Привод скважинной штанговой установки
Полезная модель может быть использована для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин проблемных заклинивающих скважин. Привод скважинной штанговой установки содержит рабочий цилиндр (1), разделенный поршнем (2) на две полости (3) и (4), и вспомогательный тандемный цилиндр (5) со штоком (6) с закрепленными на его концах поршнями (7) и (8), установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых (9) и (10) и двух штоковых (11) и (12). Привод снабжен двумя предохранительными клапанами (21) и (22). Клапан (21) установлен в нагнетательной линии (20) первой штоковой полости (11) тандемного цилиндра (5), второй предохранительный клапан (22) установлен в нагнетательной линии (14) второй поршневой полости (10) тандемного цилиндра (5). Привод снабжен штанговращателем (23) с реактивным рычагом (24), взаимодействующим с вертикальной направляющей. Обеспечивается бесперебойное движение колоны штанг за счет работы в автоматическом режиме, при котором) скорость движения и длина хода колонны штанг изменяется пропорционально, изменению нагрузки на устьевом штоке, а так же за счет обеспечения возможности непрерывного вращения колонны штанг. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические средства, и может быть использована для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин проблемных заклинивающих скважин.
Известны гидравлические приводы подъемных устройств (пат. RU 
2061913, МПК6 F15B 1/02, опубл.1996 г.; пат. RU 2134360, МПК6 F04B 47/04, опубл. 1999 г.; пат. RU 2193111, МПК6 F04B 47/04, опубл. 2002 г.), содержащие рабочий цилиндр с поршнем, разделяющим его на две полости, штоковая из которых соединена с насосом нагнетательной линией с гидрораспределителем и со сливом - сливной линией с гидрораспределителем, и пневмоаккумулятор.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. RU 2232295, МПК6 F04B 47/04, опубл. 2004 г.), содержащий рабочий цилиндр, разделенный поршнем на две полости, и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с пневмоаккумулятором, а вторая соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.
Недостатками таких приводов является сложность их обслуживания при эксплуатации проблемных заклинивающих скважин, из-за необходимости полной разборки скважинного оборудования - подземного ремонта-скважины для устранения заклинивания колонны насосных штанг.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение обслуживания привода при эксплуатации проблемных заклинивающих скважин, за счет обеспечения возможности устранения заклинивания колонны насосных штанг без разборки скважинного оборудования, а также обеспечение возможности работы в автоматическом режиме с проблемной скважиной с постоянным неустранимым зависанием.
Поставленная задача решается за счет усовершенствования привода скважинной штанговой установки, содержащего рабочий цилиндр, разделенный поршнем на две полости, и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с пневмоаккумулятором, а вторая соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.
Это усовершенствование заключается в том, что привод снабжен двумя предохранительными клапанами, первый из которых установлен в нагнетательной линии первой штоковой полости тандемного цилиндра, а второй в нагнетательной линии второй поршневой полости тандемного цилиндра.
Установка первого предохранительного клапана в нагнетательной линии первой штоковой полости тандемного цилиндра позволяет за счет подачи на слив жидкости снизить максимальное усилие на штоке и таким образом избежать выхода из строя гидравлического или скважинного оборудования в случае заклинивания колоны штанг при движении вверх.
Установка второго предохранительного клапана в нагнетательной линии второй поршневой полости тандемного цилиндра за счет подачи жидкости на слив исключает нарушение синхронизации хода штоков рабочего и тандемного цилиндров и образования вакуума в штоковой полости рабочего цилиндра в случае заклинивания колоны штанг при движении вниз.
Настройка давления открытия второго предохранительного клапана обеспечивает регулировку величины нагрузки, при которой начинает происходить снижение скорости движения колонны штанг, а настройка пропускной способности клапана регулирует зависимость снижения скорости от нагрузки.
Кроме того привод может быть снабжен штанговращателем с реактивным рычагом, взаимодействующим с вертикальной направляющей, при этом штанговращатель имеет автономный привод в виде гидромотора, соединенного через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом.
Снабжение привода вышеописанным штанговращателем позволяет обеспечить непрерывное вращение колонны штанг, как при движении ее вниз и вверх, так и при остановке возвратно-поступательного движения колонны штанг.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена гидравлическая схема привода скважинной насосной установки, на фиг.2 - штанговращатель, на фиг.3 - вид сверху на фиг.2.
Привод скважинной штанговой установки содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на две полости 3 и 4, и вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с закрепленными на его концах поршнями 7 и 8, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых 9 и 10 и двух штоковых 11 и 12. Первая поршневая полость 9 соединена с пневмоаккумулятором - емкостью 13, а вторая 10 - через нагнетательную/сливную линию 14 и гидрораспределители 15 нагнетательной линией 16 с насосом 17 и сливной линией 18 со сливом 19. Первая штоковая полость 11 соединена через нагнетательную/сливную линию 20 и гидрораспределители 15 нагнетательной линией 16 с насосом 17 и сливной линией 18 со сливом 19, а вторая 12 - со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1. Привод снабжен двумя предохранительными клапанами 21 и 22. Клапан 21 установлен в нагнетательной линии 20 первой штоковой полости 11 тандемного цилиндра 5, второй предохранительный клапан 22 установлен в нагнетательной линии 14 второй поршневой полости 10 тандемного цилиндра 5. Привод снабжен штанговращателем 23 с реактивным рычагом 24, взаимодействующим с вертикальной направляющей, выполненной в приведенном варианте в виде стойки 25 рамы. Штанговращатель 23 имеет автономный привод в виде гидромотора 26, соединенного через гидрораспределитель 27 нагнетательной линией 28 с насосом 29и сливной линией 18 со сливом 19. Для изменения положения гидрораспределителей 15 и 27 служит станция управления 30, соединенная с датчиками 31 и 32 крайних положений поршня 2. Позицией 33 обозначен шток рабочего цилиндра 1, соединенный через устьевой шток 34 с колонной штанг 35.
Работа привода происходит следующим образом.
Перед началом работы в автоматическом режиме, в ручном режиме настраивают клапан 22 в соответствии с нагрузкой на штоке при движении вниз, а при необходимости снижения максимальной грузоподъемности привода при движении вверх, настраивают и клапан 21. Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 находятся в нижнем положении, шток тандемного цилиндра 5 находится в крайнем правом по чертежу положении. Давление газа в емкости 13 и связанной с ней поршневой полости 9 передается через поршень на жидкость в полости 12 и жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1, уравновешивая устьевой шток 34 и связанную с ним колону штанг скважинного насоса. Золотники гидрораспределителей 15 и 27 находятся в верхнем по чертежу положении, при котором с насосом 17 соединена первая штоковая полость 11 тандемного цилиндра 5. Под действием давления рабочей жидкости, создаваемого насосом 17 в полости 11 и давления газа в пневмоаккумуляторе - емкости 13 соединенном с полостью 9, поршни тандемного цилиндра 5 перемещаются влево по чертежу, вытесняя рабочую жидкость из полости 12 и создавая в штоковой полости 4 рабочего цилиндра 1 давление, под действием которого перемещается поршень 2 и шток 33, соединенный с устьевым штоком 34, который связан с колонной штанг. Жидкость из полости 10 тандемного цилиндра 5 через гидрораспределители 15 вытесняется на слив 19. В случае заклинивания колоны штанг при движении вверх и превышения нагрузки на устьевом штоке 34 выше положенного, во избежание выхода из строя гидравлического или скважинного оборудования, необходим предохранительный клапан 21, соединенный со штоковой полостью 11 тандемного цилиндра 5 и в случаях превышения максимального давления подает жидкость нагнетаемую насосом 17 на слив 19. При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает датчик 31, сигнал от которого поступает на вход станции управления 30. В зависимости от заданного времени цикла станция управления 30 переводит золотники гидрораспределителей 15 в среднее (обеспечивая паузу) и далее в нижнее по чертежу положение, при котором происходит реверс привода. Рабочая жидкость от насоса 17 поступает в полость 10 тандемного цилиндра 5 и, воздействуя на его поршни, перемещает их вправо по чертежу, рабочая жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 под давлением от веса колоны штанг, передаваемого через устьевой шток 34, вытесняется в полость 12 тандемного цилиндра 5, сжимая газ в полости 9 и пневмоаккумуляторе 13, а из полости 11 тандемного цилиндра 5 рабочая жидкость через гидрораспределители 15 вытесняется на слив 19.
Ход вниз в зависимости от настроек станции управления 30 длится до достижения подвеской датчика 32 нижнего положения, либо до завершения времени цикла. Если подвеска достигла датчика 32 нижнего положения раньше, чем закончится время цикла, то для обеспечения заданного числа качаний подвеска останавливается до конца времени цикла. Станция управления 32 не подает сигнал на золотники гидрораспределителей 15 и 28 и жидкость от насоса 17 подается на слив 19. После окончания времени цикла, движение повторяется. В случае заклинивания колоны штанг и связанного с ней устьевого штока 34 при движении вниз, давление в замкнутой полости, образованной штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1 и штоковой полостью 12 тандемного цилиндра 5 снижается (значение стремится к 0), при этом давление, нагнетаемое насосом 17 повышается (значение стремится к давлению газа в пневмоаккумуляторе 13). Во избежание нарушения синхронизации хода рабочего цилиндра 1 и тандемного цилиндра 5 и образования вакуума в замкнутой полости, необходим предохранительный клапан 22, который при повышении давления, нагнетаемого насосом 17 в напорной поршневой полости 10 до давления газа начнет подавать жидкость в нагнетательную/сливную линию 20, соединенную через распределители 15 со сливом 19. Таким образом, настройка давления открытия предохранительного клапана 21 регулирует нагрузку на штоке 33, при которой скорость движения вниз начнет снижаться, а настройка пропускной способности клапана 21 регулирует зависимость снижения скорости от нагрузки. Таким образом, при зависаниях штока 33 привод имеет возможность работать в следующих режимах в зависимости от настроек станции управления:
Режим 1:
Движение вверх осуществляется обычным образом, а при движении вниз шток 33 рабочего цилиндра 1 продолжает движение вниз, до достижения подвеской датчика 32 нижнего положения, сколько времени бы ни занял ход вниз. Если подвеска достигла датчика 32 нижнего положения ранее, чем время цикла, определенное установленным станцией управления 30 числом качаний, то подвеска останавливается до конца времени цикла на датчике 32 нижнего положения. В таком случае обеспечивается необходимая длина хода независимо от того обеспечивается число качаний или нет.
Режим 2:
Движение вверх осуществляется обычным образом, а при движении вниз шток 33 рабочего цилиндра 1 продолжает движение вниз, до достижения подвеской датчика 32 нижнего положения или конца времени цикла. В случае, если время цикла закончилось раньше, чем подвеска достигла датчика 32 нижнего положения, то станция управления 30 подает сигнал на движение вверх. В таком случае обеспечивается необходимое число качаний независимо от того обеспечивается длина хода или нет.
В варианте со штанговращателем 23 насос 29 через гидрораспределитель 27 в одном из его положений подает рабочую жидкость на гидромотор 26 установленный на устьевом штоке 35 и приводит его в действие, а в другом положении гидрораспределителя 27 рабочая жидкость поступает на слив 19. Положение гидрораспределителя 27 изменяется сигналами от станции управления 30. Таким образом, осуществляется вращение штанг 35, при этом этот процесс может происходить как в определенный промежуток времени, настраиваемый станцией управления 30, так и постоянно на всей длине хода и в моменты задержек в крайних положениях.
Таким образом, использование предлагаемого привода, за счет работы в автоматическом режиме, при котором скорость движения и длина хода колонны штанг изменяется пропорционально изменению нагрузки на устьевом штоке, и за счет обеспечения возможности непрерывного вращения колонны штанг, обеспечивает бесперебойное движение колоны штанг, постоянное движение (циркуляцию) жидкости и, как следствие, промывку густой среды добываемой жидкости и удаление АСПО, а так же обеспечивает возможность эксплуатации скважин с постоянным неустранимым зависанием.
1. Привод скважинной штанговой установки, содержащий рабочий цилиндр, разделенный поршнем на две полости, и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра, отличающийся тем, что он снабжен двумя предохранительными клапанами, первый из которых установлен в нагнетательной линии первой штоковой полости тандемного цилиндра, а второй в нагнетательной линии второй поршневой полости тандемного цилиндра.
2. Привод скважинной штанговой установки по п.1, отличающийся тем, что он снабжен штанговращателем с реактивным рычагом, взаимодействующим с вертикальной направляющей, при этом штанговращатель имеет автономный привод в виде гидромотора, соединенного через гидрораспределитель нагнетательной линией с насосом и сливной линией со сливом.
