НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
PUMP UNIT

Изобретение относится к насосостроению, касается электрогидроприводных насосных агрегатов и может быть использовано в составе оборудования для откачки жидкостей из скважин.
Известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий корпус с всасывающими и нагнетательными каналами для перекачивания рабочей жидкости, в которых установлены обратные клапаны, электрогидроприводную насосную станцию, связанную нагнетательным и сливным каналами с блоком управления и предназначенную для перекачивания гидравлической жидкости. Насосный агрегат снабжен двумя плунжерными насосами для забора перекачиваемой жидкости из затрубного пространства и подачи ее в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), каждый из насосов установлен в своей полости, имеющей возможность соединения со всасывающим и нагнетательным каналами для перекачиваемой жидкости, и выполнен в виде неподвижного плунжера и установленной на нем с возможностью перемещения плунжерной гильзы, имеющей на своей внутренней поверхности обниженный поясок, образующий с наружной поверхностью плунжера дросселирующий зазор. Блок управления насосного агрегата выполнен в виде гидрораспределителя и двух пилотных золотников (см. патент РФ №2305797, Кл. F04B 47/08, 2006 г. - наиболее близкий аналог).
В результате анализа конструкции данного насосного агрегата необходимо отметить, что он, как и заявленный, содержит корпус с всасывающими и нагнетательными каналами для перекачивания рабочей жидкости, плунжерные насосы для забора перекачиваемой жидкости из затрубного пространства и подачи ее в колонну насосно-компрессорных труб, электрогидроприводную насосную станцию, связанную нагнетательным и сливным каналами с блоком управления и предназначенную для перекачивания гидравлической жидкости, плунжерные насосы выполнены в виде неподвижного плунжера и установленной на нем с возможностью перемещения плунжерной гильзы, а также блок управления, имеющий в своем составе гидрораспределитель.
Однако конструкция известного насосного агрегата не технологична (дросселирующий зазор между пояском гильзы и плунжером должен быть выполнен в достаточно узком диапазоне размеров) и сложна (в блоке управления кроме основного гидрораспределителя имеются еще два пилотных золотника). Наличие двух пилотных золотников в блоке управления не только усложняет его конструкцию, но и приводит к потере стабильности в управлении работой агрегата, что, кроме того, сокращает срок его эксплуатации.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции насосного агрегата, обеспечивающей стабильную и устойчивую работу механизмов при одновременном упрощении конструкции насосного агрегата, что позволяет повысить его надежность.
Поставленная задача решается тем, что в насосном агрегате, содержащем корпус с полостями, в которых размещены плунжерные насосы и блок управления, выполненный в виде золотникового гидрораспределителя, насосные полости корпуса посредством всасывающих и нагнетательных каналов, в которых установлены обратные клапаны, имеют возможность соединения соответственно с затрубным пространством и полостью насосно-компрессорных труб, каждый плунжерный насос выполнен в виде плунжера и установленной на плунжере с возможностью перемещения плунжерной гильзы, размещенную на корпусе насосную электрогидроприводную маслонасосную станцию, нагнетательным и сливным каналами через золотниковый гидрораспределитель имеющую возможность соединения с полостями плунжерных гильз, новым является то, что насосный агрегат снабжен штоковыми гидрораспределителями, установленными в плунжерах насосов, а штоки этих гидрораспределителей имеют возможность взаимодействия с плунжерными гильзами, по торцам золотникового гидрораспределителя установлены дросселирующие элементы, имеющие возможность соединения со сливным каналом маслонасосной станции, а по торцам золотника золотникового гидрораспределителя установлены катушки, образующие полости с дросселирующими элементами, причем каждая из полостей имеет возможность соединения через штоковый гидрораспределитель с полостью плунжерной гильзы, а также с нагнетательным каналом маслонасосной станции.
Весьма существенным в конструкции насосного агрегата является то, что блок управления насосного агрегата состоит только из одного золотникового гидрораспределителя, золотник которого, дополненный катушками, стабильно удерживается в крайних положениях, обеспечивая надежную работу всего насосного агрегата.
В гидравлических системах, оснащенных золотниковыми гидрораспределителями, весьма важно, чтобы золотник надежно фиксировался в каждом из занимаемых им крайних положениях. В заявленной конструкции агрегата перепад давлений, действующий на торцы золотника, постоянно направлен в сторону удержания золотника в заданном смещенном положении.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен насосный агрегат, осевой разрез.
Насосный агрегат выполнен в виде корпуса 1 с полостями 2 и 3, каналами 4 и 5 связанными с затрубным пространством, а каналами 6 и 7 - с полостью НКТ. В каналах 4 и 5 установлены всасывающие клапаны 8 и 9, а в каналах 6 и 7 - нагнетательные клапаны 10 и 11. Нормальное положение клапанов 8, 9, 10, 11 - «закрыто». Каналы 4, 5, 6, 7 предназначены для перекачиваемой жидкости (например, нефти из скважины).
В полостях 2 и 3 смонтированы плунжерные насосы, состоящие из имеющихся на корпусе неподвижных плунжеров 12, 13 и охватывающих их плунжерных гильз 14, 15, на которых установлены уплотнительные элементы 16, 17, для обеспечения герметичности гидросистемы с рабочей жидкостью (маслом).
Плунжерные гильзы 14, 15 установлены на плунжерах 12, 13 с возможностью перемещения.
В полости корпуса 1 между плунжерами размещен блок управления 18, выполненный в виде гидрораспределителя 19, золотник которого оснащен двумя гидравлическими потенциометрами, образованными гидравлическими катушками 20 и 21, установленными по торцам золотника. В кольцевой зазор, образованный в золотниковой паре по поверхностям этих катушек, подводится давление нагнетания.
Гидрораспределитель посредством сливного 22 и нагнетательного 23 каналов связан с маслонасосной станцией 24 перекачивания рабочей жидкости (масла), приводимой от электродвигателя 25, то есть насосная станция 24 является электрогидроприводной. Полости плунжерных гильз 14 и 15 каналами 26 и 27 через блок управления имеют возможность соединения с нагнетательным каналом.
Перед торцами золотника имеются полости «А» и «Б». Полости каналами 28 и 29 связаны со штоковым гидрораспределителями 30 и 31 соответственно. Кроме того, данные полости имеют возможность соединения с нагнетательным каналом 23 через кольцевые расточки 33, 34 а через дросселирующие элементы (кольцевые зазоры) 35, 36 - со сливным каналом 22. Можно сказать, что полости образованы катушками и дросселирующими элементами.
Гидрораспределители 30 и 31 установлены в неподвижных плунжерах таким образом, чтобы их штоки имели возможность взаимодействия с торцом плунжерной гильзы при ее положении, соответствующем минимальному объему рабочей полости.
Для работы насосный агрегат монтируют на колонне НКТ 32.
Выполнение элементов и узлов насосного агрегата, не раскрытое в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной защиты.
Корпус может быть выполнен сборным или с окнами для обеспечения монтажа в нем механизмов агрегата.
Насосный агрегат работает следующим образом.
Для работы насосный агрегат крепят на колонне НКТ и опускают в скважину.
Для осуществления рабочего цикла включают электродвигатель 25. Рабочая жидкость по нагнетательному каналу 23 поступает в блок управления 18. В зависимости от положения золотника гидрораспределителя 19 рабочая жидкость поступает по каналу 26 в полость плунжерной гильзы 14 или по каналу 27 в полость плунжерной гильзы 15.
Пусть гидрораспределитель 19 находится в положении, при котором жидкость по нагнетательному каналу 23 поступает в канал 26, увеличивая объем жидкости внутри плунжерной гильзы 14. При этом увеличивается давление в полости 2 и открывается нагнетательный клапан 11. Поток перекачиваемой жидкости, который без учета объемных потерь равен потоку гидравлической жидкости, закачиваемой насосной станцией 24 в нагнетательный канал 23, из полости 2 (на нагнетание работает плунжерная гильза 14) поступает в НКТ 32.
В это же время полость плунжерной гильзы 15 соединена со сливным каналом 22, который одновременно является всасывающей магистралью для насосной станции 24. В результате эффекта всасывания в полости внутри плунжерной гильзы 15 начинается разрежение и падение давления, и плунжерная гильза приходит в движение в сторону уменьшения своего внутреннего объема, а следовательно, создает разрежение в полости 3. Всасывающий клапан 9 открывается, и начинается процесс всасывания перекачиваемой жидкости из скважины (затрубного пространства). Процессы всасывания перекачиваемой жидкости из скважины в полость 3 и нагнетания из полости 2 в НКТ происходят одновременно.
В конце хода плунжерной гильзы 15, работающей в режиме всасывания, происходит воздействие торца плунжерной гильзы 15 на шток гидрораспределителя 31, в результате чего падает давление в канале 29, который соединяется при этом с полостью внутри плунжерной гильзы 15. При этом падает давление на правом торце золотника 19 (в полости «А»), разность давлений на торцы золотника меняет свой знак, вследствие чего происходит смещение золотника из крайнего левого положения (как это показано на чертеже) в крайнее правое. При смене положения золотника гидрораспределителя 19 кольцевые расточки 33 и 34 оказываются в новом положении по отношению к соответствующим наружным торцам золотника. Правая кольцевая расточка 34, что находилась ранее ближе к правому наружному торцу, оказывается максимально удаленной от своего (правого) торца, а левая кольцевая расточка 33, что находилась на максимальном удалении от своего (левого) торца, оказывается на минимальном расстоянии от него. Следствием является смена условий течения жидкости в зазорах катушек 20 и 21.
Если в положении, показанном на чертеже, расстояние от правой расточки до своего правого торца было минимально и, соответственно, давление на торец было максимальным, а расстояние от левой расточки до своего левого торца было максимально и, соответственно, давление на левый торец было минимальным, то теперь эти условия меняются на противоположные, и давление на левый торец становится максимальным, а на правый - минимальным и золотник гидрораспределителя 19 удерживается изменившим свой знак перепадом в новом положении. Утечки из полостей перед торцом золотника сливаются в сливной канал 22 через дросселирующие элементы (кольцевые зазоры) 35 и 36.
При переходе гидрораспределителя 19 в новое положение, канал 26 соединяется с каналом 22, а канал 27 - с каналом 23
При этом рабочая жидкость поступает из нагнетательного канала 23 в полость плунжерной гильзы 15, которая начинает ход нагнетания. Одновременно плунжерная гильза 14 начинает втягиваться (ход всасывания). При этом прекращается воздействие торца гильзы 14 на толкатель гидрораспределителя 30 и он возвращается в исходное положение, отсекая внутреннюю полость плунжерной гильзы 14 от канала 28. При достижении минимального объема во внутренней полости плунжерной гильзы 14 процесс повторится и режимы работы насосов вновь поменяются, благодаря чему обеспечивается непрерывность процессов всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости в НКТ 32.