Скважинный электрогидроприводный насосный агрегат
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат. Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к скважинным насосам для добычи нефти. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, над- и подпоршневая полости цилиндра которого подключены через распределитель к всасывающей и нагнетательной сторонам маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, при этом электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса, в качестве приводного маслонасоса установлен аксиально-поршневой насос, цилиндр плунжерного рабочего насоса снабжен герметичной цилиндрической диафрагмой из эластичного материала, размещенной в цилиндре с образованием заполненной маслом полости, причем плунжер рабочего насоса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри этой полости, над нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса установлен с образованием полости напорный клапан, компенсатор объемного расширения масла выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена эластичная цилиндрическая диафрагма с образованием внутренней герметичной полости, сообщенной с масляным баком, и кольцевой полости, окружающей эластичную диафрагму, а цилиндр компенсатора объемного расширения масла снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом всасывающий клапан со стороны входа в него сообщен с окружающим насосный агрегат пространством, а нагнетательный клапан со стороны выхода из него сообщен посредством трубопровода с полостью между нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса и напорным клапаном. В результате достигается повышение КПД и надежности работы скважинного электрогидроприводного насосного агрегата.
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к скважинным насосным агрегатам для добычи нефти.
Известен скважинный электроприводной диафрагменный насос для добычи нефти(см. патент RU №2062906, кл. F 04 В 47/06, 27.06.1996 г.).
Недостатком известной конструкции является низкий КПД, а также низкий ресурс плоской эластичной диафрагмы из-за высокой частоты ходов, низкая напорная характеристика насосного агрегата, невозможность добычи нефти с низким уровнем обводненности из-за малой пропускной способности всасывающих клапанов.
Наиболее близким техническим решением является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, над- и подпоршневая полости цилиндра которого подключены через распределитель к всасывающей и нагнетательной сторонам маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса (патент RU №2166668, кл. F 04 В 47/08, 10.05.2001).
Недостатком данной конструкции является износ уплотнений плунжера рабочего насоса, приводящий к снижению производительности и напорной характеристики насосного агрегата.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение ресурса рабочего насоса, увеличения напорной характеристики и производительности насосного агрегата.
Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является повышение КПД и надежности работы скважинного электрогидроприводного насосного агрегата.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос с всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, над- и подпоршневая полости цилиндра которого подключены через распределитель к всасывающей и
нагнетательной сторонам маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, при этом электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса, в качестве приводного маслонасоса установлен аксиально-поршневой насос, цилиндр плунжерного рабочего насоса снабжен герметичной цилиндрической диафрагмой из эластичного материала, размещенной в цилиндре с образованием заполненной маслом полости, причем плунжер рабочего насоса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри этой полости, над нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса установлен с образованием полости напорный клапан, компенсатор объемного расширения масла выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена эластичная цилиндрическая диафрагма с образованием внутренней герметичной полости, сообщенной с масляным баком и кольцевой полости, окружающей эластичную диафрагму, а цилиндр компенсатора объемного расширения масла снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом всасывающий клапан со стороны входа в него сообщен с окружающим насосный агрегат пространством, а нагнетательный клапан со стороны выхода из него сообщен посредством трубопровода с полостью между нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса и напорным клапаном.
Агрегат может быть снабжен дополнительными всасывающими клапанами, которые могут быть коаксиально размещены в стенке цилиндров плунжерного рабочего насоса и компенсатора объемного расширения масла в один или несколько рядов.
Выполнение компенсатора объемного расширения масла с всасывающим и нагнетательным клапанами и подключение последнего к полости между нагнетательным клапаном рабочего насоса и напорным клапанами позволяет увеличить производительность насосного агрегата в два раза за счет подачи нефти на обратном ходу поршня гидродвигателя, исключить износ уплотнений плунжера рабочего насоса, поскольку последний работает в среде масла и не контактирует непосредственно с перекачиваемой средой, и увеличить напорную характеристику насосного агрегата. В качестве рабочего органа насоса используется диафрагма цилиндрической формы из эластичного материала, например резины, армированная стекловолокном или кевларом, что позволяет повысить прочность мембраны, а выполнение рабочего органа плунжерного рабочего насоса в виде герметичной маслозаполненной полости, ограниченной цилиндрической диафрагмой из эластичного материала, внутри которой совершает возвратно-поступательное перемещение плунжер, позволяет уменьшить циклическую нагрузку на диафрагму (по сравнению с указанным выше диафрагменным насосом) и за
счет этого повысить надежность работы плунжерного рабочего насоса. Преимуществом предлагаемого технического решения является также то, что при этом можно широко варьировать путем изменения диаметра плунжера рабочего насоса напорную характеристику и производительность насосного агрегата.
Выполнение агрегата с дополнительными всасывающими клапанами позволяет повысить пропускную способность агрегата и сделать конструкцию агрегата более компактной, что особенно актуально для установок, которые эксплуатируют в скважинах.
На фиг.1 представлен продольный разрез скважинного электрогидроприводного насосного агрегата и на фиг.2 представлен вариант выполнения всасывающего клапана с дополнительными всасывающими клапанами для скважинного электрогидроприводного насосного агрегата на примере цилиндра плунжерного рабочего насоса с всасывающими клапанами.
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит погружной электродвигатель 1, приводной маслонасос 2, плунжерный рабочий насос 4 с всасывающим 5 и нагнетательным 6 клапанами, масляный бак 7 с фильтрами 8 тонкой очистки масла, компенсатор 9 объемного расширения масла и гидродвигатель 10, над- (11) и подпоршневая 12 полости цилиндра 13 которого подключены через распределитель 14 к всасывающей 15 и нагнетательной 16 сторонам маслонасоса 2, причем на последней установлен предохранительный клапан 3, а поршень 17 гидродвигателя 10 соединен с плунжером 18 рабочего насоса 4. Электродвигатель 1 снабжен протектором 19, через вал которого вал электродвигателя 1 кинематически связан с валом приводного маслонасоса 2. В качестве приводного маслонасоса 2 установлен аксиально-поршневой насос. Цилиндр 20 плунжерного рабочего насоса 4 снабжен герметичной цилиндрической диафрагмой 21 из эластичного материала, размещенной в цилиндре 20 с образованием заполненной маслом полости 22, причем плунжер 18 рабочего насоса 4 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри этой полости 22. Над нагнетательным клапаном 6 плунжерного рабочего насоса 4 установлен с образованием полости 23 напорный клапан 31. Компенсатор 9 объемного расширения масла выполнен в виде цилиндра 24, внутри которого размещена эластичная цилиндрическая диафрагма 25 с образованием внутренней герметичной полости 26, сообщенной с масляным баком 7 и кольцевой полости 27, окружающей эластичную диафрагму 25, а цилиндр 24 компенсатора 9 объемного расширения масла снабжен всасывающим 28 и нагнетательным 29 клапанами, при этом всасывающий клапан 28 со стороны входа в него сообщен с окружающим насосный агрегат пространством, а нагнетательный клапан 29 со стороны выхода из него сообщен посредством трубопровода 30 с полостью 23 между
нагнетательным клапаном 6 плунжерного рабочего насоса 4 и напорным клапаном 31. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат установлен на колонне 32 насосно-компрессорных труб (НКТ).
Агрегат может быть выполнен с дополнительными всасывающими клапанами 5 и 28, причем всасывающие клапаны 5 и 28 могут быть коаксиально размещены в стенке цилиндров 20 и 24, соответственно, плунжерного рабочего насоса 4 и компенсатора 9 объемного расширения масла в один или несколько рядов.
Распределитель 14 соединен посредством трубопровода 33 и канала 34 соответственно с надпоршневой полостью 11 и подпоршневой полостью 12 цилиндра 13 гидродвигателя 10.
Путевой механический переключатель распределителя 14 состоит из толкателя 35 и фиксатора 36 с пружиной 37.
Утечки масла через уплотнения из полости 22 возвращаются в маслобак 7 по трубопроводу 38.
Колонна 32 труб НКТ с насосным агрегатом опускается в обсадную колонну, установленную в скважине. Электроснабжение погружного электродвигателя осуществляется посредством кабеля 39, который крепится к колонне 32 труб НКТ хомутами (не показаны).
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.
Перед погружением насосного агрегата в скважину полости электродвигателя 1 с протектором 19 и система гидропривода заполняются очищенным маслом соответствующим рабочему температурному режиму.
При погружении насосного агрегата в нефтяной пласт добываемая жидкость втекает в полости цилиндров 24 и 20, соответственно через всасывающие клапаны 28 и 5.
Под действием гидростатического давления нагнетательные клапаны 29, 6 и напорный клапан 31 открываются и жидкость заполняет колонну 32 труб НКТ до уровня пласта.
При включении электродвигателя 1 начинает работать приводной маслонасос 2, который через распределитель 14 подает масло в одну из полостей цилиндра 13 гидродвигателя 10.
Если масло подается под поршень 17 плунжер 18 перемещается вверх, заполняя объем масленой полости 22 и растягивая диафрагму 21 под давлением масла, и тем самым вытесняя жидкость из цилиндра 20 через нагнетательный клапан 6 в полость 23 и далее через напорный клапан 31 в колонну 32 трубу НКТ. При движении поршня 17 вверх
объем масла в полости 26 компенсатора 9 уменьшается на величину вышедшего из цилиндра 13 гидродвигателя 10 объема плунжера 18, поэтому жидкость через всасывающий клапан или всасывающие клапаны 28 заполняет полость 27 цилиндра 24 компенсатора 9.
Разница между объемными расходами нагнетаемого в цилиндр 13 гидродвигателя 10 и вытесняемого из него масла, обусловленная наличием плунжера 18 в надпоршневой полости 11, компенсируется за счет изменения объема масла в маслобаке 4 и полости26 компенсатора 9 объемного расширения масла, ограниченной диафрагмой 25.
При движении поршня 17 гидродвигателя 10 вниз объем масла под диафрагмой 25 в полости 26 увеличивается и жидкость из цилиндра 24 через нагнетательный клапан 29, трубопровод 30 и напорный клапан 31 поступает в трубу 32 НКТ.
Одновременно цилиндр 20 плунжерного рабочего насоса 4 заполняется жидкостью через всасывающий клапан или всасывающие клапаны 5. Когда поршень 17 гидродвигателя достигает определенного верхнего или нижнего положения срабатывает переключатель распределителя 14 и осуществляется обратный ход и описанный выше рабочий цикл повторяется.
Переключение распределителя 14 при движении поршня 17 происходит за счет воздействия на золотник распределителя толкателя 35 в крайних положениях поршня. «Зависание» золотника распределителя в среднем положении исключается благодаря наличию фиксатора 36 с пружиной 37, которая сжимаясь, накапливает определенную потенциальную энергию и, преодолев сопротивление фиксатора, перемещает толкатель 35 и, соответственно, золотник в одно из крайних положений.
Механический переключатель может иметь и другие исполнения в частности, и в сочетании с гидрораспределителем, командующим основным распределителем.
При снижении динамического уровня жидкости в скважине в станции управления погружным электродвигателем 1 устанавливается уровень защиты по току соответствующему максимально допустимому уровню согласно глубины спуска насосного агрегата и отключению электропитания.
В противном случае насосный агрегат комплектуется электродвигателем с регулировкой числа оборотов и их уменьшением при снижении динамического уровня и соответственно уменьшения подачи насосного агрегата по команде датчика затрубного давления, установленного в электродвигателе.
Настоящая полезная модель может быть использована нефтедобывающей промышленности и других отраслях промышленности, где производят добычу жидких сред из скважин.
1. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий погружной электродвигатель, приводной маслонасос, плунжерный рабочий насос со всасывающим и нагнетательным клапанами, масляный бак с фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель, над- и подпоршневая полости цилиндра которого подключены через распределитель к всасывающей и нагнетательной сторонам маслонасоса, причем на последней установлен предохранительный клапан, а поршень гидродвигателя соединен с плунжером рабочего насоса, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен протектором, через вал которого вал электродвигателя кинематически связан с валом приводного маслонасоса, в качестве приводного маслонасоса установлен аксиально-поршневой насос, цилиндр плунжерного рабочего насоса снабжен герметичной цилиндрической диафрагмой из эластичного материала, размещенной в цилиндре с образованием заполненной маслом полости, причем плунжер рабочего насоса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри этой полости, над нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса установлен с образованием полости напорный клапан, компенсатор объемного расширения масла выполнен в виде цилиндра, внутри которого размещена эластичная цилиндрическая диафрагма с образованием внутренней герметичной полости, сообщенной с масляным баком и кольцевой полости, окружающей эластичную диафрагму, а цилиндр компенсатора объемного расширения масла снабжен всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом всасывающий клапан со стороны входа в него сообщен с окружающим насосный агрегат пространством, а нагнетательный клапан со стороны выхода из него сообщен посредством трубопровода с полостью между нагнетательным клапаном плунжерного рабочего насоса и напорным клапаном.
2. Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что агрегат снабжен дополнительными всасывающими клапанами коаксиально размещеными в стенке цилиндров плунжерного рабочего насоса и компенсатора объемного расширения масла в один или несколько рядов.
