Способ получения механической энергии и аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный

Способ получения механической энергии и аккумулятор-преобразователь давления относятся к горной промышленности. Для осуществления способа в скважине размещают аккумулятор-преобразователь, соединенный через переходник с насосно-компрессорными трубами скважины, изменяя положение гайки-центратора воздействуют гидростатическим давлением скважинной жидкости на поршень первого входного канала, аккумулируют энергию в сжимаемой рабочей пружине, создают депрессию в скважине с обеспечением срабатывания исполнительного механизма, при этом синхронизируют подачу скважинной жидкости в первый входной канал с очередностью выполнения операций. В корпусе аккумулятора выполнены два поршневых канала, в первом размещены поршень, поршень-золотник и рабочая пружина между ними, этот канал связан осевым каналом переходника с его радиальным пазом, в котором установлен обратный клапан, во втором канале размещены исполнительный механизм и его поршень-наконечник, жестко связанный штоком с поршнем-золотником; в корпусе выполнены дополнительные поршневые каналы, поршни-золотники которых жестко соединены последовательно между собой и связаны соответственно с поршнем-наконечником и поршнем-золотником первого входного канала. Изобретение обеспечивает получение механической энергии без использования традиционных видов энергоносителей и повышение надежности работы. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а конкретно к геофизическим исследованиям и работам, буровым и ремонтным работам в скважинах, а также работам в средах с повышенным гидростатическим давлением для преобразования этого давления в механическую энергию.

Известен способ получения механической энергии, включающий преобразование силы статического давления жидкости в механическую путем воздействия гидростатического давления жидкости на поршень.

Известен гидродомкрат, содержащий корпус с расположенным в нем поршнем и штоком. Корпус размещен в направляющей гильзе с возможностью осевого перемещения в ней. На наружной поверхности корпуса нарезана резьба, образующая винтовую пару с гайкой, взаимодействующей с торцом направляющей гильзы. Шток соединен с гильзой, а один из торцов корпуса шарнирно сочленен с опорной плитой. Для расширения диапазона использования и повышения нагрузочной способности гильза снабжена присоединительным фланцем.

В известном техническом решении корпус является одновременно направляющим цилиндром для поршня и резервуаром для рабочей жидкости, простота и надежность конструкции является преимуществами данного решения.

Техническим результатом изобретения является значительное повышение полезной экологически чистой механической энергии без использования традиционных видов энергоносителей при повышении надежности и синхронизированной работы аккумулятора-преобразователя давления.

Технический результат достигается тем, что в способе получения механической энергии, заключающемся в преобразовании сил статического давления жидкости в механическую энергию путем воздействия гидростатического давления на поршень, причем в скважине размещают на заданной глубине погружения аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный, включающий корпус, имеющий последовательно расположенный ряд цилиндрических поршневых каналов и последовательно соединенный через переходник ленточного ходового винта с насосно-компрессорными трубами скважины, затем, изменяя положение размещения маточной гайки-центратора вдоль ходового винта, принудительно открывают или закрывают обратный клапан с возможностью воздействия гидростатическим давлением скважинной жидкости на поршень первого входного канала, аккумулируют энергию в сжимаемой рабочей пружине, создают депрессию в скважине с обеспечением срабатывания исполнительного механизма за счет среза предохранительных штифтов, при этом синхронизируют подачу скважинной жидкости в первый входной канал с очередностью выполнения операций.

Технический результат достигается тем, что в аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный (АПДС), содержащий корпус, последовательно соединенный через переходник ленточного ходового винта с насосно-компрессорными трубами скважины, причем внутри корпуса выполнены два цилиндрических поршневых канала, в первом входном канале размещены поршень, поршень-золотник и рабочая пружина между ними, первый входной канал связан осевым циркуляционным каналом переходника с его радиальным пазом, в котором установлен обратный клапан с возможностью поочередного открытия или закрытия маточной гайкой-центратором, во втором канале, связанном с пространством скважины, размещены исполнительный механизм и его поршень-наконечник, установленный с возможностью фиксации предохранительными штифтами и жестко связанный штоком с поршнем-золотником, установленным с возможностью перекрытия своей внешней поверхностью радиального циркуляционного канала корпуса.

На штоке, связывающем поршень-наконечник и поршень-золотник, выполнен продольный циркуляционный канал.

В корпусе выполнены дополнительные цилиндрические поршневые каналы, поршни-золотники которых жестко соединены последовательно между собой и связаны соответственно с поршнем-наконечником и поршнем-золотником первого входного канала, причем радиальные циркуляционные каналы корпуса в дополнительных цилиндрических поршневых каналах выполнены с возможностью перекрытия внешними поверхностями поршней-золотников соответствующих каналов.

Сущностью предлагаемого изобретения является создание источника механической энергии для проведения работ и операций с устройствами и механизмами, спускаемыми в скважину, при жесткой синхронизации и очередности в выполнении заданных операций, за счет использования запасенной энергии столба жидкости в скважине путем синхронного воздействия гидростатического давления жидкости на ряд поршней-золотников цилиндрических поршневых каналов, для преобразования силы гидростатического давления жидкости в механическую энергию, причем создание заданной депрессии в скважине, позволяет уйти от абсолютных величин давлений, а оперировать только текущими значениями давлений скважинной жидкости на различных уровнях.

Кроме того, функционирование аккумулятора-преобразователя давления осуществляется без использования традиционных видов энергоносителей при повышении надежности его работы.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать поставленную цель.

На фиг.1 показан общий вид АПДС, на фиг.2 - устройство для повышения мощности механической энергии, на фиг.3-8 - динамика работы АПДС.

Сущность предлагаемого технического решения будет понятна из следующего описания работы устройства.

Реализация способа приведена на основании работы АПДС.

АПДС содержит:

1 - корпус;

2 - переходник ленточного ходового винта;

3 - маточная гайка-центратор;

4 - обратный клапан;

5 - поршень;

6 - поршень-золотник;

7 - поршень-наконечник;

7_а - шток;

8 - предохранительный штифт;

9 - уплотнители-герметизаторы;

10 - осевой циркуляционный канал;

11 - первый входной цилиндрический поршневой канал;

12 - второй цилиндрический поршневой канал;

13 - рабочая пружина;

14 - исполнительный механизм:

15 - насосно-компрессорные трубы;

16 - радиальный паз;

17 - радиальные циркуляционные отверстия;

18 - продольный циркуляционный канал.

Аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный работает следующим образом.

АПДС вместе с механизмом спускается в скважину на НКТ 15. Положение маточной гайки-центратора 3 может быть произвольным (см. фиг.3). После установки в интервал работ и контроля геофизическими методами, вращением НКТ 15 маточную гайку-центратор 3 опускают в положение, в котором она открывает обратный клапан 4 (см. фиг.4). Жидкость, находящаяся под гидростатическим давлением P₁, поступает по осевому циркуляционному каналу 10 и через поршень 5 давит на рабочую пружину 13, сжимая ее и осуществляя давление на поршень-золотник 6, жестко связанный с поршнем-наконечником 7, фиксируемый предохранительным штифтом 8 и находящийся под давлением P₁.

Через некоторое время (успокоения) система поршня-золотника 6 и поршня-наконечника 7 приходит в состояние равновесия при текущем давлении P₁. После этого вращением НКТ 15 маточная гайка-центратор 3 перемещается в верхнее положение и обратный клапан 4 закрывается (см. фиг.5). Система подготовлена к работе.

При снижении уровня жидкости в скважине (депрессии) равновесие в системе поршней нарушается, и система поршня-золотника 6 и поршня-наконечника 7 начинает перемещаться под действием рабочей пружины 13, условием перемещения которой является срезание (слом) предохранительных штифтов 8.

Формой и размерами предохранительных штифтов 8 можно регулировать начало движения поршня-наконечника 7, определяемое, как разница давлений ΔР=P₁-Р₂, где P₁ - исходное давление в скважине на заданной глубине погружения, Р₂ - давление в скважине после депрессии, при одинаковой площади поршней 5 и 7 (см. фиг.6).

Во время движения поршня-наконечника 7, после разгерметизации его уплотнителя-герметизатора 9, сила, воздействующая на поршень-наконечник 7, увеличивается как соотношение площадей поршня-наконечника 7 и штока 7_а этого поршня (см. фиг.6).

Поршень-золотник 6, жестко связанный с поршнем-наконечником 7, при движении достигает положения (см., фиг.7), когда радиальные циркуляционные отверстия 17 образуют гидравлическую связь с общим осевым гидравлическим каналом скважины (на чертеже не показан). Поршень 5 обратного движения не имеет (жидкость не сжимаема) и на поршень-золотник 6, наряду с давлением P₁ (через рабочую пружину 13) начинает действовать давление Р₂ на протяжении всего движения поршня-золотника 6 и, если (после открытия канала) на поршень-золотник 6 действовали силы рабочей пружины 13 и давления скважины Р₂, то в конце движения поршень-золотник 6 движется только под действием давления Р₂. Мощность АПДС определяется давлением Р₂ и разницей площадей поршня-золотника 6 и штока 7а.

Окончанием движения поршня-золотника 6 является выход продольного циркуляционного канала 18 штока 7_а за пределы уплотнителя-герметизатора 9 и выравнивание давлений во входном и втором поршневых каналах (см. фиг.8).

Для повышения мощности в два и более раз используются идентичные поршни-золотники 6 (см. фиг.2).

Причем при одновременном спуске в скважину нескольких АПДС с одинаковым числом витков на переходнике с ленточным ходовым винтом 2 (количество оборотов НКТ 15 от открытия до закрытия обратного клапана 4 при упоре маточной гайки-центратора 3 в верхнюю или нижнюю стенку переходника с ленточным ходовым винтом 2) появляется возможность синхронизировать заполнение входных каналов 11 жидкостью под текущим давлением в этом интервале. Применяя различные предохранительные штифты 8 на давления среза можно запрограммировать последовательность работы каждой АПДС.

При спуске нескольких АПДС с различным числом оборотов (предположим 5 и 10), появляется возможность последовательно заполнять входные каналы 11 (см. фиг.1) при различных контролируемых давлениях и после закрытия обратных клапанов 4, вызывать автоматическое срабатывание различных механизмов при изменении давления в скважине, расширяя возможности использования АПДС.

Технико-экономическим эффектом изобретения является значительное повышение полезной экологически чистой механической энергии без использования традиционных видов энергоносителей и повышения надежности работы АПДС.

1. Способ получения механической энергии, заключающийся в преобразовании сил статического давления жидкости в механическую энергию путем воздействия гидростатического давления на поршень, отличающийся тем, что в скважине размещают на заданной глубине погружения аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный, включающий корпус, имеющий последовательно расположенный ряд цилиндрических поршневых каналов и последовательно соединенный через переходник ленточного ходового винта с насосно-компрессорными трубами скважины, затем изменяя положение размещения маточной гайки-центратора вдоль ходового винта принудительно открывают или закрывают обратный клапан с возможностью воздействия гидростатическим давлением скважинной жидкости на поршень первого входного канала, аккумулируют энергию в сжимаемой рабочей пружине, создают депрессию в скважине с обеспечением срабатывания исполнительного механизма за счет среза предохранительных штифтов, при этом синхронизируют подачу скважинной жидкости в первый входной канал с очередностью выполнения операций.

2. Аккумулятор-преобразователь давления синхронизированный, содержащий корпус, последовательно соединенный через переходник ленточного ходового винта с насосно-компрессорными трубами скважины, отличающийся тем, что внутри корпуса выполнены два цилиндрических поршневых канала, в первом входном канале размещены поршень, поршень-золотник и рабочая пружина между ними, первый входной канал связан осевым циркуляционным каналом переходника с его радиальным пазом, в котором установлен обратный клапан с возможностью поочередного открытия или закрытия маточной гайкой-центратором, во втором канале, связанном с пространством скважины, размещены исполнительный механизм и его поршень-наконечник, установленный с возможностью фиксации предохранительными штифтами и жестко связанный штоком с поршнем-золотником, установленным с возможностью перекрытия своей внешней поверхностью радиального циркуляционного канала корпуса.

3. Аккумулятор по п.2, отличающийся тем, что на штоке, связывающем поршень-наконечник и поршень-золотник, выполнен продольный циркуляционный канал.

4. Аккумулятор по п.2 или 3, отличающийся тем, что в корпусе выполнены дополнительные цилиндрические поршневые каналы, поршни-золотники которых жестко соединены последовательно между собой и связаны соответственно с поршнем-наконечником и поршнем-золотником первого входного канала, причем радиальные циркуляционные каналы корпуса в дополнительных цилиндрических поршневых каналах выполнены с возможностью перекрытия внешними поверхностями поршней-золотников соответствующих каналов.