RU2194879C1

RU2194879C1 - Oil-well pump hydraulic drive

Info

Publication number: RU2194879C1
Application number: RU2001124641/06A
Authority: RU
Inventors: В.И. Усок; Р.Я. Шварев; О.В. Могильников
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уралкран"
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: hydraulic machines. SUBSTANCE: device is designed for use in positive displacement hydraulic machines and drives including hydraulic or pneumatic means used for lifting liquids from depth. Proposed drive has working cylinder. I divided by piston 2 into piston space 3 and rod space 4 and pneumatic or hydropneumatic counter balancing system (tandem cylinder 5, reservoir 14) connected with rod space 4 of working cylinder. piston space 3 and rod space 4 of working cylinder 1 are interconnected by pipeline 19 with shutoff cock 20 to form closed hydraulic circuit. When carrying out servicing and repair of underground equipment, shutoff cock is opened and piston space 3 and rod space 4 of working cylinder 1 are connected to form closed hydraulic circuit, and piston 2 of working cylinder 1 moves downwards loosening the tension of string of sucker rods 23. EFFECT: improved reliability and safety of plant, increased economy. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение 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 invention relates to hydraulic machines for volume displacement, more specifically to drive devices, including hydraulic or pneumatic means, and can be used as a drive for pumps designed to lift liquids from great depths.

Известны штанговые глубинно-насосные установки с балансирным приводом (станки-качалки, например, А.Г. Молчанов, Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки, М. "Недра", стр. 7 - 8, рис. 11, 1982 г.) Недостатком балансирных приводов глубинно-насосных установок являются большие габариты и металлоемкость конструкции. Кроме того, при эксплуатации таких установок для удаления контактной подвески при проведении профилактических и ремонтных работ на подземном оборудовании необходимо преодолеть усилие уравновешивания, для этого двигатель станка-качалки должен иметь запас по мощности, значительно превышающий мощность, необходимую для работы установки. Known rod-type deep-well pump installations with a balancing drive (rocking machines, for example, A.G. Molchanov, Hydraulically driven sucker-rod pumping units, M. "Nedra", p. 7 - 8, Fig. 11, 1982) drives of deep-well pumping installations are large dimensions and metal construction. In addition, when operating such installations to remove the contact suspension during maintenance and repair work on underground equipment, it is necessary to overcome the balancing force, for this the engine of the rocking machine should have a power margin significantly exceeding the power required for the operation of the installation.

Известны также гидравлические приводы штанговых глубинно-насосных установок, имеющие меньшие габариты и металлоемкость и не требующие для установки фундаментов. Also known are hydraulic actuators of sucker-rod sucker-rod installations, which have smaller dimensions and metal consumption and do not require foundations to be installed.

Гидравлические приводы (А.Г. Молчанов, "Гидроприводные штанговые скважинные насосные установки", М. "Недра", 1982 г., стр. 25-26, рис. 1.9; патент РФ 2061913, F 04 B 47/04; патент РФ 2134360, F 04 B 47/04) содержат рабочий цилиндр с поршнем, разделяющим его на штоковую и поршневую полости и систему пневматического или гидропневматического уравновешивания, соединенную со штоковой полостью рабочего цилиндра. Hydraulic drives (A.G. Molchanov, "Hydraulic sucker rod pumping units", M. "Nedra", 1982, pp. 25-26, Fig. 1.9; RF patent 2061913, F 04 B 47/04; RF patent 2134360, F 04 B 47/04) comprise a working cylinder with a piston dividing it into a rod and piston cavity and a pneumatic or hydropneumatic balancing system connected to the rod cavity of the working cylinder.

Наиболее близким к заявляемому и принятым за прототип является гидравлический привод штангового насоса (патент РФ 2134360, F 04 B 47/04), содержащий рабочий цилиндр с поршнем, разделяющим его на штоковую и поршневую полости и систему гидропневматического уравновешивания, соединенную со штоковой полостью рабочего цилиндра. Closest to the claimed and adopted as a prototype is a hydraulic drive of a sucker rod pump (RF patent 2134360, F 04 B 47/04), containing a working cylinder with a piston dividing it into a rod and piston cavity and a hydropneumatic balancing system connected to the rod cavity of the working cylinder .

При эксплуатации установок с таким приводом для удалеления контактной подвески при проведении профилактических и ремонтных работ на подземном оборудованиии необходимо преодолеть усилие уравновешивания. Для этого насосом привода необходимо создать давление в поршневой полости рабочего цилиндра, превышающее уравновешивающее давление в его штоковой полости. Необходимость использования высокомощного двигателя насоса для содания давления, значительно превышающего рабочее, снижает экономичность и надежность привода. При этом также повышается опасность выполняемых профилактических и ремонтных работ на подземном оборудованиии. When operating installations with such a drive to remove the contact suspension during maintenance and repair work on underground equipment, it is necessary to overcome the balancing force. For this, the drive pump must create a pressure in the piston cavity of the working cylinder that exceeds the balancing pressure in its rod cavity. The need to use a high-power pump motor to generate pressure significantly higher than the working one reduces the efficiency and reliability of the drive. At the same time, the risk of ongoing preventive and repair work on underground equipment is also increased.

Задачей изобретения является повышение экономичности, надежности привода и повышения безопасности обслуживания установки за счет уменьшения давления рабочей жидкости, создаваемого насосом привода, необходимого для его эксплуатации во всех режимах. The objective of the invention is to increase the efficiency, reliability of the drive and increase the safety of maintenance of the installation by reducing the pressure of the working fluid created by the drive pump, necessary for its operation in all modes.

Поставленная задача достигается за счет усовершенствования гидравлического привода скважинного насоса, содержащего рабочий цилиндр с поршнем, разделяющим его на штоковую и поршневую полости, и систему пневматического или гидропневматичсского уравновешивания, соединенную со штоковой полостью рабочего цилиндра. The task is achieved by improving the hydraulic drive of a borehole pump containing a working cylinder with a piston dividing it into a rod and piston cavity, and a pneumatic or hydropneumatic balancing system connected to the rod cavity of the working cylinder.

Это усовершенствование заключается в том, что поршневая и штоковая полости рабочего цилиндра соединены между собой трубопроводом с запорным краном с образованием замкнутого гидравлического контура. This improvement lies in the fact that the piston and rod cavities of the working cylinder are interconnected by a pipeline with a shut-off valve to form a closed hydraulic circuit.

Соединение поршневой и штоковой полостей рабочего цилиндра между собой трубопроводом с запорным краном с образованием замкнутого гидравлического контура позволяет при открытом запорном кране выровнять давление в поршневой и штоковой полостях рабочего цилиндра. При этом без насоса, за счет большей площади поршня со стороны поршневой полости обеспечивается действие на поршень рабочего цилиндра со стороны поршневой полости усилия, превышающего уравновешивающее усилие, действующее на поршень со стороны штоковой полости, и перемещение за счет этого поршня рабочего цилиндра вниз. The connection of the piston and rod cavities of the working cylinder with each other by a pipeline with a shut-off valve with the formation of a closed hydraulic circuit allows to equalize the pressure in the piston and rod cavities of the working cylinder when the shut-off valve is open. In this case, without a pump, due to the larger area of the piston from the side of the piston cavity, an action is exerted on the piston of the working cylinder from the side of the piston cavity in excess of the balancing force acting on the piston from the side of the rod cavity, and the downward movement of the working cylinder due to this piston.

Кроме того, поршневая полость рабочего цилиндра может быть соединена со сливом трубопроводом с запорным краном и обратным клапаном. In addition, the piston cavity of the working cylinder can be connected to the drain pipe with a shut-off valve and a check valve.

Соединение поршневой полости рабочего цилиндра со сливом трубопроводом с обратным клапаном позволяет улучшить условия работы привода за счет оттока через открывающийся обратный клапан рабочей жидкости, накапливающейся в поршневой полости рабочего цилиндра из-за утечек. Установка в этом трубопроводе запорного крана позволяет при закрытом положении этого крана образовать замкнутый гидравлический контур - поршневая-штоковая полость рабочего цилиндра. The connection of the piston cavity of the working cylinder with the discharge pipe with a check valve allows you to improve the operating conditions of the actuator due to the outflow through the opening check valve of the working fluid that accumulates in the piston cavity of the working cylinder due to leaks. The installation of a shut-off valve in this pipeline allows the closed position of this valve to form a closed hydraulic circuit - the piston-rod cavity of the working cylinder.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена гидравлическая схема предлагаемого привода. The invention 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, и систему пневматического или гидропневматического (как в приведенном варианте) уравновешивания, включающую 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 гидрораспредслитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Система уравновешивания (вторая штоковая полость 13 тандемного цилиндра 5) соединена трубопроводом 18 со штоковой полостью 4 рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Поршневая 3 и штоковая 4 полости рабочего цилиндра 1 соединены между собой трубопроводом 19 с запорным краном 20 с образованием замкнутого гидравлического контура. В приведенном варианте вторая поршневая полость 11 тандемного цилиндра 5 соединена трубопроводом 21 через гидрораспределитель 15 с насосом 16 и сливом 17. Поршень 2 рабочего цилиндра 1 штоком 22 соединен с колонной штанг 23, связанной с поршнем скважинного насоса. Поршневая полость 3 соединена со сливом 17 трубопроводом 24 с запорным краном 25 и обратным клапаном 26. 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, and a pneumatic or hydropneumatic (as in the above embodiment) balancing system, including 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 pistons 7 and 8 form four cavities - two piston 10 and 11 and two rod 12 and 13. The cavity 10 is connected to a source of compressed gas - capacity 14, the rod cavity 12 is connected on gidroraspredslitel through 15 to a pump 16 and drain 17. The balancing system (second spindle cavity 13 of the tandem cylinder 5) is connected to a conduit 18 with hollow rod 4 of the working cylinder 1 to form a closed hydraulic circuit. Piston 3 and rod 4 cavities of the working cylinder 1 are interconnected by a pipe 19 with a shut-off valve 20 to form a closed hydraulic circuit. In the above embodiment, the second piston cavity 11 of the tandem cylinder 5 is connected by a pipe 21 through the valve 15 to the pump 16 and the drain 17. The piston 2 of the working cylinder 1 by the rod 22 is connected to the rod string 23 connected to the piston of the well pump. The piston cavity 3 is connected to the drain 17 by a pipe 24 with a shut-off valve 25 and a check valve 26.

Работа гидропривода происходит следующим образом. The operation of the hydraulic drive is as follows.

Перед началом работы поршень 2 рабочего цилиндра 1 и поршни 7 и 8 тандемного цилиндра 5 находятся в нижнем по чертежу положении. Запорный кран 20 на трубопроводе 19 закрыт. Штоковые полости 12 и 13 тандемного цилиндра 5 заполнены жидкостью, 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 22 и колонны штанг 23 скважинного насоса (на чертеже не показан). 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 shut-off valve 20 on the pipe 19 is closed. The rod cavities 12 and 13 of the tandem cylinder 5 are filled with liquid, and the cavity 10 and the container 14 are filled with 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 22 and the rod string 23 of the well pump (not shown in the drawing )

При подаче жидкости от насоса 16 через гидрораспределитсль 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 22, связанный с колонной штанг 23. При достижении поршнем 2 крайнего верхнего положения срабатывает переключатель (на чертеже не показан), переводя гидрораспределитель 15 в левое (по чертежу) положение. Рабочая жидкость от насоса 16 через гидрораспределитель 15 по трубопроводу 21 поступает в поршневую полость 11 тандемного цилиндра 5, перемешая поршень 7 и связанный с ним поршень 8 вниз. 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 22 поршня рабочего цилиндра 1 и связанной с ним колонны штанг 23. When the 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 22 connected with the column of rods 23. When the piston 2 reaches its highest position, the switch (not shown) is activated, translating the hydraulic control valve spruce 15 to the left (according to the drawing) position. The working fluid from the pump 16 through the valve 15 through the pipe 21 enters the piston cavity 11 of the tandem cylinder 5, mixing the piston 7 and the associated piston 8 down. When the piston 8 moves downward, the liquid from the cavity 4 of the working cylinder 1 flows through the pipe 18 into the rod cavity 13 of the tandem cylinder 5, without preventing the piston 2 from moving down due to its own weight and the weight of the piston rod 22 of the working cylinder 1 and the associated rod string 23.

Для ослабления натяжения колонны штанг 23 для удалеления контактной подвески при проведении профилактических и ремонтных работ на подземном оборудованиии необходимо преодолеть усилие уравновешивания, для этого закрывают запорный кран 25 на трубопроводе 24, открывают запорный кран 20 и соединяют между собой поршневую 3 и штоковую 4 полости рабочего цилиндра 1, образуя замкнутый гидравлический контур. Давление в поршневой 3 и штоковой 4 полостях рабочего цилиндра 1 выравнивается и при этом за счет большей площади поршня 2 со стороны поршневой 3 полости по сравнению с площадью поршня 2 со стороны штоковой 4 полости на поршень 2 рабочего цилиндра 1 со стороны поршневой 3 полости действует усилие, превышающее усилие, действующее на поршень 2 со стороны штоковой 4 полости. За счет этого поршень 2 рабочего цилиндра 1 перемешается вниз, ослабляя натяжение колонны штанг 23. To weaken the tension of the rod string 23 to remove the contact suspension during maintenance and repair work on the underground equipment, it is necessary to overcome the balancing force, to do this, close the shut-off valve 25 on the pipe 24, open the shut-off valve 20 and connect the piston 3 and the rod 4 cavities of the working cylinder 1, forming a closed hydraulic circuit. The pressure in the piston 3 and rod 4 cavities of the working cylinder 1 is equalized, and due to the larger area of the piston 2 on the side of the piston 3 cavity compared to the area of the piston 2 on the side of the rod 4 cavity, the force acts on the piston 2 of the working cylinder 1 from the piston 3 side exceeding the force acting on the piston 2 from the side of the rod 4 cavity. Due to this, the piston 2 of the working cylinder 1 is mixed downward, weakening the tension of the rod string 23.

Таким образом, предлагаемый привод позволяет повысить экономичность и надежность за счет преодоления уравновешивающего усилия, действующего на поршень со стороны штоковой полости, и перемещения за счет этого поршня рабочего цилиндра вниз без подачи давления в поршневую 3 полость рабочего цилиндра 1 от насоса 16. Thus, the proposed drive allows you to increase efficiency and reliability by overcoming the balancing force acting on the piston from the side of the rod cavity, and moving due to this piston of the working cylinder down without applying pressure to the piston 3 cavity of the working cylinder 1 from the pump 16.

Claims

1. The hydraulic drive of the downhole pump, comprising a working cylinder with a piston separating it into a rod and piston cavity, and a pneumatic or hydropneumatic balancing system connected to the rod cavity of the working cylinder, characterized in that the piston and rod cavities of the working cylinder are interconnected by a pipeline shut-off valve with the formation of a closed hydraulic circuit.

2. The hydraulic drive according to claim 1, characterized in that the piston cavity of the working cylinder is connected to the drain by a pipeline with a stopcock and a check valve.