1.1.1 Свердловинні гідропоршневі двигуни, насоси і золотники

Заглибний агрегат (ГПНУ) включає свердловинний насос і гідродвигун із золотниковим пристроєм для розподілення потоку рідини. В основному це агрегати з двигуном і насосом двосторонньої або диференціальної дії.

1 – поршень; 2 – шток; 3 – золотник; 4 – плунжер

Рисунок 11.4 – Схема диференціального гідропоршневого насоса

На рис.11.4 представлена схема заглибного агрегату. Заглибний агрегат складається із поршня і циліндра двигуна 1, штока 2, який з’єднує поршень двигуна з поршнем насоса, золотника 3, поршня і циліндра насоса 4.

По каналу А робоча рідина поступає під поршень двигуна в порожнину Б, в якій створюється постійний тиск робочої порожнини. При положенні поршнів і золотника, вказаному на рисунку, порожнини Б і В (під і над поршнем двигуна) з’єднані один з одним. Шток нижнім своїм кінцем виходить в порожнину насоса, де тиск дорівнює тиску стовпа відкачуваної рідини. Тиск робочої рідини більший, ніж тиск стовпа відкачуваної рідини. На поршень двигуна зверху і знизу діє однаковий тиск робочої рідини. На поршень насоса зверху і знизу діє тиск стовпа відкачуваної рідини. На шток зверху діє тиск робочої рідини, а знизу - відкачуваної рідини. Таким чином, створюється сила, що діє на шток зверху вниз і що просуває всю поршневу групу вниз. Відбувається перетікання рідини, яку відбирають з порожнини Д через нагнітальний клапан в порожнину Г над поршнем насоса. Всмоктувальний клапан насоса в цей час закритий. При цьому частина відкачуваної рідини в об'ємі штока, що входить в циліндр насоса, виштовхується в підйомний канал.

У крайньому нижньому положенні поршнів повздовжня канавка на верхній частині штока сполучає порожнину Б з камерою під золотником Е. Оскільки нижня головка золотника діаметром більше, ніж верхня, а тиск над і під золотником однаковий і рівний тиску робочої рідини, золотник під дією різниці сил (добуток тиску на площу) піднімається у верхнє положення і з´єднує канали В і С. Таким чином, порожнина Б сполучається з порожниною Г, над поршнем двигуна встановлюється тиск стовпа відкачуваної рідини. Під поршнем двигуна, в порожнині Б, залишається постійний тиск робочої рідини. В результаті на поршень двигуна починає діяти сила, обумовлена різницею тиску в порожнинах Б і В, і поршнева група починає рух вверх.

У насосі закривається нагнітальний і відкривається всмоктувальний клапани. Відбувається всмоктування рідини з порожнини свердловини в циліндр насоса (у порожнину Д). У крайньому верхньому положенні повздовжня канавка, розташована в нижній частині штока, сполучає порожнину Е у золотника з порожниною Г. Тиск під золотником падає до тиску стовпа відкачуваної рідини. Над золотником діє високий тиск робочої рідини. Під дією перепаду тиску золотник пересувається в нижнє положення, яке показане на рис. 11.4. Після цього робочий цикл заглибного агрегату повторюється.

Конструкція заглибного агрегату має наступні особливості. Поршні двигуна і насоса виконані із сталі з покриттям їх поверхні хромом. Шар хрому завтовшки близько 0,07 мм відрізняється високою твердістю і хорошою зносостійкістю.

Циліндри двигуна і насоса складені із сталевих втулок (сталь марки 38ХМЮА) з азотованою внутрішньою поверхнею. Карбіди, що утворюються при азотуванні, дозволяють підвищити твердість поверхні втулок до 80 за шкалою НRА. В результаті в гідропоршневих насосах використовується найбільш зносостійка пара тертя. Такі ж пари використовуються в штангових насосах за особливо важких умов їх експлуатації.

Ущільнення рухомих деталей в агрегаті щілинні. Вони розташовані між золотником і штоком, золотником і корпусом золотника, корпусом під золотником і штоком.

Визначення подачі насоса

Подача насоса визначається за формулою

Q = 1440·S_n·d_H ²·η·n, м³/добу,

де S_n – довжина ходу, м;

d – діаметр поршня, м;

η– коефіцієнт подачі;

n – число ходів.

Відбір рідини із свердловини регулюється в широких межах зміною на поверхні кількості поданої до заглибного двигуна робочої рідини, при цьому можна отримати частоту переміщень від 10 до 60 за хв.

Визначення витрат робочої рідини

При підборі гідропоршневого насоса необхідно прагнути до максимального скорочення витрат робочої рідини (витрати на тону видобутої нафти).

Витрати робочої рідини (м³/доб) будуть рівні

Q_роб = 1440 (2F₂ – f) ∙ s ∙ n ∙ K_р ,

де F₂ – площа поперечного перерізу плунжера заглибного двигуна, м²;

f – площа поперечного перерізу штока, м²;

s – довжина ходу плунжера заглибного двигуна,м;

n – число подвійних ходів плунжера за хв.

K_р – коефіцієнт витрат робочої рідини (відношення фактичних витрат до теоретичних).