Свердловинна поршнева насосна установка

Свердловинна поршнева насосна установка, яка містить наземний привод, труби для підйому рідини із свердловин з приймальним усмоктувальним клапаном, витискувач-поршень, обважнювач, з'єднаний з приводом гнучким зв'язком, яка відрізняється тим, що має ковадло, у нижній частині якого виконано усмоктувальний клапан, а верхня частина виконана пружинистою з можливістю співударяння з обважнювачем та закріпленим на останньому витискувачем-поршнем, виконаним у формі півсфери із еластичного матеріалу, верхню частину якого приєднано до обважнювача гнучкими стропами рухомо, а нижню - нерухомо, з можливістю його згортання і формування відкритого каналу для рідини під час руху обважнювача в напрямку приймального усмоктувального клапана розгортання при його русі у зворотному напрямку з перекриттям каналу, а обважнювач у своїй верхній частині має воронку. Винахід відноситься до буріння свердловин, зокрема до видобутку рідинних та газоподібних текучих середовищ з бурових свердловин, а також, зокрема до насосів та насосних установок для піднімання рідин з великих глибин зі свердловин. Відома насосна установка у якій функцію циліндру виконують водопідйомні труби у нижній частині яких встановлено усмоктувальний клапан, а робочим органом є поршень Летестю. [Володченко К.Г. Колонковое бурение. М.: Госгеол-техиздат, 1957, 253-256с.]. Поршень у свою чергу складається з конусоподібного металевого корпуса (лійки) з прохідними вікнами, поверх яких розміщується шкіряна або гумова прокладка. Ця прокладка при роботі відіграє роль прохідного клапана, та герметичного елемента. Для поршнів великого діаметра шкіряні або гумові прокладки зшиваються з декількох шарів. Поршень Летестю за допомогою гайки приєднується до штока-тяги, а той, у свою чергу, з'єдн ується різьбою з приводними штангами. Недоліком даної насосної установки є те, що гумові та шкіряні прокладки недостатньо еластичні, що є причиною значного гідравлічного опору інерційному напору стовпа відкачуваної рідини через прохідні вікна у лійки поршня. Найбільш близьким до запропонованої насосної установки є безманжетний плунжерний колодязьний насос з гнучкою тягою, розроблений інженером Михайловим A.M. [Канторович Б.В., Кузнецов Н.К. Гидравлика, водоснабжение и гидросиловые установки. М.: Сельхозиздат, 1961, 203-204с.]. Його насосна установка відрізняється відсутністю на поршні з прохідним клапаном манжет, а їх функції виконують кільцеві канавки проточені у стінки поршня, сукупність яких створює лабіринтне ущільнення. Завдяки порівняно невеликій силі тертя, у цій установці замість приводних штанг, використовують гнучку тягу - металевий трос для підйому поршня догори, а зворотний рух поршня здійснюється за рахунок його власної ваги та обважнювача. (19) UA (11) 85832 (13) (21) a200506586 (22) 04.07.2005 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) КОЖЕВНИКОВ АНАТОЛІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ТІТОВ ВОЛОДИМИР ІЛЛІЧ, UA, ЦАБЕРЯБИЙ АНАТОЛІЙ СЕМЕНОВИЧ, U A, ЛЕКСИКОВ ОЛЕКСАНДР АН АТОЛІЙОВИЧ, UA, КАМИШАЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ, U A (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) SU 51678, 31.08.1937 US 5058667, E21B 43/00, 22.10.1991 US 6164936, F04B 39/10, F16K 15/00, 26.12.2000 GB 2172343 A, F04B 9/14, 17.09.1986 Володченко К. Г. Колонковое бурение. - М.: Госгеологиздат, 1957. - С. 253- 256 Канторович Б. В., Кузнецов Н. К. Гидравлика, водоснабжение и гидросиловые установки.- М.: Сельхозиздат, 1961. - С. 202 - 203 C2 1 3 85832 Недоліком даної насосної установки є те, що лабіринтне ущільнення діє в процесі зворотнопоступального руху поршня з однаковим гідравлічним опором, який в сумі з гідравлічними втратами у прохідному клапані при холостому ході поршня вниз знижують загальний коефіцієнт корисної дії. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення поршневої насосної установки шляхом іншого конструктивного виконання окремих її елементів, що забезпечує зниження сумарних гідравлічних втрат, надає можливість додаткового використання енергії механічного та гідравлічного удару, а також використання дії інерційного напору стовпа відкачуємої рідини, який рухається вгору, і за рахунок цього досягається підвищення загального коефіцієнту корисної дії та поліпшення експлуатаційних характеристик роботи установки в цілому. Задача вирішується тим, що у відомій свердловинній поршневій насосній установці, що включає, наземний привод, труби з приймальним усмоктувальним клапаном, витискувач-поршень обважнювач, з’єднаним з наземним приводом гнучким зв'язком, згідно з винаходом, свердловинна поршнева насосна установка має ковадло має ковадло у нижній частині якого виконано усмоктувальний клапан, а верхня частина виконана пружною з можливістю співударяння з обважнювачем та закріпленим на останньому витискувачемпоршнем, виконаним у формі півсфери із еластичного матеріалу, верхню частин у якого приєднано до обважнювача гнучкими стропами рухомо, а нижню - нерухомо, з можливістю його згортання і формування відкритого каналу для рідини під час руху обважнювача в напрямку приймального усмоктувального клапану і розгортання при його русі у зворотному напрямку з перекриттям каналу, а обважнювач у своїй верхній частині має воронку. Технологічною особливістю наземного приводу даної свердловинної поршневої насосної установки має бути те, що він крім зворотнопоступального руху його робочого органу, має забезпечити ще і його вільний рух в напрямку ковадла з приймальним усмоктувальним клапаном та їх співударяння. Ме ханічний удар обважнювача-ударника по пружній поверхні ковадла з усмоктувальним клапаном, надає додатковий енергетичний ресурс для розкриття еластичного витискувача-поршня на початку його зворотного руху. Конструкція та матеріал витискувача-поршня надає можливість значно знизити гідравлічні втрати у прохідному клапані, функції якого виконує сам еластичний витискувач-поршень, та додатково використати для підвищення загального коефіцієнту корисної дії насосної установки за рахунок використання дії інерційного напору стовпа відкачуваної рідини, який рухається вгору. Воронка, що розташована у верхній частині обважнювача, при його співударянні з пружною поверхнею ковадла, формує фронт гідроударної хвилі, який рухається догори, і за яким спотворюється зона розрядження, у якій має рухатись витискувач-поршень. 4 Усі чотири вищевказані складові технічного рішення, в цілому, поліпшують експлуатаційні характеристики роботи свердловинної поршневої насосної установки. Суть винаходу пояснюється Фіг., на якій зображено загальний вигляд свердловинної поршневої насосної установки. До складу свердловинної поршневої насосної установки входять: наземний перетворюючий механізм (привод), трансмісія, гідротранспортна магістраль та занурювальний поршневий насос. Занурювальний поршневий насос складається з насосного циліндра 1, який верхнім різьбовим кінцем приєднується до гідротранспортної магістралі 13, а з його нижнього кінця, співвісно, на різьбі, приєднано ковадло 4 з проточними отворами 21, геометричні осі яких, умовно, розміщуються на колі концентричному оci насосного циліндра 1. Усмоктувальний клапан, який має періодично перекривати або відкривати проточні отвори 21, складається з плоскої металевої тарілки з циліндричним направляючим кільцем 3, та гумової ущільнювальної прокладки 2. Усмоктувальний клапан 3 у збірному вигляді рухомо розміщується на циліндричній поверхні ковадла 4, яке на верхній торцевій поверхні має упорно-фіксуюче кільце 5 з тарілчастою пружиною 6. Еластичний витискувачпоршень 7, який по зовнішньому контуру гнучкими стропами 9 рухомо приєднується до тильної частини обважнювача 10, а полюсна частина .півсферичного еластичного витискувача-поршня 7 нерухомо фіксується на головній частині обважнювача 10. У верхній частині обважнювача 10, якою він приєднується до трансмісійної гнучкої тяги 12, мається воронка 11 для створення гідроударної хвилі при механічному пружньому співударянні обважнювача 10 з тарілчастою пружиною 6, розташованою на ковадлі 4. Гідротранспортна магістраль на Фіг. показана лише частково водопідйомною трубою 13. Трансмісія свердловинної гідроударної поршневої насосної установки складається з гнучкої тяги (робочого тросу) 12, перекинутої через кронблок 14, та приєднаної одним кінцем до обважнювача 10, а другим, до фіксуючого нерухомого елемента 22 перетворюючого механізму (приводу). Кулачковий перетворюючий механізм, схематично зображений на Фіг.1, для забезпечення зворотно-поступального руху еластичного витискувача-поршня 7 з вільним його рухом при холостому (зворотному) ході, у своєму складі має: направляючі ролики 15-16, кулачок 17,штовхач 18, з відхиляючим роликом 19, та направляючими 20. Гілка робочого тросу 12, розташованого за перетворюючим механізмом, нерухомо фіксується елементом 22. Робота свердловинної гідроударної поршневої насосної установки здійснюється наступним чином. Обертальний рух від первинного двигуна передається кулачку 17, який рухаючись, своєю контактною поверхнею пересуває штовхач 18 разом з відхиляючим роликом 19 у направляючих 20. Робочий трос 12, який з протилежних боків контактує з нерухомими роликами 15-16 та рухомим роликом 5 85832 19, штовхачем 18 переміщується з положення А у положення Б. Оскільки один з кінців робочого тросу 12 нерухомо зафіксований, то його другий кінець, з'єднаний з обважнювачем 10 переміщується догори разом з еластичним витискувачемпоршнем 7. Під час руху догори еластичний купол витискувача-поршня 7 розкривається так, що його зовнішня кромка 8 міцно притискається стовпом рідини до стінок насосного циліндра, та змушує вищерозташований стовп рідини сумісно рухатись у водопідйомних труба х 13. У цей час у підпоршневій зоні, за рахунок гідравлічного розрядження, відкривається усмоктувальний клапан 3, і рідина ззовні, крізь проточні отвори 21, заповнює вільний внутрішній об'єм циліндра насоса 1. Після повороту кулачка 17 на 180° ролик штовхача 18 досягне свого найвищого положення на контактній поверхні кулачка 17, після чого настає момент різкого стрибка штовхача 18 з найвищого до найнижчого положення. Цей стрибок миттєво передається через трансмісію робочому органу занурювального поршневого насоса - еластичного витискувача поршня 7. В цей момент здійснюється зміна напрямку зворотно-поступального руху і обважнювач 10 починає вільно рухатись у напрямку ковадла 4 з тарілчастою пружиною 6. При цьому відбувається наступне: еластичний купол витискувачапоршня 7 згортається зустрічним потоком рідини, котра продовжує рухатись до тих пір, доки інерційний напір стовпа рідини у водопідйомних трубах 13 кількісно не зрівняється з гідростатичним напором відкачуваної рідини, яка знаходиться у тр убах 13. Після досягнення цього стану, рух рідини догори у водопідйомних труба х 13 припиняється і 6 усмоктувальний клапан 3 зачиняється дією сил гравітації. Обважнювач 10 разом з еластичним витискувачем-поршнем 7, рухаючись з прискоренням вільного падіння у рідині, досягає пружної поверхні ковадла 6 та співударяється з нею. У цей момент, в наслідок дії інерційних сил, еластичний купол витискувача-поршня 7 розкривається, а обважнювач 10 разом з еластичним витискувачем-поршнем 7 підстрибує у зворотному напрямку, за рахунок дії сил пружності тарілчастої пружини. Цей пружній стрибок (пружній механічний удар) стає наслідком формування фронту гідроударної хвилі, посиленій завдяки фокусуванню у воронці 11 розташованій у верхній частині обважнювача 10. За фронтом гідроударної хвилі, який рухається догори, спотворюється зона розрядження, у якій має рухатись витискувач-поршень. Цей момент є останньою фазою технологічного циклу, який в подальшому повторюється. Таким чином, нове конструктивне виконання окремих елементів свердловинної поршневої насосної установки надають слідуючи можливості: - зменшити місцеві гідравлічні втрати у клапанній системі занурювального поршневого насосу; - використати дію інерційного напору стовпа відкачуваної рідини; - знизити енергетичні витрати у приводі насосної установки за рахунок додаткового використання ресурсів механічного та гідравлічного ударів. Усі вищевказані складові технічного рішення, в цілому, поліпшують експлуатаційні характеристики свердловинної гідроударної поршневої насосної установки. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85832 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601