скважинная насосная установка

Формула изобретения

Скважинная насосная установка, включающая насосно-компрессорные трубы, плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем приводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе, отличающаяся тем, что плунжер выполнен полым и ступенчатым, нижняя ступень которого имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую полость, а цилиндр герметично заключен в кожух и снабжен переходной полостью, сообщающейся с надплунжерной полостью через перепускной клапан, а с полостью насосно-компрессорных труб - через нагнетательный клапан, причем переходная полость сообщается с кольцевой полостью по каналу, образованному между кожухом и цилиндром, и отверстиям, выполненным в нижней части цилиндра, а всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины.

Известен погружной насосный агрегат, содержащий реверсируемый электродвигатель, размещенную в корпусе, заполненном маслом, передачу винт-гайка качения, винт которой связан с валом электродвигателя промежуточным валом, а гайка связана с плунжером насоса полым и хромированным штоками, направляющие указанной гайки, пружинные демпферы [Патент РФ № 2347947 от 2007.09.04].

Недостатком устройства являются низкая надежность и небольшой кпд.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является погружной плунжерный насосный агрегат, включающий насосно-компрессорные трубы, плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем проводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе [Патент РФ № 2479752 от 2011.11.09].

В процессе работы насосного агрегата плунжер совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. При перемещении плунжера вниз всасывающий клапан открывается и начинается такт всасывания насоса, при этом приводной шток и остальные звенья от двигателя до насоса, передающие возвратно-поступательное движение, испытывают незначительное растягивающее напряжение. При ходе плунжера вверх всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается и начинается выталкивание жидкости из полости цилиндра насоса в насосно-компрессорные трубы (нкт).

Недостатком агрегата с такой конструкцией рабочего насоса является то, что при ходе плунжера вверх (такт нагнетания), вес столба жидкости в нкт передается на плунжер, а, следовательно, на все передающие звенья привода, в результате они испытывают большие сжимающие напряжения. В связи с тем, что ход плунжера может достигать более 1 м, то все передающие звенья испытывают изгибающие деформации. Особенно слабым местом является винт передачи винт-гайка качения, где вращающийся винт передачи испытывает сложные крутящие, осевые и сжимающие нагрузки. Это негативно сказывается на кпд и долговечности агрегата.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы установки за счет существенного уменьшения сжимающей нагрузки на передающие звенья передачи от двигателя до плунжера насоса.

Данный технический результат достигается за счет того, что в скважинной насосной установке, включающей насосно-компрессорные трубы (нкт), плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, приводную штангу, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем приводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе. Новым является то, что плунжер выполнен полым и ступенчатым, нижняя ступень плунжера имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость, а цилиндр герметично заключен в кожух и снабжен дополнительной полостью, сообщающейся с надплунжерной всасывающей полостью через перепускной клапан, а с полостью нкт - через нагнетательный клапан, причем дополнительная полость сообщается с кольцевой полостью по каналу, образованному между кожухом и цилиндром, и отверстиям, выполненным в нижней части цилиндра, а всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера.

На чертеже представлена принципиальная схема скважинной насосной установки.

Скважинная насосная установка состоит из рабочего насоса 1, привода 2 типа винт-гайка качения и реверсивного электродвигателя 3. Привод 2 содержит маслонаполненный корпус 4, внутри которого расположены передача винт - гайка качения 5, приводная штанга 6, демпферы 7,8 и эластичная оболочка 9.

Насос 1 имеет цилиндр 10, внутри которого размещен плунжер 11, кинематически связанный через приводную штангу 6 и передачу винт - гайка качения 5 с реверсивным электродвигателем 3. Плунжер 11 имеет возможность совершать в цилиндре 10 возвратно-поступательные перемещения и выполнен полым и ступенчатым, причем диаметр верхней ступени 12 больше диаметра нижней ступени 13. Нижняя ступень 13 герметизирована в цилиндре 10 уплотнением 14, в результате чего в нижней части цилиндра 10 образовалась кольцевая нагнетательная полость 15. В верхней части цилиндра 10 выполнена переходная полость 16, которая имеет сообщение с надплунжерной всасывающей полостью 17 через перепускной клапан 18, а с насосно-компрессорными трубами (нкт) 19 через нагнетательный клапан 20.

Для гидравлической связи между переходной полостью 16 и кольцевой нагнетательной полостью 15 цилиндр 10 размещен в кожухе 21, который образует с наружной поверхностью цилиндра 10 кольцевой канал 22. Кроме этого для сообщения между переходной полостью 16 и кольцевой нагнетательной полостью 15 в цилиндре 10 выполнены отверстия 23 и 24. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость 17 через отверстие 25 приемной камеры 26 и далее через внутренний канал 27 плунжера 11 и всасывающий клапан 28. Всасывающий клапан 28 может быть установлен в любом месте плунжера 10, но предпочтительно в верхней его части.

Скважинная насосная установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 вращение его вала передается на передачу винт-гайка качения 5, которая превращает вращательное движение в возвратно-поступательное, и которое через приводную штангу 6 передается плунжеру 11. При перемещении плунжера 11 вниз давление в надплунжерной полости 17 снижается, всасывающий клапан 28 открывается и через него, а также через отверстие 25 и внутренний канал 27 плунжера 11 в надплунжерную полость 17 начинает поступать пластовая жидкость. При этом жидкость, находящаяся в кольцевой нагнетательной полости 15, вытесняется через отверстие 23, кольцевой канал 22, отверстие 24 и нагнетательный клапан 20 в нкт 19. При ходе плунжера 11 вверх жидкость из надплунжерной всасывающей полости 17 передавливается через перепускной клапан 18, отверстие 24, канал 22 и отверстие 23 в кольцевую нагнетательную полость 15. В связи с тем, что объем вытесняемой жидкости в надплунжерной всасывающей полости 17 больше, чем в кольцевой нагнетательной полости 15, часть жидкости поступает через нагнетательный клапан 20 в нкт 19.

Как видно из описания принципа работы установки, при ходе плунжера вверх в надплунжерной и нагнетательной полостях давление одинаковое и равно давлению в нкт, следовательно, действующая сила на плунжер определяется произведением площади поперечного сечения нижней ступени на давление нкт.

Преимущества предлагаемого насосного агрегата заключаются в том, что данная конструкция обеспечивает надежность и долговечность работы скважинной насосной установки.