Способ уравновешивания гидроприводной установки погружного насоса и устройство для его осуществления

 

Использование: в нефтедобывающей промышленности, в частности в водоснабжении и откачке минеральных вод и рассолов. Сущность изобретения: в способе уравновешивания гидроприводной установки штангового погружного насоса, включающем вытеснение жидкости из цилиндра в гидроаккумулятор при опускании под действием массы колонны насосных штанг, давление жидкости при опускании колонны насосных штанг повышают до величины не менее рабочего и вытесняют ее в общую магистраль гидроаккумулятор - силовой насос, а при подъеме колонны насосных штанг общую магистраль гидроаккумулятор - силовой насос соединяют с приводным цилиндром. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к водоснабжению и откачке минеральных вод, рассолов.

Известен способ уравновешивания гидроприводной установки штангового погружного насоса, включающий вытеснение жидкости из штоковой полости приводного цилиндра при опускании колонны насосных штанг и нагнетание ее в штоковую полость уравновешивающего цилиндра, шток которого соединен с колонной насосных труб, и вытеснение ее в рабочую полость приводного цилиндра при подъеме вверх плунжера погружного штангового насоса (см. а. с. СССР N 1439283, кл. F 04 B 47/00, 1987).

Недостатками известной установки и использованного способа уравновешивания являются: сложность регулирования нагрузки приводного насоса при опускании штанг в момент запуска установки, что обусловлено большой разницей нагрузок на подвеске при ходе вверх и вниз, кроме того, накладываются колебания динамического уровня жидкости в скважине; увеличение вертикальных габаритных размеров, которые обусловлены последовательным сочленением рабочего и уравновешивающего цилиндров.

Известен способ уравновешивания гидроприводной установки штангового погружного насоса, принятый за прототип, включающий вытеснение жидкости при опускании колонны насосных штанг под действием ее массы из уравновешивающего цилиндра в гидроаккумулятор и нагнетание ее из гидроаккумулятора в уравновешивающий цилиндр при подъеме колонны насосных штанг. В приводной цилиндр при этом поступает жидкость из силового насоса под давлением, равным разности давлений, определяемых усилием на подъем колонны насосных штанг и столба пластовой жидкости, и усилием, развиваемым уравновешивающим цилиндром (см. А. Г. Молчанов. Объемный гидропривод нефтепромысловых машин и механизмов. М. Недра, 1989, с.137, фиг. 57а).

Установка содержит раму, мачту, несущую приводной и уравновешивающий цилиндры, штоки которых посредством траверсы соединены с колонной насосных штанг, гидроаккумулятор, гидравлически связанный со штоковой полостью уравновешивающего цилиндра и образующий с ним изолированный гидравлический контур, а поршневая и штоковая полости приводного цилиндра через распределитель связаны с силовым насосом и наполнительным баком.

Недостатками известного способа и установки являются: высокая тепловая напряженность работы уравновешивающего цилиндра и гидроаккумулятора, что обусловлено наличием гидравлического контура, изолированного от наполнительного бака; ухудшение условий эксплуатации, вызванное высокой тепловой напряженностью работы уравновешивающего цилиндра; изолированный гидравлический контур требует ввода устройств, которые восполняли бы утечки жидкости из изолированного контура, что усложняет конструкцию установки и снижает надежность ее работы; снижение надежности, увеличение затрат на изготовление силового и уравновешивающего цилиндров с поршнями.

Технической задачей, на достижение которой направлено изобретение, является уменьшение тепловой напряженности, упрощение конструкции, снижение затрат на обработку цилиндра, повышение надежности и сокращение утечек рабочей жидкости.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе уравновешивания гидроприводной установки штангового погружного насоса, включающем вытеснение жидкости из цилиндра при опускании под действием массы насосных штанг в гидроаккумулятор, давление жидкости повышают до уровня не менее рабочего, а при подъеме колонны насосных штанг подают в напорную магистраль от насоса к приводному цилиндру.

Для реализации способа в гидроприводной установке штангового погружного насоса, содержащей направляющие, по которым перемещается траверса, силовой и уравновешивающий цилиндры, штоки которых связаны с колонной насосных штанг, гидроаккумулятор, распределитель, силовой насос и пополнительный бак, распределитель установлен на магистралях, сообщающих рабочие полости приводного и уравновешивающего цилиндров с общей магистралью гидроаккумулятор силовой насос и пополнительным баком, при этом в одной из позиций распределителя общая магистраль гидроаккумулятор силовой насос сообщена с рабочей полостью приводного цилиндра, а рабочая полость уравновешивающего цилиндра с пополнительным баком, в другой из позиций общая магистраль гидроаккумулятор силовой насос сообщена с рабочей полостью уравновешивающего цилиндра, а рабочая полость приводного цилиндра с пополнительным баком, при этом площадь поршня уравновешивающего цилиндра меньше площади поршня приводного цилиндра в соотношении усилий на устьевом штоке при ходе вниз к усилию при ходе его вверх.

На чертеже представлена схема гидроприводной установки, реализующей способ. Установка содержит силовой цилиндр 1, плунжер 2 которого перемещает траверсу 3 по направляющим 4 и посредством подвески 5 соединен с колонной насосных штанг, с траверсой 3 соединен плунжер 6 уравновешивающего цилиндра 7. Рабочие полости силового 1 и уравновешивающего 7 цилиндров через распределитель 8 соединены с пополнительным баком 9, силовым насосом 10 и гидроаккумулятором 11.

Установка работает следующим образом.

Рабочий ход вверх подъем силового плунжера. По маслопроводам напорной магистрали силового насоса 10 и гидроаккумулятора 11 рабочая жидкость поступает к общей магистрали и через распределитель 8 в рабочую полость силового цилиндра 1, в рабочую полость уравновешивающего цилиндра 7 через распределитель 8 поступает рабочая жидкость из пополнительного бака 9. При достижении верхнего крайнего положения срабатывает датчик реверса (на чертеже не показан), который переключает распределитель 8 в положение, обеспечивающее опускание штанг вниз.

Перемещение штанг вниз. Опускание штанг вниз происходит за счет их массы, и через подвеску 5 и траверсу 3 нагрузка от величины массы штанг передается на плунжер 6 уравновешивающего цилиндра 7. Вследствие того что масса насосных штанг меньше усилия рабочего хода, плунжер 6 уравновешивающего цилиндра 7 выполнен меньшего диаметра, чем плунжер 2 приводного цилиндра 1, и его диаметр зависит от глубины погружения штангового погружного насоса (длины и массы колонны насосных штанг). Рабочая жидкость под давлением не менее рабочего из уравновешивающего цилиндра 7 через распределитель 8 вытесняется в гидроаккумулятор 11, куда подается и рабочая жидкость из силового насоса 10. Жидкость из рабочей полости приводного цилиндра 1 через распределитель 8 вытесняется в пополнительный бак 9. При достижении крайнего нижнего положения срабатывает датчик реверса (на чертеже не показан) и переводит распределитель 8 в положение для перемещения плунжера вверх. Цикл повторяется.

Формула изобретения

1. Способ уравновешивания гидроприводной установки штангового погружного насоса, включающий вытеснение жидкости из цилиндра в гидроаккумулятор при опускании под действием массы колонны насосных штанг, отличающийся тем, что давление жидкости при опускании колонны насосных штанг повышают до величины не менее рабочего и вытесняют ее в общую магистраль гидроаккумулятор силовой насос, а при подъеме колонны насосных штанг общую магистраль гидроаккумулятор силовой насос соединяют с приводным цилиндром.

2. Гидроприводная установка штангового погружного насоса, содержащая направляющие, по которым перемещается траверса, приводной и уравновешивающий цилиндры, штоки которых связаны с колонной насосных штанг, гидроаккумулятор, распределитель, силовой насос и дополнительный бак, отличающаяся тем, что распределитель установлен на магистралях, сообщающих рабочие полости приводного и уравновешивающего цилиндров с общей магистралью гидроаккумулятор силовой насос и дополнительным баком, в одной из позиций распределителя общая магистраль гидроаккумулятор силовой насос сообщена с рабочей полостью приводного цилиндра, а рабочая полость уравновешивающего цилиндра сообщена с дополнительным баком, в другой из позиций общая магистраль гидроаккумулятор силовой насос с рабочей полостью уравновешивающего цилиндра, а рабочая полость приводного цилиндра с дополнительным баком, при этом площадь поршня уравновешивающего цилиндра меньше площади поршня приводного цилиндра в соотношении усилий на устьевом штоке при ходе вниз к усилию при ходе его вверх.

РИСУНКИ

Рисунок 1