УСТАНОВКА ПОГРУЖНОГО ПЛУНЖЕРНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности - к установкам бесштанговых плунжерных насосов.
Из уровня техники известно Изобретение «Погружная бесштанговая насосная установка» (патент №2701653, RU, F04B 47/06, опубликовано 30.09.2019), в котором описана установка содержащая: содержащая плунжерный насос и установленный под указанным плунжерным насосом погружной линейный электродвигатель. Линейный электродвигатель включает цилиндрический корпус, внутри которого размещен статор, выполненный с периодически установленными на тонкостенных втулках из нержавеющей стали равных по длине частей - модулей, состоящих из стальных сердечников и соединенных между собой индукционных катушек, образующих группы обмоток, при этом каждый модуль ограничен торцевыми крышками, а между модулями установлены опорные направляющие в виде подшипников-центраторов, а также слайдер, состоящий из цельнометаллического вала с установленными на нем постоянными магнитами и магнитопроводящими сердечниками, вал которого выполнен с возможностью жесткого соединения напрямую со штоком плунжера погружного насоса Кроме того, установка содержит маслозаполненный компенсатор давления, установленный жестко сочлененным с нижней частью корпуса линейного электродвигателя, при этом полость компенсатора гидравлически соединена с кольцевой полостью двигателя, а также дополнительно содержит в верхней части корпуса электродвигателя головку токоввода с герметичным разъемом для соединения фазных обмоток линейного электродвигателя с муфтой кабельного ввода питающего кабеля и со сквозным осевым каналом, диаметр которого выполнен с возможностью свободного возвратно-поступательного движения в нем связки слайдер - шток плунжера погружного насоса. При этом расстояния между торцевыми крышками смежных модулей статора, занимаемыми подшипниками-центраторами, выполнены по всей длине статора равными между собой и строго кратными длине полюсного деления статора, длины полюсных делений статора, измеряемые шириной трех индукционных катушек с тремя прилегающими стальными сердечниками, выполнены строго равными длинам полюсных делений слайдера, измеряемых шириной постоянного магнита с двумя прилегающими магнитопроводящими стальными сердечниками.
Недостатком данной установки является сложность конструкции линейного электродвигателя, которая обуславливает его высокую стоимость. Кроме того в установке по патенту 2701653 отсутствует возможность увеличения длины хода плунжера без увеличения длинновых размеров электродвигателя, что сужает область применения данной установки.
Известна так же полезная модель «Установка погружного плунжерного насоса с передачей винт-гайка качения для подъема газожидкостной смеси из нефтяных скважин» (патент №147159, RU, F04B 47/00, опубликовано 27.10.2014), техническое решение по которой содержит: корпус, внутренняя полость которого заполнена барьерным маслом, плунжерный насос с цилиндром и подвижно соединенным с ним плунжером, погружной вентильный электродвигатель, снабженный гидрозащитой, ведущий вал которого соединен через опорно-подшипниковый узел с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штоком плунжера насоса. Шток уплотнен в корпусе и связан с гайкой качения посредством цилиндрического полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение. При этом насос снабжен нагнетательным клапаном и всасывающим клапаном, расположенным на головке плунжера, и между ними образована полость, сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины через приемные сетки, установленные в стенках цилиндра плунжерного насоса. Вентильный электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением.
Недостатком установки по патенту 147159 является ненадежность ее конструкции и ограниченная область применения в силу применения узла «винт-гайка» для превращения вращательного движения вала вентильного электродвигателя в возвратно-поступательное движение плунжера насоса. Для передаточного механизма «винт-гайка» характерен низкий ресурс в условиях большого числа рабочих циклов. Кроме того для данной установки существуют ограничения по возможной величине напора (либо подачи) в виду ограничений осевой грузоподъемности передачи винт-гайка.
Устройство по патенту RU 147159 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принято за прототип.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение надежности эксплуатации установки погружного плунжерного насоса.
Поставленная задача решается заявляемой установкой погружного плунжерного насоса, которая содержит корпус, погружной электродвигатель, снабженный гидрозащитой, плунжерный насос, который содержит цилиндр и подвижно соединенный с ним плунжер, нагнетательный клапан, всасывающий клапан, расположенный на головке плунжера, а также шток плунжера насоса, который уплотнен в корпусе, при этом между всасывающим и нагнетательными клапанами образована полость, гидравлически сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины, цилиндр и плунжер насоса снизу жестко соединены с корпусом и штоком плунжера соответственно, а погружной электродвигатель по силовому кабелю электрически соединен со станцией управления.
Технический результат, благодаря которому решается указанная задача, достигается за счет того, что в известной установке погружного плужерного насоса для трансформации вращательного движения вала погружного электродвигателя в возвратно-поступательное движение рабочих элементов плунжерного насоса вместо пары «винт-гайка» применяется электроприводной насос с входным модулем. Электроприводной насос устанавливается между погружным электродвигателем и корпусом. Вал электроприводного насоса сообщается с валом электродвигателя. При этом входной модуль электроприводного насоса гидравлически связан с затрубным пространством скважины, а его выкид с внутренней полостью корпуса, в которой перемещается шток плунжера. В процессе работы установки осуществляется периодическая работа электроприводного насоса, который осуществляет забор определенного объема жидкости из затрубного пространства и перекачивает данный объем во внутреннюю полость корпуса, в результате чего происходит перемещение штока плунжера, а также жестко связанного с ним плунжера насоса вверх. При остановке работы электроприводного насоса или снижении частоты вращения его привода происходит слив жидкости из внутренней полости корпуса через насос обратно в затрубное пространство с одновременным перемещением штока плунжера и плунжера насоса вниз. Таким образом, возвратно-поступательное движение плунжера насоса реализуется за счет периодической работы узлов серийных электроприводных насосных установок без применения сложных и ненадежных конструкций.
На фигурах 1, 2 представлены чертежи предлагаемой установки.
Установка погружного плунжерного насоса содержит последовательно соединенные погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2 входной модуль 3, электроприводной насос 4, корпус 5, плунжерный насос 6. Плунжерный насос 6 снабжен цилиндром 7, жестко связанным с корпусом 5, плунжером 8, нагнетательным клапаном 9 и всасывающим клапаном 10, расположенным на головке плунжера 8, а также штоком плунжера насоса 11. Между всасывающим 10 и нагнетательным клапаном 9 образована полость 12 гидравлически связанная с затрубным пространством скважины 13. Шток плунжера насоса 11 жестко связан с плунжером насоса 8, уплотнен в корпусе 5 и выполнен с возможностью перемещения во внутренней полости 14 корпуса 5. Внутренняя полость 14 корпуса 5 гидравлически сообщена с выкидом электроприводного насоса 4, а входной модуль 3 электроприводного насоса 4 гидравлически связан с затрубным пространством скважины 13. Погружной электродвигатель 1 по силовому кабелю 15 электрически соединен со станцией управления, расположенной на устье (на фиг. не показана), а его вал соединен с валом электроприводного насоса 4.
В случае если интервал размещения погружного электродвигателя 1 расположен ниже интервала перфорации пласта 16 с которого ведется отбор жидкости (см. фиг. 2), то погружной электродвигатель 1, гидрозащиту 2 и входной модуль 3 размещают в кожухе 17 для организации принудительного охлаждения погружного электродвигателя 1.
Установка работает следующим образом (см. фиг. 1).
После монтажа установки в скважине по команде с устьевой станции управления, передаваемой по кабелю 15 производится запуск погружного электродвигателя 1. Вал погружного электродвигателя 1 начинает приводить во вращение вал электроприводного насоса 4. При этом через входной модуль 3 жидкость из затрубного пространства 13 попадает во внутреннюю полость электроприводного насоса 4. Электроприводной насос 4 сообщает жидкости необходимый напор, после чего с выкида насоса 4 жидкость поступает во внутреннюю полость 14 корпуса 5 и начинает перемещать шток плунжера 11 вверх относительно корпуса 5. Шток плунжера 11 уплотнен в корпусе 5, поэтому перекачиваемая электроприводным насосом 4 жидкость не попадает во внутреннюю полость цилиндра 7 плунжерного насоса 6. Одновременно со штоком плунжера 11 вверх относительно цилиндра 7 начинает перемещаться плунжер 8 насоса 6. При этом происходит закрытие всасывающего клапана 10 и открытие нагнетательного клапана 9 плунжерного насоса 6 и жидкость из полости 12 начинает поступать во внутреннюю полость колонны насосно-компрессорных труб 18.
При достижении штоком плунжера 11 крайней верхней точки во внутренней полости 14 корпуса 5, по команде с устьевой станции управления, передаваемой по кабелю 15, производится снижение частоты вращения или остановка работы погружного электродвигателя 1. В результате происходит снижение напора, сообщаемого электроприводным насосом 4 перекачиваемой жидкости, вследствие чего шток плунжера 11 и плунжер 8 насоса 6 начинают под величиной собственного веса перемещаться вниз относительно корпуса 5 и цилиндра 7 соответственно. Жидкость из внутренней полости 14 корпуса 5 через внутренние каналы электроприводного насоса 4 и входной модуль 3 сливается обратно в затрубное пространство 13. В процессе перемещения плунжера 8 вниз происходит закрытие нагнетательного клапана 9 и открытие всасывающего клапана 10 плунжерного насоса 6 и жидкость из пласта 16 через затрубное пространство 13 начинает поступать в полость 12.
При достижении штоком плунжера 11 крайней нижней точки во внутренней полости 14 корпуса 5 по команде с устьевой станции управления, передаваемой по кабелю 15 производится запуск погружного электродвигателя 1, после чего вышеописанный цикл повторяется.
В случае применения кожуха 17 (см. фиг. 2) поступление жидкости из затрубного пространства 13 во входной модуль 3 электроприводного насоса 4 и ее обратный слив в затрубное пространство 13 осуществляется через внутренние каналы кожуха 17.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволяет повысить надежность установки погружного плунжерного насоса за счет применения стандартных электроприводных насосных установок для организации возвратно поступательного движения плунжера насоса.