Гидравлический привод подъемного устройства (варианты)

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин. Гидравлический привод подъемного устройства содержит рабочий цилиндр, разделенный на две полости поршнем со штоком. Уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком, с поршнями на его концах установлен с образованием четырех полостей, первая поршневая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая поршневая - с нижней полостью рабочего цилиндра, третья и четвертая штоковые соединены трубопроводом через гидрораспределитель с насосом или сливом. Верхняя полость рабочего цилиндра трубопроводом соединена с насосом и сливом параллельно штоковой полости тандемного цилиндра, смежной с его первой поршневой полостью. Снижается скорость перемещения штока рабочего цилиндра вниз при сохранении достаточной скорости штока рабочего цилиндра и соединенной с ним колонны штанг при движении вверх. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано для приведения в действие скважинного штангового насоса, предназначенного для подъема жидкостей с больших глубин.

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 №2232295, МПК⁶ F04B 47/04, опубл. 2004 г.; пат. RU №2193111, МПК⁶ F04B 47/04, опубл. 2002 г.), содержащие рабочий цилиндр и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком, на концах которого расположены поршни, установленные с образованием четырех полостей, первая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая - с полостью рабочего цилиндра, третья - через гидрораспределитель с насосом или сливом.

Наиболее близким к заявляемому в первом варианте и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. RU №2232295), содержащий рабочий цилиндр, разделенный на две полости поршнем со штоком, и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, первая поршневая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая поршневая - с нижней полостью рабочего цилиндра, третья и четвертая штоковые соединены трубопроводом через гидрораспределитель с насосом или сливом.

Наиболее близким к заявляемому во втором варианте и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. RU №2193111), содержащий рабочий цилиндр, разделенный на две полости поршнем со штоком, и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, первая поршневая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая - с первой полостью рабочего цилиндра, четвертая поршневая и смежная с ней третья штоковая полости тандемного цилиндра соединены через гидрораспределитель с насосом или сливом.

Эксплуатация таких приводов на скважинах, имеющих нефть повышенной вязкости, склонность к повышенным асфальтопарафиновым отложениям в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и на колонне штанг, а также при возникновении эмульсии в колонне НКТ затруднена, а в некоторых случаях невозможна. Это объясняется тем, что при возрастающем сопротивлении движению вниз колонна штанг не успевает уходить вниз под действием собственного веса, а узел подвески привода, соединенный со штоком рабочего цилиндра, движется с его скоростью и "опережает" штанги. При изменении направления движения штока рабочего цилиндра и узла подвески происходит динамический удар, который приводит к обрыву штанг или выходу из строя элементов привода и необходимости дорогостоящего ремонта. Кроме того, при движении штока рабочего цилиндра вниз потенциальная энергия колонны штанг не накапливается в уравновешивающем тандемном цилиндре привода, а расходуется на нагрев нефти в скважине, снижая КПД привода.

Задачей изобретения является обеспечение надежной работы привода на скважинах, имеющих нефть повышенной вязкости, склонность к повышенным асфальтопарафиновым отложениям в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и на колонне штанг, а также при возникновении эмульсии в колонне НКТ за счет уменьшения скорости движения вниз штока рабочего цилиндра и соединенной с ним колонны штанг при сохранении достаточной скорости при движении вверх.

В первом варианте для решения поставленной задачи верхняя полость рабочего цилиндра трубопроводом соединена с насосом и сливом параллельно штоковой полости тандемного цилиндра, смежной с его первой поршневой полостью.

Кроме того, трубопровод, соединяющий верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, может быть снабжен вентилем.

Соединение верхней полости рабочего цилиндра трубопроводом с насосом и сливом параллельно штоковой полости тандемного цилиндра, смежной с его первой поршневой полостью, позволяет одновременно подать рабочую жидкость от насоса в штоковую полость тандемного цилиндра, смежную с его первой поршневой полостью, и в верхнюю полость рабочего цилиндра. За счет этого при движении штока рабочего цилиндра вниз разделенный таким образом поток рабочей жидкости воздействует одновременно на поршни тандемного и рабочего цилиндров, снижая давление рабочей жидкости и скорость движения штока рабочего цилиндра вниз. На скорость движения штока рабочего цилиндра вверх это соединение не влияет, что позволяет сохранить достаточной скорость штока рабочего цилиндра и соединенной с ним колонны штанг при движении вверх.

Снабжение вентилем трубопровода, соединяющего верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, позволяет менять режимы работы привода в зависимости от условий на скважине и обеспечивать при работе привода на вязкой нефти снижение скорости движения штока рабочего цилиндра вниз, при работе на невязкой нефти обеспечивает работу по схеме прототипа (пат. RU №2232295).

Указанный технический результат во втором варианте достигается за счет того, что верхняя полость рабочего цилиндра трубопроводом соединена с насосом и сливом параллельно четвертой поршневой полости тандемного цилиндра.

При таком соединении полостей поток рабочей жидкости так же, как и первом варианте, воздействует одновременно на поршни тандемного и рабочего цилиндров, снижая давление рабочей жидкости и скорость движения штока рабочего цилиндра вниз.

Кроме того, трубопровод, соединяющий верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, может быть снабжен вентилем.

Снабжение вентилем трубопровода, соединяющего верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, позволяет менять режимы работы привода в зависимости от условий на скважине и обеспечивать при работе привода на вязкой нефти снижение скорости движения штока рабочего цилиндра вниз, при работе на невязкой нефти обеспечивает работу по схеме прототипа (пат. RU №2193111).

В настоящей заявке соблюдено единство изобретения, поскольку оба варианта гидравлического привода решают одну и ту же задачу - снижение скорости перемещения штока рабочего цилиндра вниз при сохранении достаточной скорость штока рабочего цилиндра и соединенной с ним колонны штанг при движении вверх.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема гидравлического привода (первый вариант), на фиг.2 - схема гидравлического привода (второй вариант).

В первом варианте гидравлический привод подъемного устройства (фиг.1) содержит рабочий цилиндр 1 и уравновешивающий тандемный цилиндр 2. Рабочий цилиндр 1 разделен на штоковую 3 и поршневую 4 полости поршнем 5 со штоком 6, соединяемым при монтаже на скважине с колонной штанг 7. В тандемном цилиндре 2 установлена перемычка 8 и шток 9 с поршнями 10 и 11 на его концах, с образованием четырех полостей 12, 13, 14 и 15. Первая поршневая полость 12 трубопроводом 16 соединена с емкостью 17 со сжатым газом, вторая поршневая полость 13 трубопроводом 18 соединена с нижней полостью 3 рабочего цилиндра 1 с образованием замкнутого гидравлического контура. Штоковые полости 14 и 15 тандемного цилиндра 2 соединены через гидрораспределитель 19 с насосом 20 или сливом 21. Верхняя полость 4 рабочего цилиндра 1 трубопроводом 22 соединена через гидрораспределитель 19 с насосом 20 или сливом 21 параллельно штоковой полости 14 тандемного цилиндра 2, смежной с его первой поршневой полостью 12. На трубопроводе 22 установлен запорный вентиль 23. Полость 4 рабочего цилиндра 1 может быть соединена дополнительно трубопроводом 24 с запорным вентилем 25 и обратным клапаном 26 со сливом 21.

Для изменения положения гидрораспределителя 20 служит переключатель 27, срабатывающий при крайнем положении поршня 5.

Работа привода в первом варианте происходит следующим образом.

При работе на скважинах, имеющих нефть повышенной вязкости, вентиль 25 закрывают и открывают вентиль 23, обеспечивая соединение верхней полости 4 рабочего цилиндра 1 трубопроводом 22 через гидрораспределитель 19 с насосом 20 или сливом 21 параллельно штоковой полости 14 тандемного цилиндра 2. Перед началом работы шток 6 и поршень 5 цилиндра 1 находятся в нижнем положении, шток 9 тандемного цилиндра 2 находится в крайнем нижнем положении. Давление газа в емкости 17 и связанной с ней полости 12 передается на поршень 10, затем на жидкость в полости 13 и по трубопроводу 18 - на жидкость в полости 3 рабочего цилиндра 1, уравновешивая вес поршня 5, штока 6 и колонны штанг 7 скважинного насоса. Гидрораспределитель 19 находится в правом, изображенном на чертеже положении, при котором с насосом 20 соединена штоковая полость 15 тандемного цилиндра 2. Под действием давления рабочей жидкости, создаваемого насосом 20 в полости 15, и давления сжатого газа в полости 12 поршень 11 перемещается вверх, вытесняя рабочую жидкость из полости 13 и создавая в штоковой полости 3 давление, под действием которого перемещается вверх с достаточной скоростью (определяемой давлением рабочей жидкости, создаваемой насосом 20) поршень 5 и шток 6, соединенный с колонной штанг 7. Рабочая жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 и полости 14 тандемного цилиндра через гидрораспределитель 19 вытесняется на слив 21.

При достижении поршнем 5 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель 27, переводя гидрораспределитель 19 в левое по чертежу положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 19. Происходит реверс привода. Рабочая жидкость от насоса 20 поступает в полость 14 тандемного цилиндра 2, воздействуя на поршень 10, перемещает его шток 9 вниз по чертежу, сжимая газ в полости 12 и емкости 17. Одновременно рабочая жидкость от насоса 20 по трубопроводу 22 через открытый вентиль 23 поступает в верхнюю полость 4 рабочего цилиндра 1, снижая давление рабочей жидкости и скорость движения вниз штока 6 рабочего цилиндра 1. Вместе со штоком 9 перемещается поршень 11 и рабочая жидкость из полости 3 перетекает в полость 13 тандемного цилиндра 2.

На скважинах с невязкой нефтью привод может работать по схеме прототипа (пат. RU №2232295), для этого необходимо закрыть вентиль 23 и открыть вентиль 25.

Во втором варианте (фиг.2) привод содержит уравновешивающий узел с тандемным цилиндром 2 с четырьмя полостями 12, 13, 14 и 15, из которых первая поршневая 12 соединена трубопроводом 16 с емкостью 17 со сжатым газом, первая штоковая 14 - трубопроводом 28 соединена с полостью 3 рабочего цилиндра 1, а вторая штоковая 15 и четвертая поршневая полость 13 тандемного цилиндра 2 через гидрораспределитель 19 соединены с насосом 20 и сливом 21. Верхняя полость 4 рабочего цилиндра 1 трубопроводом 22 соединена через гидрораспределитель 19 с насосом 20 или сливом 21 параллельно четвертой поршневой полости 13 или сливом 21 параллельно четвертой поршневой полости 13 тандемного цилиндра 2. На трубопроводе 22 установлен запорный вентиль 23. Полость 4 рабочего цилиндра 1 может быть соединена дополнительно трубопроводом 24 с запорным вентилем 25 и обратным клапаном 26 со сливом 21.

Для изменения положения гидрораспределителя 19 служит переключатель 27, срабатывающий при крайнем положении поршня 5.

Работа привода во втором варианте происходит следующим образом.

Перед началом работы шток 6 и поршень 5 цилиндра 1 находятся в нижнем положении, шток 9 тандемного цилиндра 2 находится в крайнем нижнем положении. Давление газа в емкости 17 и связанной с ней полости 12 передается на поршень 10, затем на жидкость в полости 14 и по трубопроводу 32 - на жидкость в полости 3 рабочего цилиндра 1, уравновешивая вес поршня 5, штока 6 и колонны штанг 7 скважинного насоса. Гидрораспределитель 19 находится в правом, показанном на чертеже (фиг.2) положении, при котором с насосом 20 соединена штоковая полость 15 тандемного цилиндра 2. Давление рабочей жидкости, создаваемое насосом 20 в полости 15, суммируется в полости 14 с давлением сжатого газа в полости 12, поршень 10 перемещается вверх, вытесняя рабочую жидкость из полости 14 по трубопроводу 32, создавая в штоковой полости 3 давление, под действием которого перемещается вверх поршень 5 и шток 6, соединенный с колонной штанг 7. Жидкость из полости 13 тандемного цилиндра через гидрораспределитель 19 вытесняется на слив 21. Одновременно на слив 21 вытесняется рабочая жидкость из полости 4 цилиндра 1 по трубопроводу 22 через вентиль 23.

При достижении поршнем 5 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель 27, переводя гидрораспределитель 19 в левое по чертежу положение, при этом в работу включается правая половина гидрораспределителя 19. Происходит реверс привода. Рабочая жидкость от насоса 20 поступает в полость 13 тандемного цилиндра 2 и, воздействуя на поршень 11, перемещает его шток 9 и поршень 10 вниз по чертежу. Одновременно рабочая жидкость от насоса 20 по трубопроводу 22 через открытый вентиль 23 поступает в верхнюю полость 4 рабочего цилиндра 1, снижая давление рабочей жидкости и скорость движения вниз штока 6 рабочего цилиндра 1. Рабочая жидкость из полости 3 по трубопроводу 28 перетекает в полость 14 тандемного цилиндра 2. При этом поршень 10 опускается, сжимая газ в полости 12.

На скважинах с невязкой нефтью привод может работать по схеме прототипа (пат. RU №2193111), для этого необходимо закрыть вентиль 23 и открыть вентиль 25.

Таким образом, при работе привода в первом, во втором вариантах обеспечивается возможность уменьшения скорости движения вниз штока рабочего цилиндра и соединенной с ним колонны штанг при сохранении достаточной скорости при движении вверх, что необходимо для надежной работы привода на скважинах, имеющих нефть повышенной вязкости, склонность к повышенным асфальтопарафиновым отложениям в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и на колонне штанг, а также при возникновении эмульсии в колонне НКТ.

1. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр, разделенный на две полости поршнем со штоком, и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, первая поршневая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая поршневая - с нижней полостью рабочего цилиндра, третья и четвертая штоковые соединены трубопроводом через гидрораспределитель с насосом или сливом, отличающийся тем, что верхняя полость рабочего цилиндра трубопроводом соединена с насосом и сливом параллельно штоковой полости тандемного цилиндра, смежной с его первой поршневой полостью.

2. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, снабжен вентилем.

3. Гидравлический привод подъемного устройства, содержащий рабочий цилиндр, разделенный на две полости поршнем со штоком, и уравновешивающий тандемный цилиндр с перемычкой и штоком с поршнями на его концах, установленными с образованием четырех полостей, первая поршневая из которых соединена с емкостью со сжатым газом, вторая штоковая - с первой полостью рабочего цилиндра, четвертая поршневая и смежная с ней третья штоковая полости тандемного цилиндра соединены через гидрораспределитель с насосом или сливом, отличающийся тем, что верхняя полость рабочего цилиндра трубопроводом соединена с насосом и сливом параллельно четвертой поршневой полости тандемного цилиндра.

4. Гидравлический привод по п.3, отличающийся тем, что трубопровод, соединяющий верхнюю полость рабочего цилиндра с насосом и сливом, снабжен вентилем.