RU2344319C2

RU2344319C2 - Hydraulic drive of sucker-rod well pump

Info

Publication number: RU2344319C2
Application number: RU2007102481/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Тимофеевич Кушин (RU); Виктор Тимофеевич Кушин
Original assignee: Виктор Тимофеевич Кушин
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2009-01-20
Also published as: RU2007102481A

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: invention is related to equipment for oil production from deep wells. Hydraulic drive comprises the following components fixed on foundation: balancing cylinder with hollow piston connected to system of pressure maintenance, hydraulically driven cylinder with piston installed in balancing cylinder and jacket covering hydraulically driven cylinder. Piston of hydraulically driven cylinder is installed on stem withdrawn from hydraulically driven cylinder and connecting it to hollow piston of balancing cylinder and pump rods. Power pump is connected to distributor of working fluid flow to hydraulically driven cylinder. Balancing cylinder with hollow piston and hydraulically driven cylinder with piston installed in it and covered with jacket are fixed on foundation. Piston of hydraulically driven cylinder is installed on stem withdrawn from hydraulically driven cylinder and connecting it to hollow piston of balancing cylinder and pump rods. Hydraulic accumulator is connected to cavity of balancing cylinder. Working fluid is hydraulically driven cylinder is pressurised with pressure that exceeds pressure in balancing cylinder by value that is not less than the value of maximum and minimum pressures difference in it.

EFFECT: increase of pressure maintenance system hydraulic drive operation reliability.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосному оборудованию для добычи нефти из глубоких скважин.The invention relates to pumping equipment for oil production from deep wells.

Известен гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий гидроприводной цилиндр с поршнем и штоком для соединения с колонной штанг глубинного насоса, емкость для рабочей жидкости, пневмогидроаккумулятор, силовой насос, трубопроводы, распределитель для попеременной подачи силовым насосом рабочей жидкости из емкости в надпоршневую и подпоршневую полости гидроприводного цилиндра и для возврата рабочей жидкости в емкость [RU 2241854, 2004].A hydraulic actuator of a deep-well rod pump is known, comprising a hydraulic actuating cylinder with a piston and a rod for connecting to a column of rods of a deep-well pump, a reservoir for a working fluid, a pneumatic accumulator, a power pump, pipelines, a distributor for alternately supplying a working fluid from a reservoir to a supra-piston and sub-piston cavity of a hydraulic actuator and to return the working fluid to the tank [RU 2241854, 2004].

В этом устройстве имеются система реверсирования для изменения направления хода поршня, мультипликатор, у которого полость низкого давления через распределитель подключена к подпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вниз, а полость высокого давления через обратный клапан подключена к пневмогидроаккумулятору и через второй обратный клапан и распределитель к надпоршневой полости гидроприводного цилиндра для сообщения с нею при ходе поршня вверх, и отсекатели потока, один из которых установлен в трубопроводе, сообщающем подпоршневую полость цилиндра с пневмогидроаккумулятором, а второй - в трубопроводе, сообщающем полость высокого давления мультипликатора с линией слива.This device has a reversing system for changing the direction of the piston stroke, a multiplier, in which the low-pressure cavity through the distributor is connected to the sub-piston cavity of the hydraulic actuator cylinder for communication with it during the piston stroke down, and the high-pressure cavity is connected through the check valve to the pneumatic accumulator and through the second check a valve and a distributor to the over-piston cavity of the hydraulic actuating cylinder for communication with it during the upward stroke of the piston, and flow shutoffs, one of which is installed in the pipeline communicating the piston cavity of the cylinder with a pneumatic accumulator, and the second in the pipeline communicating the high pressure cavity of the multiplier with the drain line.

Недостатком известного гидропривода является то, что нет баланса нагрузок при ходе поршня вверх и ходе вниз. В связи с этим в гидроприводе используется насос повышенной мощности. Не исключена возможность утечки рабочей жидкости.A disadvantage of the known hydraulic actuator is that there is no load balance when the piston moves up and down. In this regard, a high-power pump is used in the hydraulic drive. The possibility of leakage of the working fluid is not ruled out.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является гидроприводная глубиннонасосная установка, содержащая гидроприводной и уравновешивающий цилиндры, поршни которых соединены с насосными штангами, силовой насос, связанный с распределителем потока рабочей жидкости, и гидроаккумулятор (RU 2073119 C1, 10.02.1997). В этом устройстве распределитель сообщает полости цилиндров с гидроаккумулятором, силовым насосом и дополнительным баком. В одной из позиций распределителя рабочая полость приводного цилиндра сообщена с гидроаккумулятором и силовым насосом, а полость уравновешивающего цилиндра сообщена с дополнительным баком. В другой позиции полость уравновешивающего цилиндра сообщена с гидроаккумулятором и силовым насосом, а полость приводного цилиндра сообщена с дополнительным баком. Площадь поршня уравновешивающего цилиндра меньше площади поршня приводного цилиндра в соотношении усилий на устьевом штоке при ходе вниз к усилию при ходе его вверх.Closest to the claimed technical solution is a hydraulic drive deep pump installation containing a hydraulic drive and balancing cylinders, the pistons of which are connected to pump rods, a power pump connected to the distributor of the working fluid flow, and a hydraulic accumulator (RU 2073119 C1, 02/10/1997). In this device, the distributor communicates the cavity of the cylinders with a hydraulic accumulator, a power pump and an additional tank. In one of the positions of the distributor, the working cavity of the drive cylinder is in communication with the accumulator and the power pump, and the cavity of the balancing cylinder is communicated with an additional tank. In another position, the cavity of the balancing cylinder is in communication with the accumulator and the power pump, and the cavity of the drive cylinder is communicated with an additional tank. The piston area of the balancing cylinder is less than the piston area of the drive cylinder in the ratio of the forces on the wellhead during the downward movement to the force during its upward movement.

Установка имеет низкую надежность в работе уплотнений штоков и плунжеров. В связи с чем постоянно будут иметь место утечка рабочей жидкости. Кроме того, не обеспечивается равномерная нагрузка на траверсу.The installation has a low reliability in the operation of rod seals and plungers. In this connection, leakage of the working fluid will constantly occur. In addition, a uniform load on the beam is not provided.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является повышение надежности работы гидропривода.The technical challenge facing the invention is to increase the reliability of the hydraulic drive.

Эта задача достигается тем, что в гидроприводной глубиннонасосной установке, содержащей гидроприводной и уравновешивающий цилиндры, поршни которых соединены с насосными штангами, силовой насос, связанный с распределителем потока рабочей жидкости, и гидроаккумулятор, на основании закреплены уравновешивающий цилиндр с полым поршнем, и размещенный в нем закрытый кожухом гидроприводной цилиндр с поршнем, причем поршень гидроприводного цилиндра установлен на штоке, выведенном из гидроприводного цилиндра и связывающем его с полым поршнем уравновешивающего цилиндра и насосными штангами, при этом гидроаккумулятор подключен к полости уравновешивающего цилиндра.This task is achieved by the fact that in a hydraulic drive deep pump installation containing a hydraulic drive and balancing cylinders, the pistons of which are connected to the sucker rods, a power pump connected to the distributor of the working fluid flow, and a hydraulic accumulator, a balancing cylinder with a hollow piston is fixed on the base and placed in it a casing of a hydraulic actuator cylinder with a piston, the piston of the hydraulic actuator cylinder mounted on a rod withdrawn from the hydraulic actuator cylinder and connecting it to the hollow piston balancing cylinder and sucker rods, while the accumulator is connected to the cavity of the balancing cylinder.

Рабочая жидкость в гидроприводном цилиндре должна находится под давлением, которое превышает давление в уравновешивающем цилиндре на величину не менее величины разницы максимального (при нижнем положении полого поршня) и минимального (при верхнем положении полового поршня) давлений в нем, что достигается соответствующим соотношением диаметров гидроприводного и уравновешивающего цилиндров.The working fluid in the hydraulic cylinder must be at a pressure that exceeds the pressure in the balancing cylinder by at least the difference between the maximum (with the lower position of the hollow piston) and minimum (with the upper position of the sex piston) pressure, which is achieved by the corresponding ratio of the diameters of the hydraulic and balancing cylinders.

Для подзарядки гидроаккумулятора установка снабжена переливным клапаном, сообщающим выкидную линию силового насоса через обратный клапан с гидроаккумулятором.To recharge the hydraulic accumulator, the installation is equipped with an overflow valve that informs the flow line of the power pump through a check valve with a hydraulic accumulator.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема гидропривода глубинного штангового насоса.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a hydraulic drive of a deep-well pump.

Гидропривод содержит основание 1, на котором закреплены уравновешивающий цилиндр 2 с полым поршнем 3 и расположенные в его полости гидроприводной цилиндр 4 с боковыми отверстиями 4а и закрывающий цилиндр 4 кожух 5. В гидроприводной цилиндр 4 помещен поршень 6, установленный на штоке 7, который верхним торцом связан с поршнем 3. Снизу к штоку 7 крепят штанги глубинного насоса (не показано).The hydraulic actuator comprises a base 1 on which a balancing cylinder 2 with a hollow piston 3 and a hydraulic actuating cylinder 4 with side openings 4a located in its cavity and a cover 5 closing the cylinder 4 are mounted. A piston 6 is placed on the hydraulic actuating cylinder 4 and is mounted on the rod 7, which has an upper end face connected to the piston 3. From the bottom to the rod 7 are attached the rods of the deep pump (not shown).

Полость 8 уравновешивающего цилиндра 2 подключена к гидроаккумулятору 9. Подпоршневая полость 10 гидроприводного цилиндра 4 и надпоршневая полость 11, сообщающаяся через отверстия 4а с кольцевой полостью 12 между этим цилиндром и кожухом 5, через каналы 13 и 14 в основании 1 и распределитель 15 рабочей жидкости попеременно подключаются к силовому насосу 16 и линии сброса 17.The cavity 8 of the balancing cylinder 2 is connected to the hydraulic accumulator 9. The under-piston cavity 10 of the hydraulic actuator cylinder 4 and the over-piston cavity 11 communicating through openings 4a with the annular cavity 12 between this cylinder and the casing 5, through the channels 13 and 14 in the base 1 and the distributor 15 of the working fluid alternately connected to the power pump 16 and the discharge line 17.

Для пополнения жидкостью гидроаккумулятора 9 предусмотрен переливной клапан 18, через который он по трубопроводу 19, в котором установлен обратный клапан 20, сообщается с напорной линией подачи рабочей жидкости от силового насоса 15.To replenish the accumulator with liquid 9, an overflow valve 18 is provided, through which it communicates with the pressure line for supplying the working fluid from the power pump 15 through a pipe 19 in which a check valve 20 is installed.

При работе гидропривода рабочая жидкость в гидроприводном цилиндре находится под давлением, которое превышает давление в уравновешивающем цилиндре на величину не менее величины разницы максимального и минимального давлений в нем. Упомянутое соотношение наиболее оптимально, достигается при выполнении условия, что D=d (1,7-2,0), где D - диаметр уравновешивающего цилиндра, a d - диаметр гидроприводного цилиндра.During operation of the hydraulic actuator, the working fluid in the hydraulic cylinder is under pressure that exceeds the pressure in the balancing cylinder by an amount not less than the difference between the maximum and minimum pressures in it. The mentioned ratio is most optimal, is achieved under the condition that D = d (1.7-2.0), where D is the diameter of the balancing cylinder, and d is the diameter of the hydraulic drive cylinder.

Гидропривод штангового глубинного насоса устанавливают над скважиной, в которую спущен штанговый глубинный насос (ШГН). Основание 1 закрепляют на заранее смонтированной раме, полости труб которой могут быть использованы в качестве элементов гидроаккумулятора. К штоку 7 присоединяют колонну насосных штанг, и ШГН можно включать в работу.The hydraulic drive of the sucker rod pump is installed above the well into which the sucker rod pump (SHG) is lowered. The base 1 is fixed on a pre-mounted frame, the cavity of the pipes of which can be used as elements of the accumulator. A rod of sucker rods is connected to the rod 7, and the SHGN can be included in the operation.

В позиции, показанной на чертеже, рабочая жидкость от насоса 16 через распределитель 15 и канал 13 подается под поршень 6, при этом отработанная жидкость из полости 11 поступает в полость 12 между цилиндром 4 и кожухом 5 и через канал 14 и распределитель 15 поступает в линию сброса 17.In the position shown in the drawing, the working fluid from the pump 16 through the distributor 15 and the channel 13 is supplied under the piston 6, while the spent fluid from the cavity 11 enters the cavity 12 between the cylinder 4 and the casing 5 and through the channel 14 and the distributor 15 enters the line reset 17.

При достижении поршнем 6 крайнего верхнего положения происходит переключение распределителя 15, рабочая жидкость протекает в гидроприводе в обратном порядке.When the piston 6 reaches its highest position, the distributor 15 switches over, the working fluid flows in the hydraulic actuator in the reverse order.

Давление в гидроаккумуляторе (в уравновешивающем цилиндре) задано так, что при отключении силового насоса оно удерживает колонну штанг от падения вниз, но не может перемещать колонну штанг с глубинной нефтью вверх. При подаче силовым насосом рабочей жидкости под поршень гидропривода давления гидроаккумулятора и силового насоса суммируются и поднимают колонну штанг вверх, а при подаче рабочей жидкости в полость над поршнем гидропривода ее давления достаточно для преодоления давления в уравновешивающем цилиндре и перемещения колонны штанг вниз.The pressure in the accumulator (in the balancing cylinder) is set so that when the power pump is turned off, it keeps the rod string from falling down, but cannot move the rod string with deep oil up. When the power pump supplies the working fluid under the piston of the hydraulic actuator, the pressure of the accumulator and the power pump are summed up and the rod string is raised, and when the working fluid is supplied into the cavity above the piston of the hydraulic actuator, its pressure is sufficient to overcome the pressure in the balancing cylinder and move the rod string down.

Гидроаккумулятор можно подзаряжать давлением от баллона со сжатым газом. Регулировка режима уравновешивания установки производится автоматически с помощью клапана 18.The accumulator can be recharged with pressure from a cylinder of compressed gas. The adjustment of the balancing mode of the installation is performed automatically using valve 18.

Claims

1. A hydraulic actuator for a sucker rod pump, comprising a hydraulic actuator and balancing cylinders, the pistons of which are connected to the sucker rods, a power pump connected to the distributor of the working fluid flow, and a hydraulic accumulator, characterized in that a balancing cylinder with a hollow piston and placed in it are fixed closed by a casing of a hydraulic actuator cylinder with a piston, the piston of the hydraulic actuator cylinder mounted on a rod withdrawn from the hydraulic actuator cylinder and connecting it with the hollow piston of the equations a weighing cylinder and sucker rods, while the accumulator is connected to the cavity of the balancing cylinder.

2. The hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that the working fluid in the hydraulic cylinder is under pressure that exceeds the pressure in the balancing cylinder by an amount not less than the difference between the maximum and minimum pressures in it.

3. The hydraulic actuator according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with an overflow valve that communicates through the check valve a pressure line to the supply line from the power pump with a hydraulic accumulator.