспечивает поток гидравлического масла для создания давления, требуемого для работы гидравлического исполнительного механизма 48, что подразумевает способность подъема суммарного веса колонн насосных штанг в скважине и также подъема гидростатического напора, образуемого при добыче нефти. Упомянутая установка отличается тем, что содержит каркас 1, вентилятор 2, двигатель 3, колокол 4, гибкую муфту 5, первичный насос 6, вторичный насос 7, двунаправленный клапан 8, маслосливной бак 9, радиатор 10, всасывающий бак 11, сухую камеру 12 для электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов, шкаф 13 для гидравлического силового контура, шкаф 14 для электрических компонентов, поточный соединитель 15, клапан 16 регулировки давления рециркуляции масла, клапан 17 регулировки давления возврата масла, запорный регулирующий клапан 18, первичный управляющий электромагнитный клапан 19 для регулирующего клапана 16, вторичный управляющий электромагнитный клапан 20 для клапана-регулятора 17, фильтр 21 всасываемого гидравлического масла, шаровой клапан 22, измеритель 23 давления рециркуляционного контура, измеритель 24 давления силового контура, термометр 25, линию 26 для соединения силового контура с измерителем 24 давления, линию 27 для соединения линии 36 возврата с измерителем 23 давления, средство визуального наблюдения и датчик 28 уровня, линию 29 для соединения электромагнитного управляющего клапана 20 с клапаном 17 регулировки давления, линию 30 для соединения электромагнитного управляющего клапана 19 с клапаном 16 регулировки давления, обратный клапан 31, гибкий трубопровод 32 для соединения первичного насоса 6 с поточным соединителем 15, гибкий трубопровод 33 для соединения вторичного насоса 7 с двунаправленным клапаном 8, гибкий трубопровод 34 для соединения двунаправленного клапана 8 с поточным соединителем 15, гибкий трубопровод 35 для соединения двунаправленного клапана 8 с линией 36 возврата, линию 36 возврата гидравлического масла, гибкий трубопровод 37 для соединения клапана 17 регулировки давления с линией 36 возврата, гибкий трубопровод 38 для соединения клапана 16 регулировки давления с линией 36 возврата, крышку 39 для бака возврата, крышку 40 для масловсасывающего бака, крышку 41 для сухой камеры 12, крышку 42 для шкафа 13 и крышку 43 для шкафа 14, воздушный фильтр 44 для всасывающего бака 11, боковую крышку 45 каркаса 1, люк 46 боковой крышки 45, основание 47, гидравлический исполнительный механизм 48, верхний датчик 49, нижний датчик 50, щиток управления 51, шаровой клапан 52 высокого давления, гибкий трубопровод 53 для соединения силового гидравлического контура с шаровым клапаном 52 высокого давления, гибкий трубопровод 54 для соединения основания 47 с гидравлическим исполнительным механизмом 48, линию возврата 55 для соединения гидравлического исполнительного механизма 48 с всасывающим баком 11, запорный клапан 56 высокого давления, электронную плату 57 управления, решетку 58 всасывания для воздуха, решетку 59 левого бокового выпускного отверстия для воздуха и решетку 60 правого бокового выпускного отверстия для воздуха.
Механическая гидравлическая насосная установка с радиатором, выполненным как одно целое с каркасом, содержит сдвоенный насос, выполненный с возможностью перекачки масла из масловсасывающего бака. Этот сдвоенный насос приводится в движение посредством двигателя, к которому он присоединен посредством гибкой муфты и колокола. Задний конец вала двигателя содержит вентилятор, выполненный с возможностью всасывать воздух снаружи и нагнетать его внутрь агрегата через радиатор охлаждения гидравлического масла, который расположен над двигателем и между двумя вышеуказанными масляными баками. Уровень масла уровень масла во всасывающем баке 11 меньше уровня масла в маслосливном баке 9 на величину, достаточную для обеспечения энергии для перемещения по радиатору масла для его охлаждения. После всасывания сдвоенным насосом гидравлического масла, первый поток гидравлического масла из первичного насоса сдвоенного насоса направляется в силовой гидравлический контур, в то время как второй поток гидравлического масла из вторичного насоса сдвоенного насоса направляется к двунаправленному клапану. Двунаправленный клапан обеспечивает выборочную подачу масла от вторичного насоса в силовой гидравлический контур или, в противном случае - подачу масла в сливной маслобак. Это обеспечивает возможность суммирования расходов первичного и вторичного насосов или, в противном случае - возможность подачи масла из первичного насоса в гидравлический контур и рециркуляции масла из вторичного насоса в маслосливной бак, гидравлический исполнительный механизм 48 выполнен с возможностью циклического перемещения в верхнее или нижнее положения по сигналам соответствующих датчиков, которыми оснащена насосная установка.
Кроме того, настоящее изобретение отличается тем, что электрический шкаф, гидравлический шкаф и ящик для электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов выполнены как одно целое с каркасом агрегата. Таким образом, упомянутый агрегат имеет преимущества, поскольку его объем может быть уменьшен, а надежность системы может быть повышена, поскольку агрегат содержит меньшее число деталей и соединений, как гидравлических, так и электрических, которые при этом обеспечены защитой от воздействия окружающей среды.
Силовой гидравлический контур содержит клапан 16 регулировки давления, клапан 17 регулировки давления, запорный клапан 56 высокого давления, первичный управляющий электромагнитный клапан 19, вторичный управляющий электромагнитный клапан 20 и запорный регулирующий клапан 18, как показано на фиг. 6 и 7. Кроме того, каркас 1 агрегата выполнен с формой, обеспечивающей размещение радиатора 10 в верхней части агрегата между маслосливным баком 9 и всасывающим баком 11, как показано на фиг. 3 и 4. Упомянутый каркас также содержит сухую камеру 12, расположенную рядом с всасывающим баком 11 и на одной высоте с ним, как показано на фиг. 4. Ниже сухой камеры 12 и всасывающего бака 11 расположен шкаф 13, а под ним - шкаф 14, как показано на фиг. 4. Таким образом, обеспечено образование фокусирующего устройства для воздуха, представляемого объемом между основанием каркаса 1, стенками шкафов 13 и 14, нижней частью маслосливного бака 9 и боковой крышкой 45 с соответствующим люком 46, как показано на фиг. 2, 3 и 4. Как показано на чертежах, сухая камера 12 расположена рядом с всасывающим баком 11 и на одной высоте с ним, ниже сухой камеры 12 и всасывающего бака 11 расположен гидравлический шкаф 13, а под ним - электрический шкаф 14, в результате чего между основанием каркаса 1, стенками гидравлического шкафа 13, электрического шкафа 14 и нижней частью маслосливного бака образован фокусирующий канал для направления воздуха в верхнюю часть установки через радиатор.
Подача питания на двигатель 3 обеспечивает вращение его вала. Этот вал на своем заднем конце содержит вентилятор 2 для всасывания воздуха снаружи через решетку 58 всасывания воздуха в упомянутое фокусирующее устройство для воздуха, которое обеспечивает направление потока в верхнюю часть агрегата через радиатор 10 и его выпуск через боковые решетки 59 и 60, как показано на фиг. 4. На другом конце вала двигателя 3 расположена гибкая муфта 5, обеспечивающая передачу крутящего момента и оборотов сдвоенному насосу, как показано на фиг. 4 и 5. Сдвоенный насос отцентрован относительно колокола 4 и прикреплен к нему, причем колокол 4, в свою очередь, прикреплен к двигателю 3 и также отцентрован относительно вала двигателя 3, что обеспечивает соосность вала сдвоенного насоса и вала двигателя 3.
Кроме того, сдвоенный насос состоит из первичного насоса 6 и вторичного насоса 7, которые выполнены с общим входным патрубком. Этот входной патрубок соединен с шаровым клапаном 22, который, в свою очередь, соединен с фильтром 21 всасываемого гидравлического масла, расположенным внутри всасывающего бака 11, как показано на фиг. 4 и 5. Таким образом, первичный насос 6 и вторичный 7 насос обеспечивают всасывание масла из всасывающего бака 11. Первичный насос 6 выполнен с возможностью нагнетать масло с определенной производительностью и направлять его по гибкому трубопроводу 32 к поточному соединителю 15, как показано на фиг. 5. После этого масло может быть направлено в силовой гидравлический контур, как показано на фиг. 6.
С другой стороны, вторичный насос 7 выполнен с возможностью всасывать масло и нагнетать его в гибкий трубопровод 33, соединяющий упомянутый вторичный насос с двунаправленным клапаном 8, как показано на фиг. 5. При работе двунаправленного клапана 8 на первой скорости обеспечено возвращение гидравлического масла в сливной бак 9 по гибкому трубопроводу 35 и линии 36 возврата гидравлического масла, снабженной обратным клапаном 31, как показано на фиг. 5 и 6. При работе двунаправленного клапана 8 на второй скорости обеспечено направление масла из вторичного насоса 7 по гибкому трубопроводу 34, что обеспечивает его поступление в поточный соединитель 15 и сложение расходов первичного насоса 6 и вторичного насоса 7, как показано на фиг. 5 и 6.
При любой из скоростей - первой или второй - обеспечено направление масла из поточного соединителя 15 в гидравлический контур. Траектория движения масла в этом случае проходит через клапан 16 регулировки давления, откуда первый поток направляется по линии 30 к первичному управляющему электромагнитному клапану 19, откуда возвращается во всасывающий бак 11. Второй возвратный поток масла отводится по гибкому трубопроводу 38 к линии 36 возврата гидравлического масла, и третий поток направляется к запорному клапану 56 высокого давления, как показано на фиг. 7. От этого запорного клапана 56 высокого давления масло проходит к клапану 17 регулировки давления. От него первый небольшой поток отводится по линии 29 к вторичному управляющему электромагнитному клапану 20, откуда возвращается во всасывающий бак 11. Второй возвратный поток масла направляется по гибкому трубопроводу 37 к линии 36 возврата гидравлического масла, а третий поток направляется к запорному регулирующему клапану 18, как показано на фиг. 7. Затем масло проходит через гибкий трубопровод 53, шаровой клапан 52 высокого давления, основание 47, гибкий трубопровод 54 и, наконец, достигает гидравлического исполнительного механизма 48, как показано на фиг. 1. Когда гидравлическое масло поступает в гидравлический исполнительный механизм 48, оно находится при низком давлении, поскольку соответственно первичный 19 и вторичный управляющий электромагнитный клапан 20 в нормальных условиях являются открытыми. Когда первичный 19 и вторичный управляющий электромагнитный клапан 20 открыты, они не запитаны и обеспечивают возможность того, что клапаны 16 и 17 регулировки давления остаются открытыми и обеспечивают направление остального масла по гибким трубопроводам 38 и 37 в линию 36 возврата гидравлического масла. Затем, нижний датчик 50 посылает электрический сигнал на электронную плату управления 57, которая обеспечивает подачу питания и закрытия первичного управляющего электромагнитного клапана 19 и вторичного управляющего электромагнитного клапана 20. Закрытие первичного управляющего электромагнитного клапана 19 и вторичного управляющего электромагнитного клапана 20 обеспечивает остановку течения потоков гидравлического масла по линиям 29 и 30, что обеспечивает возможность закрытия клапанов 16 и 17 регулировки давления при максимальном давлении их срабатывания. Если давление, требуемое гидравлическому исполнительному механизму 48 для подъема веса колонны насосных штанг и гидростатического напора внутри скважины, ниже давления включения клапанов 16 и 17 регулировки давления, перемещение гидравлического исполнительного механизма 48 вверх будет обеспечено вследствие того, что в него поступает 100% потока гидравлического масла. Если давление, требуемое гидравлическому исполнительному механизму 48 для подъема веса колонны насосных штанг и гидростатического напора внутри скважины, превышает давление включения клапанов 16 и 17 регулировки давления, гидравлический исполнительный механизм 48 останется неподвижным; при этом клапаны 16 и 17 регулировки давления обеспечивают сброс давления потока по гибким трубопроводам 37 и 38, направляя масло в линию 36 возврата гидравлического масла. В этом случае должно быть установлено большее давление срабатывания клапанов 16 и 17 регулировки давления для обеспечения возможности направления потока гидравлического масла к гидравлическому исполнительному механизму 48.
Когда гидравлический исполнительный механизм расположен в верхнем положении, верхний датчик 49 посылает электрический сигнал плате 57 управления, которая обеспечивает отключение первичного управляющего электромагнитного клапана 19 и вторичного управляющего электромагнитного клапана 20. Упомянутый верхний датчик 49 управления расположен на верхнем конце основания 47, как показано на узле А с фиг. 1. Таким образом, выключение первичного управляющего электромагнитного клапана 19 и вторичного управляющего электромагнитного клапана 20 обеспечивает их возвращение в нормальное открытое положение, что обеспечивает возможность прохода потока текучей среды по линиям 30 и 29 и гибким трубопроводам 38 и 37. Таким образом, давление внутри клапанов 16 и 17 регулировки давления снижается до минимума вследствие гидравлических потерь на трение в гибких трубопроводах 37 и 38 и линии 36 возврата гидравлического масла. В этом случае обеспечено то, что масло, находящееся под избыточным давлением внутри гидравлического исполнительного механизма 48, возвращается в запорный регулирующий клапан 18, выполненный с возможностью регулировки и управления скоростью движения гидравлического исполнительного механизма 48 вниз. Затем обеспечивается направление масла от запорного регулирующего клапана 18 к клапану 17 регулировки давления и его направление по гибкому трубопроводу 37 в линию 36 возврата и, наконец, в маслосливной бак 9. Возможность этого обеспечена вследствие того, что клапан 56 высокого давления выполнен с возможностью предотвращения прохождения гидравлического масла к клапану 16 регулировки давления, что обеспечивает его защиту от прохождения слишком большого расхода масла. Кроме того, масло от сдвоенного насоса проходит через клапан 16 регулировки давления к гибкому трубопроводу 38 и перемещается по линии 36 возврата гидравлического масла к маслосливному баку 9. При достижении гидравлическим исполнительным механизмом 48 нижнего положения нижний датчик 50 посылает электрический сигнал на электронную плату 57 управления для запуска нового цикла посредством закрытия первичного и вторичного управляющих электромагнитных клапанов 19 и 20. Нижний датчик 50 размещен на нижнем конце основания 47, как показано на узле В на фиг. 1.
Внутри сухой камеры 12 для электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов расположен измеритель 24 давления силового контура, который соединен посредством линии 26 со сливом силового гидравлического контура, как показано на фиг. 3 и 7. Таким образом, измеритель 24 давления выполнен с возможностью измерения давления при перемещении гидравлического исполнительного механизма 48 вверх и вниз. В упомянутой сухой камере 12 также расположен измеритель 23 давления рециркуляционного контура, который соединен посредством линии 27 с линией 36 возврата гидравлического масла, как показано на фиг. 3 и 7. Таким образом, измеритель 23 давления выполнен с возможностью измерения колебаний давления в линии 36 возврата гидравлического масла, как показано на фиг. 3 и 7. Кроме этого, сухая камера 12 содержит термометр 25, выполненный с возможностью измерения температуры гидравлического масла внутри всасывающего бака 11, а также средства визуального наблюдения и датчик 28 уровня для контроля оптимального уровня масла внутри всасывающего бака 11 снаружи, как показано на фиг. 3. Наконец, сухая камера 12 содержит щиток 51 управления, имеющий кнопку аварийной остановки, а также кнопки управления включением и выключением двигателя 3 и ручным включением и выключением первичного и вторичного управляющих электромагнитных клапанов 19 и 20 соответственно, как показано на фиг. 3.
При прохождении гидравлического масла по трубкам радиатора 10 обеспечивается охлаждение этого масла. Энергия, необходимая для этого перемещения потока обеспечена за счет небольшой разницы высот уровней масла в маслосливном баке 9 и всасывающем баке 11, как показано на фиг. 4. Поскольку масло всасывается сдвоенным насосом через маслофильтр 21, расположенный внутри всасывающего бака 11, и через шаровой клапан 22, обеспечено уменьшение высоты уровня масла во всасывающем баке 11 относительно высоты уровня масла в маслосливном баке 9, как показано на фиг. 4. Потери на трение внутри радиатора 10 является меньше упомянутой небольшой разницы высот уровней масла в баках 9 и 11, поскольку радиатор 10 имеет малую длину и большое проходное сечение.
На каркасе 1 содержит множество крышек, герметизирующих и защищающих от воздействия окружающей среды компоненты внутри упомянутого каркаса. Крышка 39 обеспечивает герметизацию сливного маслобака 9, как показано на фиг. 2. Крышка 40 с встроенным воздушным фильтром 44, содержащая соединение с линией 55 возврата гидравлического масла из гидравлического исполнительного механизма 48, обеспечивает герметизацию всасывающего бака 11, как показано на фиг. 1 и 2. Крышка 41 обеспечивает герметизацию сухой камеры 12 и защиту электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов, как показано на фиг. 2. Крышка 42 обеспечивает герметизацию шкафа 13 и защиту силового гидравлического контура, как показано на фиг. 2. Наконец, крышка 43 обеспечивает герметизацию шкафа 14 и защиту остальных электрических компонентов, как показано на фиг. 2.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 в аксонометрии показаны силовая гидравлическая установка, основание и гидравлический исполнительный механизм, при этом на узле А показаны верхний датчик 49 и гибкий трубопровод 54, на узле В показан верхний датчик 50, и на узле С показан шаровой клапан 52 высокого давления.
На фиг. 2 в аксонометрии показана силовая гидравлическая установка с наружными крышками.
На фиг. 3 в аксонометрии показана силовая гидравлическая установка с внутренними компонентами.
На фиг. 4 в аксонометрии и на виде сбоку показана силовая гидравлическая установка, в которой показаны уровни масла внутри маслосливного бака 9 и всасывающего бака 11, а также внутренние компоненты агрегата.
На фиг. 5 в аксонометрии показан двигатель силовой гидравлической установки с показанными входными и выходными патрубками первичного 6 и вторичного 7 гидравлических насосов.
На фиг. 6 в аксонометрии показан гидравлический силовой контур, соединенный с входными и выходными патрубками первичного 6 и вторичного 7 насосов.
На фиг. 7 в аксонометрии показан гидравлический силовой контур.
Перечень ссылочных обозначений
1. Каркас
2. Вентилятор
3. Двигатель
4. Колокол
5. Гибкая муфта
6. Первичный насос
7. Вторичный насос
8. Двунаправленный клапан
9. Маслосливной бак
10. Радиатор
11. Всасывающий бак
12. Сухая камера для электрических элементов управления и гидравлических измерительных элементов
13. Шкаф для гидравлического силового контура
14. Шкаф для электрических компонентов
15. Поточный соединитель
16. Клапан регулировки давления рециркуляции масла
17. Клапан регулировки давления возврата масла
18. Запорный регулирующий клапан
19. Первичный управляющий электромагнитный клапан
20. Вторичный управляющий электромагнитный клапан
21. Фильтр всасываемого гидравлического масла
22. Шаровой клапан
23. Измеритель давления рециркуляционного контура
24. Измеритель давления силового контура
25. Термометр
26. Линия для соединения силового контура с измерителем 24 давления
27. Линия для соединения линии возврата 36 с измерителем 23 давления
28. Средство визуального наблюдения и датчик уровня 29. Линия для соединения управляющего электромагнитного клапана 20 с клапаном 17 регулировки давления
30. Линия для соединения управляющего электромагнитного клапана 19 с клапаном 16 регулировки давления
31. Обратный клапан
32. Гибкий трубопровод для соединения первичного насоса 6 с поточным соединителем 15
33. Гибкий трубопровод для соединения вторичного насоса 7 с двунаправленным клапаном 8
34. Гибкий трубопровод для соединения двунаправленного клапана 8 с поточным соединителем 15
35. Гибкий трубопровод для соединения двунаправленного клапана 8 с линией 36 возврата
36. Линия возврата гидравлического масла
37. Гибкий трубопровод для соединения клапана 17 регулировки давления с линию 36 возврата
38. Гибкий трубопровод для соединения клапана 16 регулировки давления с линией 36 возврата
39. Крышка для бака возврата
40. Крышка для масловсасывающего бака
41. Крышка для сухой камеры 12
42. Крышка для шкафа 13
43. Крышка для шкафа 14
44. Воздушный фильтр
45. Боковая крышка
46. Люк
47. Основание
48. Гидравлический исполнительный механизм
49. Верхний датчик
50. Нижний датчик
51. Щиток управления
52. Шаровой клапан высокого давления
53. Гибкий трубопровод для соединения гидравлического силового контура с шаровым клапаном 52 высокого давления
54. Гибкий трубопровод для соединения основания 47 с гидравлическим исполнительным механизмом 48
55. Линия возврата для соединения гидравлического исполнительного механизма 48 с всасывающим баком 11
56. Запорный клапан высокого давления
57. Электронная плата управления
58. Решетка всасывания
59. Решетка левого бокового выпускного отверстия
60. Решетка правого бокового выпускного отверстия