УСТАНОВКА СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 1994 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче газированной нефти штанговыми глубинными насосами.

Известен насос для откачки жидкости из скважин, состоящий из корпуса, цилиндра, плунжера, нагнетательных и всасывающих клапанов [1].

Недостатками известного насоса являются всасывание жидкости только при движении плунжера в одну сторону - вверх, большой диапазон изменения динамических нагрузок, невозможность использования энергии давления откачиваемой жидкости для снятия части нагрузок, действующих на глубиннонасосное оборудование, незначительное использование подъемной энергии газа.

Наиболее близким техническим решением является насос двойного действия [2] , состоящий из двух плунжеров, большого и малого диаметров, двух камер, всасывающих и нагнетательных клапанов.

Недостатками этого насоса являются: низкий коэффициент подачи, большие диапазоны изменения нагрузок, невозможность использования энергии давления откачиваемой жидкости для снятия хотя бы части нагрузок, действующих на глубинно-насосную установку, незначительное использование подъемной энергии газа.

Технической задачей является увеличение производительности насоса при одновременном уменьшении величины нагрузок.

Поставленная задача достигается тем, что установка скважинного штангового насоса, содержащая корпус, цилиндр, установленный в нем полный шток с рабочим органом, нагнетательный и всасывающий клапаны, последний из которых установлен в нижней стенке цилиндра, также снабжена полой трубкой, дополнительным всасывающим клапаном, четырьмя обратными клапанами и двумя перегородками, одна из которых установлена в цилиндре с образованием верхней и нижней камер, а другая - в полости штока, рабочий орган выполнен в виде связанных полым плунжером двух поршней, один из которых установлен в верхней камере с образованием подпорной камеры и камеры накопления, а другой - в нижней камере с образованием всасывающих камер, полая трубка установлена в полости плунжера, с возможностью сообщения нижней всасывающей камеры с центральным каналом, выполненным в верхнем поршне и сообщенным с камерой накопления посредством радиальных каналов, выполненных в штоке под перегородкой, в нижнем поршне выполнен канал с возможностью сообщения верхней всасывающей камеры с полостью плунжера, сообщенной с подпорной камерой посредством радиального канала, выполненного в плунжере, а в верхнем поршне выполнен второй канал с возможностью сообщения подпорной камеры с камерой накопления, сообщенной с полостью штока посредством верхнего радиального канала, выполненного над перегородкой, дополнительный всасывающий клапан установлен в боковой стенке цилиндра со стороны нижней камеры, нагнетательный клапан установлен в полости штока над верхним радиальным отверстием, один из обратных клапанов установлен на входе в трубку, второй - на выходе из канала нижнего поршня, два других - на выходе из каналов, выполненных в верхнем поршне, при этом, диаметр штока меньше диаметра плунжера.

Установка снабжена плавающими пружинно-поршневыми компенсаторами, верхний из которых установлен в накопительной камере и подпружинен относительно верхней стенки цилиндра, а нижний - в подпорной камере и подпружинен относительно перегородки, при этом упругость верхнего компрессора больше нижнего.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемая установка отличается наличием камер всасывания, суммарный объем которых превышает объем камеры накопления на заданную величину. Отличается и тем, что между камерами всасывания и камерой накопления имеется подпорная камера. Кроме того, в подпорной камере и в камере накопления установлены плавающие пружинно-поршневые компенсаторы с разной длиной пружин различной упругости, позволяющие сохранить в камерах постоянных величин давлений поддавливания и продавливания при возвратно-поступательном движении плунжера с поршнями по откачке жидкости.

У глубинного насоса камеры всасывания сообщены только с подпорной камерой и камерой накопления каналами с установленными в них обратными клапанами, изолирующие их от выкида насоса, что позволяет осуществить постепенное, поступенчатое повышение давления, следовательно, и изменить нагрузку на глубинно-насосную установку.

На чертеже представлена схема установки скважинного штангового насоса.

Устройство состоит из корпуса 1, цилиндра 2, полого штока 3, перегородок 4 и 5, верхней и нижней камер 6 и 7, полого плунжера 8, поршней: верхнего 9 и нижнего 10, подпорной камеры 11, камеры накопления 12, всасывающих камер 13 и 14, полой трубки 15, центрального канала 16, радиальных каналов 17, 18, 19 и 20, вертикального канала 21, всасывающих клапанов 22, 23, нагнетательного клапана 24, обратных клапанов 25, 26, 27, 28, плавающих пружинно-поршневых компенсаторов 29, 30, состоящих из пружин 31, 32 и поршней 33 и 34.

Насос работает следующим образом.

Перед пуском в работу плунжер 8 с поршнями 9 и 10 находится в насосе в нижнем положении, заполнена жидкостью и разгружен от действия веса жидкости. При ходе плунжера 8 с поршнями вверх, в отличие от прототипа, часть нагрузки, действующей на глубиннонасосное оборудование, снимают путем поддавливания на нижний торец верхнего поршня 9 давлением пружины 31 и жидкости, выдавливаемой из верхней всасывающей камеры 13. При этом одновременно плунжер верхним торцом верхнего поршня 9 сжимает жидкость в камере накопления 12 до давления, установившегося на выкиде насоса, и выталкивает ее из насоса в колонну насосно-компрессорных труб.

Общая нагрузка, испытываемая глубинно-насосным оборудованием, при этом, определяется по формуле:
Щ_н=(Р_вык ˙ f_в.т^вк - Р_подп ˙ f_н.т^в.к) +
+ (Р_подп. - Р_пр.) ˙ f_в.т.^н.к, где Щ_н - общая нагрузка на плунжер глубинногонасоса при его ходе вверх;
Р_вык., Р_подп. - давления на выкиде глубинного насоса и в подпорной камере, соответственно;
f_в.т.^в.к, f_н.т^в.к. - площади поперечных сечений верхнего и нижнего торцов верхнего поршня, соответственно;
Р_пр - давления на приеме глубинного насоса;
f_в.т.^н.к. - площадь поперечного сечения верхнего торца нижнего поршня плунжера.

При ходе плунжера 8 с поршнями 9 и 10 вверх осуществляется также всасывание газожидкостной смеси в нижнюю камеру 14, расположенной ниже нижнего поршня 10 под давлением, существующим на приеме насоса. При ходе плунжера 8 с поршнями 9 и 10 вниз нижние торцы поршней испытывают возрастающие сопротивления сжимающихся и перепускаемых из нижних камер 11 и 14 жидкостей, в преодолении которых участвуют нагрузки: от веса колонны штанг, при необходимости утяжеленного низа, плунжера, поршней и давления сжатой пружины плавающего пружинно-поршневого компенсатора 29, расположенного в верхней части камеры накопления 12. В начале хода поршня 9 происходит разжатие пружины 32 плавающего пружинно-поршневого компенсатора 29 и движение его поршня 34 со скоростью, пропорциональной скорости движения плунжера 8, что позволяет дополнительно подталкивать плунжер с давлением, равным заданной упругости пружины 32, а в последующем, когда давление жидкости в этой камере приравняется с величиной давления в нижней камере всасывания 14, открывается обратный клапан 25 и жидкость, поступающая из камеры всасывания, принимает участие в осуществлении хода плунжера 8 поршнями 9 и 10, подталкивая их вниз. При этом одновременно, по достижении давления в подпорной камере 11 величины давления в камере накопления 12 открывается обратный клапан 21 и жидкость из подпорной камеры перетекает в камеру накопления. Следовательно, общий объем камеры накопления 12 должен вмещать отжатых газожидкостных смесей (жидкостей) из обеих камер всасывания глубинного насоса. При ходе плунжера вниз осуществляется также всасывание газожидкостной смеси из скважины в верхнюю камеры всасывания 13. В последующем ходе плунжера с поршнями вверх происходит отжатие жидкости из камеры накопления в колонну насосно-компрессорных труб, а с верхней камеры всасывания 13 в подпорную камеру 11.

Таким образом, в обеих камерах нижней части насоса осуществляют последовательное всасывание газожидкостной смеси из скважины, а в обеих камерах верхней части последовательное накопление сжатой до заданного давления жидкости и разгрузки оборудования от части нагрузки от веса жидкости путем использования части энергии сжатой жидкости и пружины при возвратно-поступательном движении плунжера c поршнями для преодоления гидравлических сопротивлений при ходе вниз и части нагрузки от веса жидкости при его ходе вверх, исключая при этом возникновения динамических сил.

Сущность изобретения: одна перегородка установлена в цилиндре с образованием верхней и нижней камер (К), другая - в полости штока. Рабочий орган выполнен в виде связанных полым плунжером двух поршней (П). Один П установлен в верхней К с образованием подпорной К и К накопления, другой - в нижней К с образованием всасывающих К. Полая трубка установлена в полостях плунжера с возможностью сообщения нижней всасывающей К с центральным каналом. Канал выполнен в верхнем П и сообщен с К накопления радиальными каналами, выполненными в штоке под перегородкой. В нижнем П выполнен канал с возможностью сообщения верхней всасывающей К с полостью плунжера, сообщенной с подпорной К радиальным каналом, выполненном в плунжере. В верхнем П выполнен второй канал с возможностью сообщения подпорной К с К накопления, сообщенной с полостью штока верхним радиальным каналом, выполненным над перегородкой. Дополнительный всасывающий клапан установлен в боковой стенке цилиндра со стороны верхней К. Нагнетательный клапан установлен в полости штока над верхним радиальным отверстием. Один обратный клапан установлен на входе в трубку, второй - на выходе из канала нижнего П, два других - на выходе из каналов, выполненных в верхнем П. Диаметр штока меньше диаметра плунжера. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. УСТАНОВКА СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА, содержащая корпус, цилиндр, установленный в нем полый шток с рабочим органом, нагнетательный и всасывающий клапаны, последний из которых установлен в нижней стенке цилиндра, отличающаяся тем, что установка снабжена полой трубкой, дополнительным всасывающим клапаном, четырьмя обратными клапанами и двумя перегородками, одна из которых установлена в цилиндре с образованием верхней и нижней камер, а другая - в полости штока, рабочий орган выполнен в виде связанных полым плунжером двух поршней, один из которых установлен в верхней камере с образованием подпорной камеры и камеры накопления, а другой - в нижней камере с образованием всасывающих камер, полая трубка установлена в полости плунжера с возможностью сообщения нижней всасывающей камеры с центральным каналом, выполненным в верхнем поршне и сообщенным с камерой накопления посредством радиальных каналов, выполненных в штоке под перегородкой, в нижнем поршне выполнен канал с возможностью сообщения верхней всасывающей камеры с полостью плунжера, сообщенной с подпорной камерой посредством радиального канала, выполненного в плунжере, а в верхнем поршне выполнен второй канал с возможностью сообщения подпорной камеры с камерой накопления, сообщенной с полостью штока посредством верхнего радиального канала, выполненного над перегородкой, дополнительный всасывающий клапан установлен в боковой стенке цилиндра со стороны верхней камеры, нагнетательный клапан установлен в полости штока над верхним радиальным отверстием, один из обратных клапанов установлен на входе в трубку, второй - на выходе из канала нижнего поршня, два других - на выходе из каналов, выполненных в верхнем поршне, при этом диаметр штока меньше диаметра плунжера. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена плавающими пружинно-поршневыми компенсаторами, верхний из которых установлен в накопительной камере и подпружинен относительно верхней стенки цилиндра, а нижний - в подпорной камере и подпружинен относительно перегородки, при этом упругость верхнего компенсатора больше нижнего.