ГИДРОПРИВОДНОЙ ДИАФРАГМЕННЫЙ НАСОС ДЛЯ ПОДЪЕМА ЖИДКОСТИ ИЗ СКВАЖИНЫ
HYDRAULICALLY ACTUATED DIAPHRAGM PUMP TO UPWELL FLUID

Изобретение относится к насосной технике, преимущественно к средствам откачки текучих сред из скважин при помощи объемных насосов, имеющих эластичный рабочий орган и предназначенных для подъема из скважин агрессивных и солесодержащих пластовых жидкостей, в том числе нефти с содержанием газа.
Известен скважинный плунжерно-диафрагмовый насос, содержащий заполненный жидкостью гидрозащиты цилиндр с помещенным в него плунжером со штоком, связанным с приводным элементом, уплотнительное устройство штока, компенсаторную камеру с разделительной диафрагмой и всасывающе-нагнетательную камеру со всасывающим и нагнетательным клапанами и разделительной диафрагмой (см. авторское свидетельство SU №1137240, кл. F04B 47/02, 30.01.1985).
Основной недостаток конструкций данного типа - отсутствие средств, препятствующих растяжению эластичной диафрагмы при действии на нее максимального избыточного рабочего давления, что приводит к снижению надежности работы насоса и сокращению межремонтного срока эксплуатации насоса. Кроме того, возможно образование складок диафрагмы, что ведет к ускоренному износу диафрагмы с сокращением бездефектного срока эксплуатации насоса.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насосная установка для подъема жидкости из скважины, содержащая гидроприводной диафрагменный насос, выполненный с кожухом, образующим внутри кожуха полость, и размещенной в кожухе эластичной диафрагмой, разделяющей полость на камеры для приводной и откачиваемой жидкостей, из которых камера для откачиваемой жидкости сообщена через всасывающий клапан, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры, со скважиной, а через нагнетательный клапан, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб, а камера для приводной жидкости сообщена каналом приводной жидкости с источником ее подачи, причем в камере для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой при избыточном давлении в камере для приводной жидкости (см. патент RU №2090779, кл. F04B 47/02, 20.09.1997).
Выполнение эластичной диафрагмы с возможностью придания ей формы поверхности стенки камеры, формирующей полость для откачиваемой жидкости, при избыточном давлении в полости для приводной жидкости относительно давления в полости для откачиваемой жидкости, не превышающем 10% максимального рабочего, позволяет повысить срок эксплуатации эластичной диафрагмы, однако наличие знакопеременных нагрузок в процессе эксплуатации насосной установки не позволяет в полной мере решить вопрос увеличения межремонтного срока эксплуатации насосной установки.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в снижении динамических и знакопеременных нагрузок на эластичную диафрагму.
Технический результат заключается в повышении надежности работы насоса при увеличении срока межремонтной эксплуатации насосов с эластичными рабочими органами - эластичными диафрагмами.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что гидроприводной диафрагменный насос для подъема жидкости из скважины содержит установленную в кожухе эластичную диафрагму с образованием внутри кожуха полости, разделенной диафрагмой на камеры для приводной и откачиваемой жидкостей, последняя из которых сообщена через всасывающий клапан, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры, со скважиной, а через нагнетательный клапан, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб, камера для приводной жидкости сообщена каналом приводной жидкости с источником ее подачи, а в камере для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой при избыточном давлении в камере для приводной жидкости, в полости кожуха размещена дополнительная эластичная диафрагма, образующая дополнительную камеру для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой, причем со стороны нижней и верхней торцевых стенок дополнительная камера сообщена соответственно со скважиной через всасывающий клапан и с каналом отвода откачиваемой жидкости через нагнетательный клапан, при этом камера для приводной жидкости образована пространством между эластичными диафрагмами, а форма поверхности перфорированных стенок камер для откачиваемой жидкости совпадает с формой соответствующей эластичной диафрагмы при подаче в камеру для приводной жидкости последней под ее максимальным рабочим давлением.
Форма стенок камер для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер для откачиваемой жидкости.
Кожух выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости.
В ходе проведенных испытаний было выявлено, что объемные насосы с рабочим органом в виде эластичной диафрагмы, в которых привод осуществляется посредством какой-либо текучей среды, преимущественно жидкости, позволяет обеспечить защиту трущихся поверхностей гидродвигателя, при помощи которого приводная среда подается в насос и отводится из него. Кроме того, взаимодействие эластичного рабочего органа с текучей приводной средой характеризуется более равномерным распределением нагрузки, что также способствует меньшему износу эластичного рабочего органа. Однако срок межремонтной эксплуатации таких насосов и установок в значительной мере определяется условиями работы эластичных рабочих органов. При этом отрицательными факторами являются интенсивное воздействие на эластичный рабочий орган абразивных компонентов перекачиваемой среды и периодическая деформация эластичного органа - диафрагмы.
Размещение в полости кожуха дополнительной эластичной диафрагмы, образующей в полости дополнительную камеру для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой, а также образование камеры для приводной жидкости пространством между эластичными диафрагмами с совпадением формы поверхности перфорированных стенок камер для откачиваемой жидкости с формой эластичной диафрагмы при подачи в камеру для приводной жидкости последней под ее максимальном рабочим давлением позволяет практически полностью разгрузить диафрагму от нагрузок, при которых имеет место растяжение эластичной диафрагмы, а также резко снизить знакопеременные нагрузки на эластичные диафрагмы, что и позволяет увеличить срок межремонтной эксплуатации насосной установки при повышении надежности ее работы, а это, в свою очередь, позволяет уменьшить потери, связанные с извлечением неисправного насоса из скважины.
Дополнительные возможности по повышению надежности работы насоса достигаются за счет того, что форма стенок камер для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер для откачиваемой жидкости, а кожух выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости. В результате представляется возможность обеспечить более равномерную нагрузку на эластичные диафрагмы и снизить воздействие на эластичные диафрагмы химически агрессивных сред при уменьшении мертвого пространства камер для приводной и откачиваемой жидкостей.
На чертеже схематически представлен продольный разрез гидроприводного диафрагменного насоса для подъема жидкости из скважины.
Насос содержит кожух 1 и размещенную внутри него эластичную диафрагму 2, разделяющую ее на камеры для приводной 3 и откачиваемой 4 жидкостей, последняя из которых сообщена через всасывающий клапан 5, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры 4, со скважиной, а через нагнетательный клапан 6, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом 7 отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб 8. Камера 3 для приводной жидкости сообщена каналом 9 приводной жидкости с источником ее подачи (не показан). В камере 4 для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка 10, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой 2 при избыточном давлении в камере 3 для приводной жидкости. В полости кожуха 1 размещена дополнительная эластичная диафрагма 11, образующая в полости дополнительную камеру 12 для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка 13 для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой 11. Со стороны нижней и верхней торцевых стенок дополнительная камера сообщена соответственно со скважиной через всасывающий клапан 5 и с каналом 7 отвода откачиваемой жидкости. Камера 3 для приводной жидкости образована пространством между эластичными диафрагмами 2 и 11. Форма поверхности перфорированных стенок 10 и 13 и камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости совпадает с формой соответствующей эластичной диафрагмы 2 и 11 при подачи в камеру 3 для приводной жидкости последней под ее максимальным рабочим давлением.
Форма стенок камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок 10 и 13, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости.
Кожух 1 выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости.
При работе насоса в фазе всасывания откачиваемая жидкость, подаваемая на поверхность земли посредством насосно-компрессорных труб, через всасывающий клапан 5 и перфорацию перфорированных стенок 10 и 13, наполняет камеры 4 и 12 для откачиваемой жидкости, а эластичные диафрагмы 2 и 11 перемещаются в направлении друг к другу. В фазе нагнетания в камеру 3 для приводной жидкости подается последняя, например дизельное топливо или соляровое масло, которое, воздействуя на эластичные диафрагмы 2 и 11, выдавливает откачиваемую из скважины жидкость из камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости через нагнетательный клапан 6 в колонну подъемных труб 8, при этом эластичные диафрагмы 2 и 11, преодолевая давление откачиваемой жидкости в колонне подъемных труб 8, перемещаются в сторону перфорированных стенок 10 и 13.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности при добыче различных жидких сред из скважин.