ГИДРОПРИВОД ШТАНГОВОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может использоваться для приведения в действие штанговых насосов, осуществляющих подъем нефти или других пластовых жидкостей из скважин.
Известен гидропривод штангового скважинного насоса по патенту RU 119411. Известный гидропривод содержит приводной электродвигатель, гидравлический насос, силовой гидроцилиндр, гидробак, запорный электрогидравлический элемент, предохранительный клапан, датчик перемещения штока гидроцилиндра, систему управления. Отличительными особенностями гидропривода являются: применение в качестве гидравлического насоса нерегулируемого насос-мотора и выполнение электродвигателя реверсивным. Кроме того, в систему управления введен частотный преобразователь, связанный с приводным электродвигателем.
Известный гидропривод позволяет экономить электроэнергию за счет рекуперации потенциальной энергии поднятой вверх колонны насосных штанг в электрическую энергию при движениях колонны штанг вниз.
Недостатком известного гидропривода являются его ограниченные функциональные возможности ввиду того, что при аварийных отключениях электроэнергии в питающей сети или значительных снижениях напряжения тока в сети работа гидропривода, а значит и скважинного насоса прекращается.
Известен гидропривод штангового скважинного насоса по патенту RU 120153, принятый в качестве прототипа.
Известный гидропривод содержит силовой гидроцилиндр с поршнем, шток которого посредством муфты соединен с колонной насосных штанг скважинного насоса, а также гидробак, приводной электродвигатель-генератор, вал которого посредством муфты соединен с валом насос-мотора, а также частотный преобразователь, наделенный функцией рекуперации электроэнергии в сеть, электронную систему управления гидроприводом, напорный маслопровод, сливные маслопроводы.
Техническим результатом применения прототипа является повышение КПД гидропривода в результате рекуперации потенциальной механической электроэнергии поднятых вверх штанг скважинного насоса в электрическую энергию при движении колонны насосных штанг вниз.
Недостатком прототипа, как и первого аналога, являются его ограниченные функциональные возможности, объясняющиеся тем, что при аварийных отключениях электроэнергии в питающей сети или значительных снижениях напряжения тока в сети работа гидропривода, а значит и скважинного насоса, прекращается.
Следующим недостатком прототипа является отсутствие в его схеме устройств для обогрева укрытий гидроприводов, расположенных в северных районах.
Задачей и техническим результатом предложенной полезной модели является устранение недостатков прототипа, а именно: расширение функциональных возможностей гидропривода штангового скважинного насоса и создание возможности обогрева укрытий гидроприводов штанговых скважинных насосов, расположенных в северных районах.
Технический результат достигается тем, что в гидроприводе штангового скважинного насоса, содержащем силовой гидроцилиндр с поршнем и штоком, гидробак, приводной электродвигатель-генератор, насос-мотор, частотный преобразователь, электронную систему управления, напорный и сливной маслопроводы, согласно полезной модели, гидропривод снабжен двигателем внутреннего сгорания, выходной конец вала которого соединен с валом электродвигателя-генератора посредством муфты, снабженной электроприводом ее дистанционного включения и выключения.
В качестве двигателя внутреннего сгорания применен газовый двигатель, работающий на попутном нефтяном газе.
Гидропривод снабжен системой подготовки газа, связанной с впускным трубопроводом двигателя внутреннего сгорания.
Гидропривод снабжен воздушно-отопительным агрегатом, связанным с выпускным трубопроводом двигателя внутреннего сгорания.
Гидропривод снабжен гидравлической системой управления, связанной посредством напорных трубопроводов с насос-мотором и штоковой полостью гидроцилиндра и электрически с электронной системой управления.
Гидропривод снабжен линейной системой определения положения поршня гидроцилиндра, связанной трубопроводом с поршневой полостью гидроцилиндра и электрически с электронной системой управления.
Снабжение гидропривода двигателем внутреннего сгорания, выходной конец вала которого соединен с валом электродвигателя-генератора посредством муфты, снабженной электроприводом ее дистанционного включения и выключения, позволяет при аварийных отключениях электроэнергии в питающей сети, произведя запуск двигателя внутреннего сгорания, осуществлять работу гидропривода и соответственно скважинного насоса за счет тепловой энергии сжигаемого в двигателе попутного нефтяного газа, а при значительном снижении напряжения в сети подключать двигатель внутреннего сгорания в парную работу с электродвигателем-генератором. Таким образом достигается расширение функциональных возможностей гидропривода штангового скважинного насоса.
Кроме того, применение в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания попутного нефтяного газа позволяет повысить экономические показатели работы гидропривода и улучшить экологическую обстановку в районе нефтепромысла.
Наличие в гидроприводе воздушно-отопительного агрегата, связанного с выпускным трубопроводом двигателя внутреннего сгорания, обеспечивает работу гидропривода скважинного штангового насоса в зимнее время вплоть до температуры окружающей среды до - 60°C за счет использования тепла отработавших в двигателе газов. При этом тепло, вырабатываемое воздушно-отопительным агрегатом, подается в пространство укрытия, в котором расположен гидропривод скважинного штангового насоса.
При достаточном напряжении тока в питающей сети возможна работа двигателя внутреннего сгорания в качестве генератора тепла для воздушно-отопительного агрегата. Для этого муфта, соединяющая двигатель внутреннего сгорания с электродвигателем-генератором, должна быть выключена.
Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой гидропривода штангового скважинного насоса.
Гидропривод штангового скважинного насоса состоит из четырех основных частей: гидроцилиндра, насосной гидростанции, электронной системой управления и системы когенерации.
Гидроцилиндр содержит рабочий цилиндр 1 со встроенной линейной системой 2 определения положения поршня 3, шток 4, изменяющиеся в объеме полости: штоковую 5 и поршневую 6. Насосная гидростанция состоит из электродвигателя-генератора 7 и связанного с ним частотного преобразователя 8, гидравлического насос-мотора 9, один конец вала которого посредством муфты 10 соединен с валом электродвигателя-генератора 7, гидравлической системы управления 11, состоящей из гидроаппаратуры и датчиков контроля рабочих параметров, напорного 12 и сливного 13 маслопроводов, гидробака 14.
Система когенерации содержит двигатель внутреннего сгорания 15, работающий на попутном нефтяном газе, выходной конец вала которого соединен с валом электродвигателя-генератора 7 посредством муфты 16, снабженной электроприводом ее дистанционного включения и выключения, содержит систему подготовки газа 17, связанную посредством трубопровода 18 с двигателем внутреннего сгорания 15, а также воздушно-отопительный агрегат 19, связанный посредством трубопровода 20 с двигателем внутреннего сгорания 15.
Работой гидропривода управляет электронная система 21.
Гидропривод работает следующим образом.
Перед началом работы поршень 3 рабочего цилиндра 1 находится в нижнем положении. Поршневая полость 6 цилиндра 1 заполнена воздухом с парами топлива.
При включении электронной системы управления 21 последняя тестирует параметры составляющих гидропривода и выдает сигналы гидравлической системе управления 11 и частотному преобразователю 8 на начало движения поршня 3 со штоком 4 вверх. Электродвигатель-генератор 7 начинает работать в режиме двигателя, а насос-мотор 9 - в режиме насоса, засасывая рабочую жидкость из гидробака 14, которая от насос-мотора 9 через гидроаппаратуру гидравлической системы управления 11 подается под давлением в штоковую полость 5 гидроцилиндра 1. Поршень 3 продвигается вверх и увлекает за собой шток 4, связанный с колонной насосных штанг со скоростью, контролируемой электронной системой управления 21.
При достижении поршнем 3 крайнего верхнего положения, которое определяется линейной системой 2, электронная система управления 21, получив данные от линейной системы 2, подает сигнал на переключение аппаратуры гидравлической системы управления 11, а также сигнал частотному преобразователю 8 на движение поршня 3 и штока 4 вниз.
Вес колонны насосных штанг создает давление рабочей жидкости в штоковой полости 5 гидроцилиндра 1, которая, воздействуя на насос-мотор 9, начинает вращать его вал в режиме мотора. Вал насос-мотора 9 через муфту 10 начинает вращать вал электродвигателя-генератора 7 в режиме генератора. Поршень 3 и шток 4 с колонной насосных штанг движутся вниз. Вырабатываемая электродвигателем-генератором 7 электроэнергия через частотный преобразователь 8 подается в питающую сеть. За счет этого происходит рекуперация механической потенциальной энергии поднятой вверх колонны насосных штанг в электрическую энергию. При достижении поршнем 3 крайнего нижнего положения электронная система управления 21 подает сигналы гидравлической системе управления 11 и частотному преобразователю 8 на движение поршня 3 со штоком 4 вверх и цикл работы гидропривода повторяется.
При аварийном отключении электроэнергии в питающей сети или при значительном снижении напряжения тока оператор производит запуск двигателя внутреннего сгорания 15, работающего на попутном нефтяном газе. При включении муфты 16 двигатель 15 вращает вал электродвигателя-генератора 7 и насос-мотор 9. Вырабатываемая электродвигателем-генератором 7 электроэнергия через преобразователь 8 подается в питающую сеть и к электронной системе управления 21. Возможна постоянная работа в паре обоих приводных механизмов: двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя-генератора. Такая когенерация дает возможность экономить электроэнергию за счет использования тепловой энергии сжигаемого в двигателе внутреннего сгорания попутного нефтяного газа.
При работе двигателя внутреннего сгорания 15 в зимнее время года при низких температурах, вплоть до -60°C, осуществляется подогрев пространства укрытия, в котором размещен гидропривод, теплом отработавших газов двигателя, для чего эти газы через трубопровод 20 направляют в воздушно-отопительный агрегат 19.