устройство для перекачки газированной жидкости с механическими примесями

Формула изобретения

1. Устройство для перекачки газированной жидкости с механическими примесями, содержащее неподвижный ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, состоящим из двух поршней разного диаметра, образующим приемную и основную камеры разного диаметра и дополнительную камеру высокого давления, оснащенную сальниковым штоком и герметизирующим устройством, клапаны всасывания и нагнетания, отличающееся тем, что поршни соединены между собой патрубком с фильтром, гидравлически связывающим приемную и основную камеры, устройство снабжено дополнительной камерой низкого давления, оснащенной песочным якорем, гидравлически связанной трубопроводом низкого давления и посредством клапана с полостью приемной камеры, при этом основная камера снабжена отстойником для механических примесей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разность площадей сечений дифференциального плунжера в его наименьшем размере и сальникого штока равна 1/2 площади сечения цилиндра с наибольшим диаметром.

Описание изобретения к патенту

Устройство предназначено для использования в нефтяной промышленности в системах промыслового сбора и транспорта нефтегазовых смесей с механическими примесями.

Известен ряд конструкций насосов, предназначенных для откачки газированной жидкости с механическими примесями (RU 2100651 C1, 27.12.1997). У известных насосов узкая область применения. У них ограничена возможность по производительности и повышению к.п.д. при откачке газожидкостных смесей с высокой концентрацией газа в нефти, особенно при эмульсионной структуре газонефтяного потока.

Наиболее близким аналогом технического решения является устройство для перекачки газированной жидкости с механическими примесями, содержащее неподвижный ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, состоящим из двух поршней разного диаметра, образующим приемную и основную камеры разного диаметра и дополнительную камеру высокого давления, оснащенную сальниковым штоком и герметизирующим устройством, клапаны всасывания и нагнетания (SU 1129408A, 15.12.1984)

Основным недостатком данной конструкции является ее неработоспособность при перекачке газожидкостных смесей при высоких давлениях на выкиде насоса.

Поскольку каждая из рабочих камер индивидуально гидравлически связана с напорным трубопроводом, то при поступлении в цилиндр газированной нефти, особенно при высоких давлениях на выкиде произойдет срыв подачи насоса.

Задача изобретения - создание устройства для перекачки в больших объемах газированной жидкости с механическими примесями с равномерной подачей нефтегазовой смеси в напорный трубопровод.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для перекачки газированной жидкости с механическими примесями, содержащем неподвижный ступенчатый цилиндр с установленным в нем дифференциальным плунжером, состоящим из двух поршней разного диаметра, образующим приемную и основную камеры разного диаметра и дополнительную камеру высокого давления, оснащенную сальниковым штоком и герметизирующим устройством, клапанами всасывания и нагнетания, поршни соединены между собой патрубком с фильтром, гидравлически связывающим приемную и основную камеры, устройство снабжено дополнительной камерой низкого давления, оснащенной песочным якорем, гидравлически связанной трубопроводом низкого давления и посредством клапана с полостью приемной камеры, при этом основная камера снабжена отстойником для механических примесей.

Кроме того, в устройстве разность площадей сечений дифференциального плунжера в его наименьшем размере и сальникого штока равна 1/2 площади сечения цилиндра с наибольшим диаметром.

На чертеже представлена схема устройства для перекачки газированной жидкости с механическими примесями.

Устройство содержит ступенчатый цилиндр 1, дифференциальный плунжер 2, включавший поршень с наименьшим диаметром 3 и поршень с наибольшим диаметром 4, а также соединительный патрубок с фильтром 5, всасывающий клапан 6, переточный клапан 7, выполняющий функции всасывающего клапана для основной камеры и функции нагнетательного клапана для приемной камеры, нагнетательный клапан 8, приемную камеру 9, основную камеру 10 с отстойником для твердых частиц 11, дополнительную камеру низкого давления с песочным якорем 13, дополнительную камеру высокого давления 14, включающую сальниковый шток 15, герметизирующее устройство 16, переточный канал 17, трубопровод низкого давления 18 и трубопровод высокого давления 19.

Работает устройство следующим образом.

Плунжер 2 расположен в крайнем правом положении. Объем основной камеры 10 - наименьший, давление в ней равно давлению на выходе насоса. Давление в приемной камере 9 - минимальное и равное давлению на приеме клапана 6. Объем приемной камеры 9 - наибольший. Наибольший объем будет и в дополнительной камере высокого давления 14. При перемещении плунжера 2 влево (начальный момент) клапаны 6, 7, 8 закрыты. Камера 10 будет увеличиваться в объеме, давление в ней начнет снижаться (цикл всасывания). В приемной камере 9 - цикл нагнетания, т.е. объем камеры уменьшается, а давление растет. Процесс роста давления в камере 9 будет продолжаться до тех пор, пока в камерах 9 и 10 не уравновесятся величины давлений.

Когда это произойдет, откроется клапан 7, и газожидкоотная смесь из камеры 9 начнет перетекать в основную камеру 10. Поскольку площадь сечения основной камеры 10 больше, чем камеры 9, то давление в обеих камерах снизится до величины давления на приеме всасывающего клапана 6, который откроется, и газожидкостная смесь в основную камеру 10 будет поступать как из кольцевой камеры 9, так и из дополнительной камеры 12, в которой газожидкоотная смесь отделяется от твердой фазы (в данном случае за счет поворота струи потока на 180°). При этом в камере 14 - цикл нагнетания, т.е. объем камеры уменьшается и газожидкостная смесь из нее по каналу 17 перетекает в напорный трубопровод 19. Цикл всасывания в основной камере 10 будет продолжаться до момента, когда плунаер 2 достигнет крайнего левого положения. При крайнем левом положении плунжера 2 давление в камерах 9 и 10 - минимальное, равное величине давления на приеме клапана 6. Объем камеры 10 - наибольший, объем камеры 9 - наименьший. За цикл работы камеры 10 на режиме всасывания в напорный трубопровод 19 поступит газожидкоотная смесь в количестве 1/2 рабочего объема камеры 10 из дополнительной камеры 14. При движении плунжера 2 вправо рабочий объем камеры 10 уменьшается, и давление в ней будет подниматься (цикл нагнетания) и в момент, когда давление возрастет до давления в трубопроводе 19, откроется нагнетательный клапан 8, и газожидкостная смесь из камеры 10 начнет поступать в напорный трубопровод 19 (фиг.2). Во время цикла нагнетания поток газожидкостной смеси в основной камере 10 меняет направление на 90°, что позволяет механические примеси отделить от жидкой фазы. При перемещении плунжера вправо в приемной камере 9 - цикл всасывания, т.е. в кольцевую камеру из дополнительной камеры 12, гидравлически связанной с трубопроводом низкого давления 18, будет поступать газожидкостная смесь. Нефтегазовая смесь будет поступать и в дополнительную камеру 14 из напорного трубопровода 19. Цикл нагнетания (камера 10) и цикл всасывания будет продолжаться до тех пор, пока плунжер 2 не достигнет крайнего правого положения. В этот момент объем основной камеры 10 - наименьший, а объем камер 9 и 14 - наибольший. За полный цикл работы основной камеры 10 на режиме нагнетания в напорный трубопровод 19 поступит нефтегазовая смесь в количестве 1/2 рабочего объема камеры 10, а другая часть объема основной камеры по каналу 17 перетечет в дополнительную камеру высокого давления 14.

Таким образом, при работе устройства нефтегазовая смесь в равном количестве поступает в напорный трубопровод 19 при движении плунжера 2 как вправо, так и влево.

Т.е. по сравнению с прототипом принцип действия описываемого устройства иной. В приемную камеру 9 газожидкостная смесь поступает из трубопровода низкого давления как в процессе цикла всасывания, так и во время цикла нагнетания, когда силовой шток перемещается влево. Открытие всасывающего клапана 7 основной камеры осуществляется при более высоком давлении по сравнению с величиной давления на приеме насоса.

С таким принципом действия конструкция работает устойчиво при перекачке газожидкостных смесей, при этом обеспечивается высокий кпд в процессе ее эксплуатации.

Позволит снизить энергетические и материальные затраты, а также сократить потери легких углеводородов.