12 Гидропоршневые насосы

Гидропоршневые насосные установки различаются:1)по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидко­сти (открытая или закрытая);2)по принципу действия скважинного насоса (одинарного, двойного действия или дифференциальный);3)по принципу работы гидродвигателя (дифференциального или двойного действия);4)по способу спуска погружного агрегата (спускаемые на ко­лонне НКТ — фиксированные или свободные — сбрасываемые в скважину);5)по числу ГПНА, обслуживаемых одной наземной установкой (индивидуальные или групповые). Гидропоршневой насосный агрегат можно разделить на три группы соответственно с насосами одинарного, двойного и дифференциального действия. Рабочая жидкость непрерывно нагнетается с поверхности силовым насосом насосного блока по каналу 3 в гидродвигатель 4. Золотник, совмещенный с гидродвигателем, переключает подачу рабочей жидкости поочередно в полости над и под поршнем 5 гидродвигателя и соответственно выход отработанной жидкости в канал 2 из полостей под и над поршнем.

Рис. 1. Принципиальные схемы гидропоршневых насосов одинарного (а), двойного (б) и дифференциального (в) дейстия: 1 — выход скважинной жидкости; 2 — выход рабочей жидкости; 3 — вход рабочей жидкости; 4 — гидродвигатель с золотником; 5 — поршень гидродвигателя; 6 — шток; 7 — уплотнение штока; 8 — отверстие; 9 — поршень скважинного насоса; 10 — скважинный насос; 11 — вход скважинной жидкости; 12 — всасывающий клапан; 13 — нагнетательный клапан.

Так как давление нагнетаемой рабочей жидкости существенно больше давления отводной рабочей жидкости, то под действием перепада давления между этими полостями поршень гидродвигателя совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз. Конструктивно золотник выполнен в виде фасонной втулки, которая перемещается в своем цилиндре с подводящими и отводящими каналами и управляется штоком 6 поршня гидродвигателя. С поршнем 5 гидродвигателя шток 6 жестко связывает поршень 9 скважинного насоса 10, который также совершает возвратно-поступательное движение. Насос откачивает жидкость из скважины. В насосе одинарного действия (рис. 1, а) при ходе поршня 9 вверх нагнетательный клапан 13 закрыт, так как на него действует значительно большее давление со стороны линии 1 выхода скважинной жидкости. При ходе поршня 9 вниз закрывается всасывающий клапан 12 и открывается нагнетательный клапан 13, жидкость из цилиндра насоса 10 вытесняется в линию 1 выхода скважинной жидкости. Полость над поршнем через отверстие 8 сообщается с затрубным пространством скважины. В насосе двойного действия (рис. 1, б) подача скважинной жидкости происходит при ходе поршня 9 вверх и вниз, то есть при прочих равных условиях почти в 2 раза больше подачи насоса одинарного действия. В них, например, при ходе поршня вверх одновременно происходит всасывание в полость под поршнем и нагнетание жидкости в линию 1 из полости над поршнем. Гидропоршневой насосный агрегат дифференциального типа (рис. 1, в) работает за счет перепада давления ∆р, создаваемого разностью между давлением рабочей жидкости и давлением откачиваемой жидкости. Поршень 9 насоса 10 изготовлен сквозным, и в нем расположен нагнетательный клапан 13. Работает насос аналогично ШСН. Движение поршневой группы вниз происходит под действием силы, равной произведению этого перепада давления на площадь сечения штока. При этом закрывается всасывающий клапан 12, открывается нагнетательный клапан 13 и в канал 1 выталкивается часть откачиваемой жидкости в объеме штока 6, входящего в цилиндр насоса 10. При крайнем нижнем положении поршневой группы посредством продольной канавки в штоке над и под золотником создается давление рабочей жидкости. Поскольку нижняя головка золотника диаметром больше верхней, то золотник под действием разности сил (произведение давления на площадь) поднимается вверх и сообщает полость над поршнем 5 двигателя с полостью выкида скважинной жидкости 1. Так как под поршнем двигателя всегда действует давление нагнетаемой рабочей жидкости, то на поршень 5 двигателя начинает действовать сила, обусловленная перепадом давления ∆р, и система начнет движение вверх. При этом закрывается нагнетательный клапан 13, открывается всасывающий клапан 12, происходит нагнетание скважинной жидкости и всасывание свежей порции в цилиндр насоса. Наиболее просты в конструктивном исполнении ГПНА дифференциального типа, однако, у агрегатов двойного действия более высокий коэффициент полезного действия и более плавный режим работы. В настоящее время давление на выходе силового поверхностного насоса достигает 21 МПа, иногда его повышают до 35 МПа. К недостаткам установок гидропоршневых насосов относится прежде всего наличие сложного поверхностного оборудования, особенно при необходимости подготовки рабочей жидкости, обслуживание которого довольно трудоемко. Однако большой КПД установки, облегчение спуска-подъема агрегата, приспособленность к работе в усложненных условиях эксплуатации стимулируют его применение.

Преимущества гидропоршневых насосов еще больше проявляются при добыче высоковязких смолисто-парафинистых нефтей, которые, смешиваясь с рабочей жидкостью, облегчают условия подъема пластовой нефти. Другим существенным преимуществом гидропоршневой установки является отсутствие тяжелой колонны трущихся насосных штанг, при эксплуатации которых в наклонных скважинах происходят частые аварии из-за износа муфтовых соединений