Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением

009268 Настоящее изобретение относится к новому типу насосных систем для добычи нефти из глубоких скважин, в частности, к погружному насосному устройству возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением, имеющему привод, объединенный с насосом для свободного регулирования параметров в интерактивном режиме. Предпосылки к созданию изобретения Распространенная в мире в настоящее время система для добычи нефти состоит из станка-качалки,всасывающей трубы, полированных насосных штанг насоса. Станок-качалка представляет собой наземный привод для погружного насоса, находящегося в буровой скважине. Насосные штанги соединяют головную часть с насосом, расположенным под землей на глубине порядка тысяч метров. Плунжер насоса возвратно-поступательного действия поднимает нефть к поверхности земли. Современная насосная система имеет ряд следующих недостатков: большой размер и высокую стоимость; неэффективность; расход большей части энергии приходится на возвратно-поступательное движение штоков, длина которых составляет тысячи метров и лишь небольшая часть энергии используется на подъем смеси нефти и воды; весьма затруднительно при возвратно-поступательном движении штанг всегда удерживать их параллельно центральной линии нефтяной трубы, что часто приводит к поломке штанг вследствие трения; канал насосного цилиндра часто может изнашиваться вследствие трения; единственный способ повышения прочности сверхдлинной штанги заключается в увеличении ее сечения, что приводит к дополнительному увеличению собственного веса штанги, поэтому глубина современных скважин ограничена 2400 м; современные системы добычи нефти, а главным образом сверхдлинные штанги требуют не только повышенных капиталовложений, но и увеличенных затрат времени и средств на выполнение операций, удлинение штанги порядка 0,6 м на одну тысячу метров уменьшает ход насоса и неблагоприятно влияет на его эффективность; осадок, находящийся в смеси нефти и воды, может быть отложен только на верхней части плунжера, что может привести к остановке насоса в течение хода плунжера вверх, в скважинах с бедным содержанием нефти работа плунжера без нагрузки приводит к сухому трению между плунжером и цилиндром насоса, что приводит к бесполезным затратам энергии, а также к отжигу плунжера и цилиндра насоса; обычно в нефтяных скважинах присутствует природный газ, ход плунжера вниз происходит под действием гравитации, сжатый природный газ препятствует достижению плунжером его тупикового конца, создаваемый в результате газовый замок оказывает вредное влияние на нормальное выполнение операции добычи нефти, важно, чтобы был обеспечен выход газа; иногда, особенно в старых, низкопродуктивных скважинах, не содержащих достаточного количества жидкости, современные системы для добычи нефти могут работать лишь с перерывами (параметры добычи в определенной степени могут быть ограничены), причем если насос остановлен, то повторный запуск будет сильно затруднен, а в некоторых случаях даже невозможен, при этом все штанги и насос должны быть вытянуты на землю и затем вновь опущены в нефтяную скважину. Краткое изложение существа изобретения Цель изобретения заключается в создании погружного насосного устройства возвратнопоступательного действия с числовым программным управлением. Это устройство представляет собой сочетание привода и насоса, которое может в любое время свободно регулировать параметры в интерактивном режиме, исключает необходимость применения станка-качалки и штанг, уменьшает затраты времени и средств на выполнение операций, экономит значительные капиталовложения, позволяет избежать указанных выше недостатков и использовать меньшую энергию. Цели изобретения достигнуты следующим образом. Балансировочную трубу, привод и насос помещают в скважину в нефтеносном пласте. Привод состоит из статора с воздухонепроницаемой полостью и головки возвратно-поступательного действия со стальными сердечниками внутри статора. Статор и головка формируют фрикционное соединение через опорные направляющие статора и стальные сердечники головки. Верхний конец статора подсоединен к нижнему концу насоса через сетчатую трубу. Насос имеет нефтяную трубу. Нижний конец статора последовательно подсоединен к балансировочной сетчатой трубе, концевой пробке и к концевой соединительной муфте. Внутри корпуса статора расположены группы круглых обмоток стальных сердечников, между которыми находятся опорные направляющие. Стальные сердечники и обмотки расположены вблизи друг от друга. На внутренних поверхностях круглых обмоток имеются уплотняющие втулки, подсоединенные к концевым крышкам. Все вышеупомянутые элементы совместно с корпусом статора и стальными сердечниками формируют воздухонепроницаемую полость. Обмотки стальных сердечников статора навиты в радиальном направлении и расположены в осевом направлении. Опорные направляющие изготовлены из сплава и имеют меньший внутренний диаметр, чем уплотняющие втулки. Головка состоит из сплошного вала с круглыми стальными сердечниками вокруг него, а между стальными сердечниками на одинаковом расстоянии друг от друга расположены постоянные магниты. Наружные поверхности круглых стальных сердечников изготовлены из сплава. Постоянные магниты имеют меньший наружный диаметр,чем круглые стальные сердечники. Опорные направляющие статора и наружные поверхности стальных сердечников головки формируют фрикционное соединение посредством карбидных слоев на внутренних поверхностях опорных направляющих статора и карбидных слоев на наружных поверхностях стальных-1 009268 сердечников головки. Снаружи цилиндра насоса размещен корпус насоса. Осаждение осадка происходит в круглом пространстве между корпусом насоса и цилиндром насоса. Через сетчатую трубу проходит толкающий шток, который соединен с верхним концом вала головки возвратно-поступательного действия. Нефтяная труба проходит к земной поверхности. Вывод обмоток статора соединяют с находящимся на поверхности блоком числового программного управления. Основная концепция настоящего изобретения заключается в установке привода для возвратно поступательного движения по линии с плунжером насоса возвратно-поступательного действия и в создании привода, непосредственным образом приводящего в действие плунжер насоса для всасывания и подъема нефти. Эта революционная насосная система, снабжаемая энергией по кабелю, позволяет исключить находящиеся на поверхности электрический двигатель и станок-качалку, а также подземную механическую передачу, значительно снижая при этом затраты энергии. Изобретение обладает рядом следующих преимуществ. 1. В изобретении привод для возвратно-поступательного движения установлен по линии с плунжером насоса возвратно-поступательного действия, и он непосредственным образом приводит насос в движение для всасывания и подъема нефти. Это позволяет исключить находящиеся на поверхности электрический двигатель, станок-качалку и другое оборудование, а также подземную механическую передачу. Такое решение представляет собой новый тип насосного устройства, предназначенного для добычи нефти, которое получает энергию по кабелю. 2. В изобретении привод и насос устанавливают совместно с обеспечением при этом возможности свободного регулирования рабочих параметров в любое время в интерактивном режиме. Это позволяет продолжать выполнение операции даже тогда, когда смесь нефти и воды недостаточна. Параметры можно свободно регулировать в любое время от находящегося на поверхности блока числового программного управления, что приводит к уменьшению затрат труда на регулирование и переключение насосов. 3. Изобретение позволяет установить привод, обладающий высокой мощностью, небольшим диаметром, теплостойкостью и коррозионной стойкостью, в буровую скважину глубиной в тысячи метров,исключить необходимость использования станка-качалки и насосных штанг, сэкономить занимаемое пространство и значительные капиталовложения на оборудование, а также затраты на ежедневное техническое обслуживание и эксплуатационные затраты на замену разрушенных штанг, износ которых может быть вызван, например, эксцентричным истиранием. Изобретение также позволяет уменьшить время на монтаж и связанные с ним затраты. 4. В статоре привода используют опорные направляющие. Головка возвратно-поступательного действия имеет поверхности из износостойкого, стойкого к коррозии сплава, защищающего стальные сердечники. Опорные направляющие статора и поверхности головки, выполненные из сплава, формируют фрикционное соединение, значительно повышающее долговечность привода. 5. В изобретении не используют насосные штанги. Следовательно, в нем отсутствует эксцентричный износ между штангой и нефтяной трубой, приводящий к сокращению срока службы, значительной статической нагрузке и высокому потреблению энергии. Привод непосредственным образом соединен с плунжером насоса, обеспечивая его возвратно-поступательное движение для подъема нефти и значительное снижение потребления энергии в течение перемещения нагрузки, составляющее 50% по сравнению с традиционным способом добычи того же самого количества смеси нефти и воды. 6. Согласно изобретению привод устанавливают непосредственно в нефтеносном пласте, и он способен противостоять высоким температурам, нефти, высокому напряжению и т.д. Описание фигур Фиг. 1 представляет конструкцию согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - статор согласно настоящему изобретению; фиг. 3 - головку возвратно-поступательного действия согласно настоящему изобретению; фиг. 4 - насос согласно настоящему изобретению; фиг. 5 - схему числового программного управления. Подробное описание изобретения Погружное насосное устройство согласно изобретению, показанное на фиг. 1, содержит балансировочную сетчатую трубу, привод и насос и полностью установлено в подземном нефтеносном пласте. Привод состоит из статора и головки возвратно-поступательного действия, расположенной в статоре. Верхний конец корпуса 9 статора соединен с одним концом сетчатой трубы 11 посредством соединительной муфты 6, а другой конец сетчатой трубы 11 подсоединен к нефтяной трубе через насос. Нижний конец корпуса 9 статора соединен с балансировочной сетчатой трубой 3 через соединительную муфту 6. Нижний конец балансировочной сетчатой трубы 3 соединен с концевой пробкой 2 и с концевой соединительной муфтой 1. Нефтяная труба проходит к поверхности. Корпус 9 статора, группа обмоток стальных сердечников и опорные направляющие 25 формируют круглую полость. Внутри корпуса 9 статора размещены обмотки стальных сердечников с опорными направляющими 25, расположенными между обмотками и изготовленными из сплава, при этом внутренние поверхности имеют карбидные слои, меньшие по диаметру. Группа обмоток стальных сердечников составлена из сердечников 7, обмоток 8, концевых крышек 10 и уплотняющих втулок 26. Стальные сердеч-2 009268 ники 7 расположены вблизи друг от друга, формируют круглую конструкцию. Внутри стальных сердечников 7 размещены круглые обмотки 8. Обмотки 8 навиты в радиальном направлении и расположены в осевом направлении. На каждом конце группы имеется концевая крышка 10. С концевой крышкой 10 соединена уплотняющая втулка 26. Они совместно с корпусом 9 статора и круглыми стальными сердечниками 7 формируют воздухонепроницаемую полость статора, заполненную изоляционным нефтепродуктом. Обмотки 8 внутри статора посредством кабеля соединены с находящимся на поверхности блоком числового программного управления. Головка возвратно-поступательного действия состоит из вала 19, стальных сердечников 4, постоянных магнитов 5 и слоев 27 из коррозионностойкого сплава (фиг. 3). Сплошной вал 19, приводимый в действие посредством привода, окружен круглыми стальными сердечниками 4. Между стальными сердечниками 4 находятся постоянные магниты (магниты, отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии и имеющие меньший наружный диаметр, чем у стальных сердечников). Наружные поверхности круглых стальных сердечников выполнены из износостойкого и коррозионно-стойкого сплава 27. Эти стальные сердечники и опорные направляющие 25 статора формируют фрикционное соединение посредством карбидных слоев на внутренних поверхностях опорных направляющих. Круглые стальные сердечники 4 имеют больший наружный диаметр, чем у постоянных магнитов 5. Опорные направляющие 25 статора имеют меньший внутренний диаметр чем уплотняющие втулки. Насос сконструирован на основе традиционного насоса. Снаружи насосного цилиндра 13 (фиг. 4) расположен корпус 14 насоса. Корпус 14 соединен с цилиндром 13 через переходное средство 12 и установочное средство 16. Между корпусом 14 и цилиндром 13 насоса образовано кольцевое пространство 15, предназначенное для отложений песка. Верхний конец корпуса 14 насоса соединен с нефтяной трубой 18 посредством резьбовой соединительной муфты 17. Нижний конец корпуса 14 насоса соединен с сетчатой трубой 11 через переходное средство 12. Плунжерный узел 21 внутри цилиндра 13 насоса соединен с верхним концом толкающего штока 22 плунжера. Толкающий шток 22, проходящий через сетчатую трубу, соединен с верхним концом вала 19 головки возвратно-поступательного действия через соединительную муфту 23 толкающего штока. Плунжерный узел 21 состоит из клапанного седла и шара. Верхний конец плунжерного узла 21, то есть верхний конец цилиндра 13 насоса, соединен с неподвижно закрепленным клапаном 20, который состоит из клапанного седла, шара и неподвижно закрепленной крышки. Монтаж выполняют посредством соединения обмоток статора с находящимся на поверхности блоком числового программного управления. Согласно требуемому количеству смеси нефти и воды программируют параметры блока числового программного управления и соответствующим образом подают электроэнергию, чтобы обеспечить создание статором переменного магнитного поля. Магнитное поле статора и магнитное поле головки возвратно-поступательного действия создают электромагнитную силу приведения в движение, обеспечивая таким образом движение головки вверх и вниз. Плунжер, который непосредственным образом соединен с головкой возвратно-поступательного действия, приводящей его в движение, совершает возвратно-поступательное движение с заданными скоростями и ходами. Насос тянет смесь нефти и воды через сетчатую трубу. Плунжер, совершающий возвратно-поступательное движение, осуществляет подъем смеси нефти и воды к поверхности. Блок цифрового программного управления содержит три основных части: источник энергии привода, цепь проверки и управления, и индикационную цепь (фиг. 5). Источник энергии привода (находящийся в верхней части фиг. 5) состоит из цепи переменного тока/постоянного тока и цепи постоянного тока/переменного тока. Выпрямители D1-D6, с первого по шестой, формируют 3-х фазную двухполупериодную выпрямительную цепь, преобразующую переменный ток частотой 50 Гц в постоянный ток, при этом обеспечена подача выходного сигнала к электроннолучевым коммутаторам G1-G6 для формирования обратной цепи, создающей переменный ток с изменяемыми частотами. Цепь проверки и цепь индикации находятся в нижней части фиг. 5. Микропроцессор U1 является их центром управления, во-первых, создавая приводной сигнал, подаваемый к электронно-лучевым коммутаторам G1-G6 посредством приводной цепи для формирования обратной цепи, и обеспечивая размыкание и замыкание 6 электронно-лучевых коммутаторов с заданными интервалами для гарантии того, что на выходном конце будет получен 3-х фазный переменный ток с определенной частотой. Во-вторых,микропроцессор U1 подсоединен к ползунковому переключателю J1 через расширенный интерфейс U2 для регулирования рабочих параметров привода, таких как скорости и ходы при движении вверх и вниз в режиме онлайн посредством выбора номера положения переключателя J1. Микропроцессор U1 также подсоединен к индикаторной цепи, состоящей соответственно из моностабильного триггера U3 номер 1 и моностабильного триггера U4 номер 2, подающих командные сигналы в любое время и при всех условиях. Изобретение заменяет традиционный способ добычи нефти, при котором используют качательный вспомогательный механизм, находящийся над землей. Расположенное в нефтяной скважине нефтяного слоя изобретение обеспечивает подъем смеси нефти и воды непосредственно к наземному трубопроводу и имеет следующие отличительные признаки.-3 009268 1. Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением обеспечивает соединение головки привода, совершающей возвратно-поступательное движение, непосредственно с плунжером насоса. Оно получает энергию посредством кабеля. Привод непосредственным образом создает возвратно-поступательное движение плунжера насоса для выполнения всасывания. Это экономит энергию вследствие отсутствия редукторного и реверсивного шестеренного механизма и прерывистой подачи энергии. 2. Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением в течение работы создает тепло в нефтеносном слое, нагревая и разжижая окружающую нефть для облегчения ее добычи. 3. Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением содержит сильные магниты, создающие переменное магнитное поле посредством использования электроэнергии и предотвращает осаждение твердых парафинов. 4. Вибрация погружного насосного устройства возвратно-поступательного действия, создаваемая посредством возвратно-поступательных движений в нефтеносном пласте, ускоряет движение жидкости и увеличивает подачу смеси нефти и воды. Изобретение также обладает следующими преимуществами. 1. Исключается необходимость использования станка-качалки и проведения ежедневного технического обслуживания и ремонта. 2. Уменьшается требуемое пространство. 3. Является новым технологическим решением для наклонных скважин, из которых трудно добывать нефть. 4. Обеспечивается экономия энергии. При традиционных способах используют двигатель мощностью 37 кВт, работающий 24 ч в сутки. При добыче того же количества смеси нефти и воды с использованием изобретения обеспечивается экономия более 1/3 энергии и в то же самое время повышает добычу жидкости более чем на 1/3. 5. Обеспечивается состояние управления при ведении работ. В интерактивном режиме онлайн автоматически происходит выполнение сбора данных, проведения анализа, подача команд и регулирование. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Погружное насосное устройство возвратно-поступательного действия с числовым программным управлением, содержащее сетчатую трубу, привод и насос, при этом все устройство предназначено для установки в подземном нефтяном пласте, привод состоит из статора и головки возвратнопоступательного действия со стальными сердечниками внутри статора, статор и головка формируют фрикционное соединение посредством опорных направляющих и стальных сердечников головки, отличающееся тем, что при наличии воздухонепроницаемой полости, верхний конец статора соединен с нижним концом насоса через сетчатую трубу, насос соединен с нефтяной трубой, нижний конец статора последовательно соединен с балансировочной сетчатой трубой, концевой пробкой и концевой соединительной муфтой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри корпуса статора расположено множество групп круглых обмоток стальных сердечников с опорными направляющими между группами обмоток, стальные сердечники и круглые обмотки установлены вблизи друг от друга, на круглых внутренних поверхностях размещены уплотняющие втулки, соединенные концевыми крышками, в результате сформирована воздухонепроницаемая полость. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что намотанные в радиальном направлении обмотки статора расположены в осевом направлении. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что опорные направляющие изготовлены из сплава, круглые внутренние поверхности изготовлены из сплава, опорные направляющие имеют меньшие внутренние диаметры, чем уплотняющие втулки. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стальные сердечники головки возвратнопоступательного действия размещены вокруг сплошного вала головки возвратно-поступательного действия с постоянными магнитами между стальными сердечниками, наружные поверхности круглых стальных сердечников изготовлены из сплава и они формируют фрикционное соединение с опорными направляющими посредством слоев из сплава на внутренних поверхностях опорных направляющих. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что постоянные магниты отстоят друг от друга на одинаковом расстоянии между стальными сердечниками головки возвратно-поступательного действия и имеют меньший наружный диаметр, чем круглые стальные сердечники. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с наружной стороны насосного цилиндра расположен корпус насоса, формирующий между ними круглое пространство для песчаного осадка и толкающий шток плунжера соединен с верхним концом вала головки возвратно-поступательного действия через сетчатую трубу.-4 009268 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нефтяная труба проходит к поверхности земли и вывод обмоток статора соединен с находящимся на поверхности блоком цифрового программного управления.