СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 1994 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтяному и газовому машиностроению и может быть использовано для откачки нефти и других жидкостей из скважин.

Известны скважинные штанговые насосы плунжерного типа, в которых плунжер перемещается в цилиндре, внутренняя поверхность которого имеет высокую твердость и обработана также с высокой точностью. Плунжеры таких насосов выполняются или гладкими металлическими с щелевым уплотнением зазора между цилиндром и плунжером, или с мягким уплотнением в виде манжет или разрезных колец.

Наиболее существенным недостатком таких насосов является необходимость изготовления прецизионной пары "цилиндр - плунжер", в которой длина цилиндра достигает 5 метров и выше, а длина плунжера до 2-х метров, при этом диаметр цилиндра и плунжера колеблется от 28 до 102 мм.

В технике известны насосы, в которых гладкий плунжер уплотняется неподвижным уплотнительным устройством контактного типа, относительная длина которого невелика. В таких насосах зазор между цилиндром и плунжером выполняется достаточно большим с тем, чтобы во время работы они не касались друг друга. Длина хода плунжера сравнительно невелика. Как правило насосы такого типа используются в наземном оборудовании.

Использование насосов с неподвижным уплотнением плунжера в нефтяных скважинах с вертикальным расположением цилиндра нецелесообразно, так как увеличенный зазор между цилиндром и плунжером при большой длине насоса значительно увеличивает мертвое пространство в рабочей камере. Эффективность работы такого насоса будет низкая, в особенности в скважинах с высоким газовым фактором.

Целью изобретения является повышение надежности работы скважинного штангового насоса с плунжером, имеющим неподвижное уплотнение.

Указанная цель обеспечивается тем, что в известном скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндрический корпус со всасывающим клапаном и неподвижным уплотнительным устройством, а также полый плунжер с напорным клапаном, установлено одно или несколько дополнительных уплотнительных устройств, размещенных в нижней части цилиндрического корпуса, причем расстояние между уплотнительными устройствами удовлетворяет следующим условиям: 2Н+В>L ≥ H + В, где L - длина плунжера, Н - расстояние между соседними уплотнительными устройствами, В - длина уплотнительного устройства.

Признаки предложенного изобретения как новые (наличие дополнительных уплотнительных устройств, расположенных на определенном расстоянии друг от друга), так и известные, образуют совокупность, ранее неизвестную и нигде ранее неиспользовавшуюся, что позволяет считать предложенное уплотнение соответствующим критерию изобретения "новизна".

Кроме того, данная совокупность признаков обеспечивает более высокую надежность работы скважинного штангового насоса в скважинах с высоким газовым фактором, что позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема безцилиндрового скважинного штангового насоса с двумя неподвижными уплотнительными устройствами плунжера; на фиг. 2-5 - принцип действия безцилиндрового насоса.

Насос состоит из цилиндрического корпуса 1 с верхним 2 и дополнительным нижним 3 уплотнительными устройствами плунжера 4. В нижней части корпуса 1 имеется всасывающий клапан 5, а в нижней части полого плунжера 4 находится напорный клапан 6. Корпус насоса 1 в верхней части соединен с насосно-компрессорными трубами 7, а плунжер 4 - с колонной штанг 8. Длина плунжера L должна быть больше расстояния между уплотнениями Н.

Насос работает следующим образом.

На фиг. 1 показан плунжер в нижней мертвой точке (НМТ). Оба клапана закрыты и давление жидкости в рабочей камере 9 равно давлению жидкости в НКТ. Газ, который поступал в рабочую камеру, во время предыдущего хода всасывания, находится частично в растворенном состоянии в жидкости и частично в свободном состоянии в верхней части рабочей камеры 9.

В начале хода вверх (см. фиг. 2) сначала происходит расширение газа в камере 9 до тех пор, пока давление под всасывающим клапаном 5 не превысит давление в рабочей камере 9. Затем клапан 5 открывается и в камеру поступает жидкость из скважины. Ввиду того, что объем мертвого пространства камеры 9 невелик по сравнению с общим объемом, вытесняемым плунжером за всю длину хода, запаздывание открытия клапана 5 будет незначительным.

При движении вверх (см. фиг. 2) верхняя часть плунжера 4 входит в верхнее уплотнительное устройство 2, а его нижняя часть одновременно выходит из нижнего уплотнения 3. В этот момент происходит перекрытие камеры 10 от напорной линии 11 и процесс заполнения насоса жидкостью из затрубного пространства будет продолжаться при открытом всасывающем клапане 5. В камере 10 во время хода всасывания остается часть жидкости, объем которой равен объему кольцевого пространства, заключенному между корпусом 1 и плунжером 4. В этой жидкости также имеется растворенный газ, наличие которого скажется на наполнении насоса.

На фиг. 3 показан плунжер в верхней мертвой точке (ВМТ). Полости рабочих камер 9 и 10 заполнены жидкостью и частично газом. При обратном ходе плунжера 4 вниз сначала происходит сжатие газа и повышение давления в рабочих камерах (см. фиг. 4). Когда давление в камерах 9 и 10 превысит давление столба жидкости в НКТ, откроется напорный клапан 6 и при дальнейшем движении плунжера вниз жидкость начнет поступать в напорную линию насоса. При этом сжатый и растворенный газ будет собираться в кольцевом пространстве камеры 10 между плунжером 4 и корпусом 1. Когда плунжер 4 пройдет нижнее уплотнение 3 и отсечет камеру 10 от камеры 9 и одновременно соединит полость НКТ 11 с камерой 10 газ свободно выйдет из камеры 10 в полость НКТ и далее на выкид насоса (см. фиг. 5).

Таким образом будет исключена блокировка насоса газом, наполнение рабочих камер будет полным и насос будет работать с высоким объемным КПД несмотря на то, что суммарное мертвое пространство такого насоса намного больше, чем у цилиндровых стандартных насосов с гладким плунжером или плунжером с мягким уплотнением.

Эффективность насоса может быть повышена, если в качестве уплотнительных устройств 2 и 3 применить механические уплотнения (3,4). (56) 1. Беззубов А. В. и др. Насосы для добычи нефти, справочник рабочего, М. Недра, 1986, стр. 187, рис. 81.

2. Авторское свидетельство СССР N 1442699, кл. F 04 D 47/02, 1988.

Использование: в нефтяной и газовой промышленности. Сущность изобретения: насос содержит цилиндрический корпус со всасывающим клапаном и неподвижным уплотнительным устройством, полый плунжер с напорным плунжером. В нижней части корпуса размещено, по меньшей мере, одно дополнительное уплотнительное устройство, установленное от основного на раастоянии, удовлетворяющем условию 2H+B>L≥H+B, где L - длина плунжера, H - расстояние между соседними уплотнительными устройствами, B - длина уплотнительного устройства. 5 ил.

СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС, содержащий цилиндрический корпус со всасывающим клапаном и неподвижным уплотнительным устройством, полый плунжер с напорным клапаном, отличающийся тем, что в нижней части цилиндрического корпуса размещено по меньшей мере одно дополнительное уплотнительное устройство, установленное от основного на расстоянии, удовлетворяющем условию: 2H + B > L ≥ H + B, где L - длина плунжера; H - расстояние между соседними уплотнительными устройствами; B - длина уплотнительного устройства.