RU55894U1

RU55894U1 - WELL PUMP HYDRAULIC DRIVE

Info

Publication number: RU55894U1
Application number: RU2006111039/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Усок
Original assignee: Виктор Иванович Усок; Самойлов Андрей Александрович
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2006-08-27

Abstract

Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного. вытеснения, и может быть использовано в качестве привода насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.The utility model relates to hydraulic surround machines. displacement, and can be used as a drive for pumps designed for lifting liquids from great depths.

Гидравлический привод скважинного насоса содержит рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром. Плунжерный насос системы компенсации утечек выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжер большего диаметра расположен в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями.The hydraulic drive of the borehole pump contains a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, installed with the formation of four cavities - two piston cavities, the first of which is connected to a source of compressed gas, and the second through a valve with a pump and a drain, and two rod, the first of which is connected through a hydraulic distributor to the pump and drain, and the second to the rod cavity of the working cylinder with the formation of a closed hydraulic circuit and a compensation system leaks from this circuit comprising a plunger pump, the cavity of which is connected to the suction line with nonreturn valve, is connected through the valve actuator with the pump discharge line and a check valve connected to the closed hydraulic circuit. The plunger pump of the leakage compensation system is made in the form of a pressure multiplier, while a smaller plunger is located in the second piston cavity of the tandem cylinder with the possibility of interaction with the tandem cylinder piston, and a larger diameter plunger is located in the cavity of the plunger pump connected to the suction and discharge lines.

Технический результат - повышение надежности работы насосной установки за счет обеспечения возможности срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.The technical result is an increase in the reliability of the pumping unit by providing the possibility of the actuation of the pump to feed liquid into a closed hydraulic circuit only in case of lack of it in the circuit.

Description

Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее к приводным устройствам, включающим гидравлические или пневматические средства, и может быть использовано в качестве привода насосов, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин.The utility model relates to hydraulic volume displacement machines, more specifically to drive devices, including hydraulic or pneumatic means, and can be used as a drive for pumps designed for lifting liquids from great depths.

Известен гидравлический привод (А.Г.Молчанов. Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки. М.: Недра, 1982, с.25-26, рис.1.9), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр, имеющий шток с поршнями на концах, аккумулятор давления с жидкостной и газовой полостями.Known hydraulic drive (A.G. Molchanov. Hydraulic sucker rod pumping units. M .: Nedra, 1982, p.25-26, Fig. 1.9), containing a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder having a rod with pistons at the ends, a battery pressure with liquid and gas cavities.

Такой привод имеет сложную гидравлическую схему, что объясняется наличием двух замкнутых гидравлических контуров, а, следовательно, наличием двух узлов компенсации утечек рабочей жидкости из замкнутых гидравлических контуров.Such a drive has a complex hydraulic circuit, which is explained by the presence of two closed hydraulic circuits, and, therefore, the presence of two nodes for compensating the leakage of the working fluid from the closed hydraulic circuits.

Известны также гидравлические приводы подъемного устройства (патент RU 2134360, МПК⁶ F 04 В 47/04, пат. RU №2193111, МПК⁶F 04 B 47/04, опубл. 2002 г.), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, одна из которых соединена с источником сжатого газа, и двух штоковых, одна из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра.Hydraulic drives of the lifting device are also known (patent RU 2134360, IPC ⁶ F 04 B 47/04, patent RU No. 2193111, IPC ⁶ F 04 B 47/04, publ. 2002), comprising a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, installed with the formation of four cavities - two piston cavities, one of which is connected to a source of compressed gas, and two rod, one of which is connected through a hydraulic distributor to the pump and drain, and the second to the rod cavity of the working cylinder.

Такие приводы имеют более простую гидравлическую схему, так как содержат один замкнутый гидравлический контур с одним узлом компенсации утечек рабочей жидкости.Such actuators have a simpler hydraulic circuit, as they contain one closed hydraulic circuit with one node for compensating for leaks of the working fluid.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является гидравлический привод подъемного устройства (пат. Closest to the claimed and adopted as a prototype is the hydraulic drive of the lifting device (US Pat.

RU №2193111), содержащий рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром.RU No. 2193111), containing a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, installed with the formation of four cavities - two piston cavities, the first of which is connected to a source of compressed gas, and the second through a valve with a pump and a drain, and two rod, the first of which is connected through a valve with a pump and drain, and the second - with the rod cavity of the working cylinder with the formation of a closed hydraulic circuit and a system for compensating for leaks from this circuit, contains aschuyu plunger pump, the cavity of which is connected to the suction line with nonreturn valve, is connected through the valve actuator with the pump discharge line and a check valve connected to the closed hydraulic circuit.

Однако, такой привод не надежен в работе на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т.п.), так как при увеличении размаха нагрузки на скважине увеличивается давление жидкости в плунжерной полости тандемного цилиндра, соединенной через гидрораспределитель с насосом и сливом по сравнению с давлением в замкнутом гидравлическом контуре. Под действием этой разницы давления происходит перемещение плунжера насоса системы компенсации утечек и подкачка жидкости в замкнутый контур, что приводит к переполнению замкнутого гидравлического контура и остановке насоса.However, such a drive is not reliable in wells that have increased resistance to movement of the pump plunger (due to waxing, in bored wells, etc.), since with an increase in the magnitude of the load on the well, the fluid pressure in the plunger cavity of the tandem cylinder increases connected through a valve with a pump and a drain compared to the pressure in a closed hydraulic circuit. Under the influence of this pressure difference, the plunger of the pump of the leakage compensation system moves and the liquid is pumped into a closed circuit, which leads to an overflow of the closed hydraulic circuit and the pump stops.

Задачей полезной модели является повышение надежности работы насосной установки за счет обеспечения возможности срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.The objective of the utility model is to increase the reliability of the pumping unit by providing the possibility of the actuation of the pump to feed liquid into a closed hydraulic circuit only if it is lacking in the circuit.

Поставленная задача достигается за счет усовершенствования гидравлического привода скважинного насоса, содержащего рабочий цилиндр и вспомогательный тандемный цилиндр со штоком с закрепленными на его концах поршнями, установленными с образованием четырех полостей - The task is achieved by improving the hydraulic drive of the borehole pump containing a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, installed with the formation of four cavities -

двух поршневых, первая из которых соединена с источником сжатого газа, а вторая - через гидрораспределитель с насосом и сливом, и двух штоковых, первая из которых соединена через гидрораспределитель с насосом и сливом, а вторая - со штоковой полостью рабочего цилиндра с образованием замкнутого гидравлического контура и систему компенсации утечек из этого контура, содержащую плунжерный насос, полость которого соединена с всасывающей линией с обратным клапаном, соединенной через гидрораспределитель с насосом привода, и нагнетательной линией с обратным клапаном, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром,two piston, the first of which is connected to a source of compressed gas, and the second through a control valve with a pump and a drain, and two rod, the first of which is connected through a control valve to a pump and a drain, and the second to a rod cavity of a working cylinder with the formation of a closed hydraulic circuit and a system for compensating for leaks from this circuit, comprising a plunger pump, the cavity of which is connected to a suction line with a check valve connected via a control valve to the drive pump, and a discharge line her with a check valve connected to a closed hydraulic circuit,

Это усовершенствование заключается в том, что плунжерный насос системы компенсации утечек выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжер большего диаметра расположен в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями.This improvement lies in the fact that the plunger pump of the leakage compensation system is made in the form of a pressure multiplier, with a plunger of a smaller diameter located in the second piston cavity of the tandem cylinder with the possibility of interaction with the piston of the tandem cylinder, and a plunger of a larger diameter is located in the cavity of the plunger pump connected to suction and discharge lines.

Выполнение плунжерного насоса системы компенсации утечек в виде мультипликатора давления, расположение при этом плунжера меньшего диаметра во второй поршневой полости тандемного цилиндра с возможностью взаимодействия с поршнем тандемного цилиндра, а плунжера большего диаметра в полости плунжерного насоса, соединенной с всасывающей и нагнетательной линиями, позволяет обеспечить подпитку жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки за счет обеспечения подпитки жидкости только при перемещении плунжера насоса системы компенсации утечек, независимо от соотношения давлений в полостях.The implementation of the plunger pump of the leakage compensation system in the form of a pressure multiplier, the arrangement of a smaller diameter plunger in the second piston cavity of the tandem cylinder with the possibility of interaction with the tandem cylinder piston, and a larger diameter plunger in the cavity of the plunger pump connected to the suction and discharge lines, makes it possible to provide recharge fluid in a closed hydraulic circuit only if it is lacking by providing liquid recharge only when moving the plunger a leakage compensation system, regardless of the ratio of pressures in the cavities.

Полезная модель поясняется чертежом, где изображена гидравлическая схема предлагаемого привода.The utility model is illustrated in the drawing, which shows the hydraulic circuit of the proposed drive.

Гидравлический привод скважинного насоса содержит рабочий цилиндр 1, разделенный поршнем 2 на поршневую 3 и штоковую 4 полости, The hydraulic drive of the borehole pump comprises a working cylinder 1, divided by a piston 2 into a piston 3 and a rod 4 cavity,

и вспомогательный тандемный цилиндр 5 со штоком 6 с расположенными на его концах поршнями 7 и 8, установленными по обе стороны перемычки 9. Перемычка 9 и поршни 7 и 8 образуют четыре полости - две поршневые 10 и 11 и две штоковые 12 и 13. Полость 10 соединена с источником сжатого газа - емкостью 14, штоковая полость 12 соединена через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, а вторая штоковая полость 13 соединена трубопроводом 18 со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 19 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Поршень 2 рабочего цилиндра 1 штоком 20 соединен с колонной штанг 21, связанной с поршнем скважинного насоса. Поршневая полость 3 рабочего цилиндра 1 соединена со сливом 17 трубопроводом 22 с обратным клапаном 23. Система компенсации утечек из замкнутого гидравлического контура (полость 13, трубопровод 18, полость 4) содержит плунжерный насос 24, полость 25 которого соединена с всасывающей линией 26 с обратным клапаном 27, соединенной через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17, и нагнетательной линией 28 с обратным клапаном 29, соединенной с замкнутым гидравлическим контуром. Плунжерный насос 24 выполнен в виде мультипликатора давления, при этом плунжер 30 меньшего диаметра расположен во второй поршневой полости 11 тандемного цилиндра 5 с возможностью взаимодействия с поршнем 7 тандемного цилиндра 5 при увеличении его хода из-за уменьшения объема жидкости в замкнутом контуре, а плунжер 31 большего диаметра расположен в полости 25 плунжерного насоса 24. Штоковая полость 32 плунжерного насоса 24 соединена с атмосферой или, как показано на чертеже, - трубопроводом 33 со сливом 17. Работа гидропривода происходит следующим образом. Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем по чертежу положении. Штоковые полости 12 и 13 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, and an auxiliary tandem cylinder 5 with a rod 6 with pistons 7 and 8 located at its ends, mounted on both sides of the jumper 9. The jumper 9 and the pistons 7 and 8 form four cavities - two piston 10 and 11 and two rod 12 and 13. Cavity 10 connected to a source of compressed gas with a capacity of 14, the rod cavity 12 is connected through a valve 15 to the pump 16 and the drain 17, and the second rod cavity 13 is connected by a pipe 18 to the rod cavity 4 of the working cylinder 1, forming a closed hydraulic circuit. The second piston cavity 11 of the tandem cylinder 5 is connected by a pipe 19 through the valve 15 to the pump 16 and the drain 17. The piston 2 of the working cylinder 1 by the rod 20 is connected to the rod string 21 connected to the piston of the well pump. The piston cavity 3 of the working cylinder 1 is connected to the drain 17 by a pipe 22 with a non-return valve 23. The system for compensating for leaks from a closed hydraulic circuit (cavity 13, pipe 18, cavity 4) contains a plunger pump 24, the cavity 25 of which is connected to the suction line 26 with a non-return valve 27, connected through a control valve 15 to a pump 16 and a drain 17, and a discharge line 28 with a check valve 29 connected to a closed hydraulic circuit. The plunger pump 24 is made in the form of a pressure multiplier, while the plunger 30 of a smaller diameter is located in the second piston cavity 11 of the tandem cylinder 5 with the possibility of interaction with the piston 7 of the tandem cylinder 5 with an increase in its stroke due to a decrease in the volume of fluid in the closed loop, and the plunger 31 a larger diameter is located in the cavity 25 of the plunger pump 24. The rod cavity 32 of the plunger pump 24 is connected to the atmosphere or, as shown in the drawing, by a pipe 33 with a drain 17. The operation of the hydraulic actuator is as follows at once. Before starting work, the piston 2 of the working cylinder 1 and the pistons 7 and 8 of the tandem cylinder 5 are in the lower position in the drawing. The rod cavities 12 and 13 of the tandem cylinder 5 are filled with liquid,

а полость 10 и емкость 14 - сжиженным газом. Давление этого газа передается через поршень 8 на жидкость в полости 13 и через трубопровод 18 на жидкость в полости 4 рабочего цилиндра 1 и на поршень 2 этого цилиндра, уравновешивая вес самого поршня 2, штока 20 и колонны штанг 21 скважинного насоса (не показан).and the cavity 10 and the tank 14 - liquefied gas. The pressure of this gas is transmitted through the piston 8 to the fluid in the cavity 13 and through the pipe 18 to the fluid in the cavity 4 of the working cylinder 1 and to the piston 2 of this cylinder, balancing the weight of the piston 2, the rod 20 and the rod string 21 of the well pump (not shown).

При подаче жидкости от насоса 16 через гидрораспределитель 15 (находящийся в положении, показанном на чертеже) в полость 12 поршень 7 поднимается и через шток 6 тянет за собой поршень 8, который по трубопроводу 18 вытесняет жидкость из полости 13 тандемного цилиндра 5 в полость 4 рабочего цилиндра 1. Под давлением этой жидкости поршень 2 рабочего цилиндра 1 поднимается и тянет за собой шток 20, связанный с колонной штанг 21. Одновременно рабочая жидкость подается через открытый обратный клапан 27 по трубопроводу 26 в полость 25 плунжерного насоса 24 системы компенсации утечек, перемещая плунжеры 30 и 31 вниз. При этом рабочая жидкость, попадающая в штоковую полость 32, по трубопроводу 33 вытесняется на слив 17. При нехватке рабочей жидкости из-за возможных утечек в замкнутом гидравлическом контуре (полость 13, трубопровод 18, полость 4) величина хода поршней 7 и 8 (вверх по чертежу) увеличивается. Поршень 7 воздействуя на торец плунжера 30 меньшего диаметра, перемещает его вверх вместе с плунжером 31, который, создает давление, закрывающее клапан 27 и открывающее клапан 29. При этом рабочая жидкость из полости 25 через открытый клапан 29 по трубопроводу 28 поступает в замкнутый гидравлический контур. За счет разности площадей поршня 7 и плунжера 31 давление в полости 25, создаваемое при перемещении плунжера 31, всегда будет превышать давление в замкнутом гидравлическом контуре, что обеспечивает надежную подпитку рабочей жидкости в этот контур только при воздействии поршня 7 на торец плунжера 30.When fluid is supplied from the pump 16 through the control valve 15 (located in the position shown in the drawing) to the cavity 12, the piston 7 rises and pulls the piston 8 through the stem 6, which displaces the fluid from the cavity 13 of the tandem cylinder 5 into the cavity 4 of the working cylinder through a pipe 18 cylinder 1. Under the pressure of this fluid, the piston 2 of the working cylinder 1 rises and pulls the rod 20 connected with the column of the rods 21. Simultaneously, the working fluid is supplied through an open check valve 27 through a pipe 26 into the cavity 25 of the plunger pump 24 of the system Leakage compensation by moving plungers 30 and 31 down. In this case, the working fluid that enters the rod cavity 32 is displaced through the pipe 33 to drain 17. If there is a shortage of the working fluid due to possible leaks in the closed hydraulic circuit (cavity 13, pipe 18, cavity 4), the piston stroke is 7 and 8 (up according to the drawing) increases. The piston 7 acting on the end face of the plunger 30 of smaller diameter, moves it upward together with the plunger 31, which creates pressure, closing the valve 27 and opening the valve 29. In this case, the working fluid from the cavity 25 through the open valve 29 through the pipeline 28 enters a closed hydraulic circuit . Due to the difference between the areas of the piston 7 and the plunger 31, the pressure in the cavity 25 created by the movement of the plunger 31 will always exceed the pressure in the closed hydraulic circuit, which ensures reliable feeding of the working fluid into this circuit only when the piston 7 acts on the end of the plunger 30.

При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое When the piston 2 reaches its extreme upper position, a switch (not shown) is actuated, translating the control valve 15 to the left

(по чертежу) положение. Рабочая жидкость от насоса 16 через гидрораспределитель 15 по трубопроводу 19 поступает в поршневую полость 11 тандемного цилиндра 5, перемещая поршень 7 и связанный с ним поршень 8 вниз, сжимая газ в полости 10. При движении вниз поршня 8 жидкость из полости 4 рабочего цилиндра 1 по трубопроводу 18 перетекает в штоковую полость 13 тандемного цилиндра 5, не препятствуя поршню 2 перемещаться вниз под действием собственного веса и веса штока 20 поршня 2 рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 21. При этом за счет разности площадей плунжеров 30 и 31 подпитка рабочей жидкости в полость 13 замкнутого гидравлического контура не происходит независимо от соотношения давлений в полостях 11 и 13, определяемым сопротивлением движению штанг в скважине (из-за запарафинивания, на искривленных скважинах и т. п.). В процессе работы в поршневой полости 3 рабочего цилиндра 1 из-за возможных утечек в уплотнении поршня 2 накапливается рабочая жидкость, под давлением которой открывается обратный клапан 23, и эта жидкость по трубопроводу 22 поступает на слив 17. Жидкость, которая накапливается в полости 32 из-за возможных утечек по трубопроводу 33 поступает на слив 17.(according to the drawing) position. The working fluid from the pump 16 through the valve 15 through the pipe 19 enters the piston cavity 11 of the tandem cylinder 5, moving the piston 7 and the associated piston 8 downward, compressing the gas in the cavity 10. When the piston 8 moves downward, the fluid from the cavity 4 of the working cylinder 1 the pipe 18 flows into the rod cavity 13 of the tandem cylinder 5, without preventing the piston 2 from moving down under the influence of its own weight and the weight of the rod 20 of the piston 2 of the working cylinder 1 and the associated rod string 21. Moreover, due to the difference in the area of the plungers 30 and 31 replenishment of the working fluid into the cavity 13 of the closed hydraulic circuit does not occur regardless of the ratio of the pressures in the cavities 11 and 13, determined by the resistance to the movement of the rods in the well (due to waxing, on deviated wells, etc.). In the process, in the piston cavity 3 of the working cylinder 1, due to possible leaks in the piston seal 2, the working fluid accumulates, under the pressure of which the check valve 23 opens, and this fluid flows through the pipe 22 to the drain 17. The fluid that accumulates in the cavity 32 of - due to possible leaks through the pipeline 33 enters the drain 17.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет повысить надежность работы насосной установки на скважинах, у которых увеличено сопротивление движению плунжера насоса, за счет обеспечения возможности надежного срабатывания насоса подпитки жидкости в замкнутый гидравлический контур только в случае ее нехватки в контуре.Thus, the proposed drive can improve the reliability of the pump installation in wells that have increased resistance to the movement of the plunger of the pump, by ensuring the possibility of reliable operation of the pump to feed fluid into a closed hydraulic circuit only if it is lacking in the circuit.

Claims

A hydraulic drive of a borehole pump, comprising a working cylinder and an auxiliary tandem cylinder with a rod with pistons fixed at its ends, mounted to form four cavities - two piston cavities, the first of which is connected to a source of compressed gas, and the second through a valve with a pump and a drain, and two rod, the first of which is connected through a valve with a pump and drain, and the second - with the rod cavity of the working cylinder with the formation of a closed hydraulic circuit and a compensation system leakage from this circuit, containing a plunger pump, the cavity of which is connected to a suction line with a check valve connected via a control valve to the drive pump, and a discharge line with a check valve connected to a closed hydraulic circuit, characterized in that the plunger pump of the leakage compensation system is made in the form of a pressure multiplier, with a smaller diameter plunger located in the second piston cavity of the tandem cylinder with the possibility of interaction with the tandem cylinder piston pa and the piston of larger diameter is located in the cavity of the plunger pump connected to the suction and discharge lines.