ШТАНГОВЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАСОС Российский патент 1995 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосным установкам, и может быть использовано при эксплуатации скважин в нефтедобывающей промышленности.

Известны штанговые глубинные насосы [1] содержащие рабочий цилиндр, плунжер, соединенный с колонной насосных штанг. При монтаже такого насоса плунжер опускается на насосных штангах через колонну насосно-компрессорных труб в ранее установленный цилиндр. При этом возможны повреждения и загрязнения плунжера при монтаже, что снижает надежность работы насоса.

Известны штанговые насосы исполнения ННБА, содержащие рабочий цилиндр со всасывающим клапаном, плунжер, выполненный со сцепляющим устройством. Это устройство имеет цангу со штоком, соединенным с колонной насосных штанг.

Однако и насосы имеют пониженную надежность работы, поскольку фиксация цанги сцепляющего устройства осуществляется подвижной втулкой под действием пружины. Вследствие загрязнения механическими примесями в скважинной жидкости, воздействия агрессивными средами возможно заедание втулки и самопроизвольное расцепление устройства в процессе работы. Кроме того, цанга сцепляющего устройства насоса ННБА передает продольные циклические нагрузки от насосных штанг на плунжер при работе насоса и находится постоянно в напряженном состоянии, что снижает долговечность ее работы. При работе насоса имеют место повышенный износ уплотнительного элемента (шарика) всасывающего клапана от механических примесей скважинной жидкости, а также осаждение смол и парафина на приемном отверстии насоса, что снижает его работоспособность. Механические примеси и других загрязнения, находящиеся в скважинной жидкости, попадают в зазор между плунжером и цилиндром и приводят к быстрому износу уплотняемых поверхностей плунжера и цилиндра насоса, а также к возможному заклиниванию плунжера.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и долговечности работы насоса.

Это достигается тем, что в скважинном насосе, имеющем рабочий цилиндр со всасывающим клапаном, плунжер, выполненный со сцепляющим устройством, снабженным цангой со штоком, соединенным с колонной насосных штанг, шток сцепляющего устройства снабжен конусной поверхностью, контактирующей с конусной поверхностью цанги. Конусная поверхность выполнена с углом самоторможения и расширяется в направлении приемного отверстия насоса. Цанга снабжена цилиндрическим выступом на наружной поверхности пружинных лепестков, контактирующим с проточкой в отверстии плунжера. В приемном отверстии насоса предусмотрен завихритель потока скважинной жидкости, выполненный в виде винтовой канавки, продольная ось винта которой смешена относительно оси отверстия седла всасывающего клапана. Плунжер снабжен грязесъемниками, выполненными в виде воротниковых манжет, установленных со стороны всасывающей и нагнетательной полостей насоса. В плунжере со стороны нагнетательной полости перед каждой манжетой выполнены отверстия, соединяющие нагнетательную полость с внутренним каналом плунжера. Такую конструкцию насоса отличают высокая надежность и работоспособность. Цанга сцепляющего устройства в процессе работы при контакте ее конусной поверхности с конусом штока, а цилиндрического выступа с проточкой в отверстии плунжера становится жестким неразъемным элементом. За счет этого усилие от насосных штанг передается этим элементом в обе стороне, а сама цанга не воспринимает циклических растягивающих и сжимающих нагрузок, что существенно повышает надежность работы насоса. Завихряющийся винтовыми канавками поток скважинной жидкости в приемном отверстии насоса придает уплотняющему элементу всасывающего клапана хаотическое вращение, что способствует более равномерному износу его уплотняющей поверхности, кроме того, этот поток жидкости смывает и препятствует отложению смол и парафина на поверхности приемного отверстия. Манжеты, установленные на плунжере, препятствуют попаданию механических примесей и других загрязнений, находящихся в скважинной жидкости, в зону уплотнения плунжера, что повышает надежность и долговечность работы насоса.

На фиг.1 изображен насос в собранном виде; на фиг.2 показано сцепляющее устройство плунжера в нерабочем положении, узел I на фиг.1; на фиг.3 узел II на фиг.1, грязесъемник.

Насос содержит рабочий цилиндр 1, соединенный с насосно-компрессорными трубами 2. Плунжер 3 насоса выполнен с устройством, сцепляющим после установки насоса плунжер 3 с колонной насосных штанг 4. Сцепляющее устройство состоит из цанги 5, взаимодействующей конусной поверхностью 6 (фиг.2) лепестков с конусной поверхностью 7 штока 8, соединенного с колонной насосных штанг 4 (фиг.1). Шток 8 имеет бурт 9. На наружной поверхности лепестков цанги выполнен цилиндрический выступ 10. Этот цилиндрический выступ взаимодействует в рабочем положении с проточкой 11 клетки 12 плунжера 3.

В приемном отверстии 13 рабочего цилиндра насоса установлен всасывающий клапан 14, имеющий шарик 15 и седло 16. На поверхности приемного отверстия 13 выполнена винтовая канавка 17, продольная ось которой смещена относительно оси отверстия седла клапана. Плунжер 3 выполнен полым, во внутреннем его канале 18 установлен нагнетательный клапан 19. Нагнетательный клапан может быть выполнен с винтовыми канавками, такими же, как у всасывающего клапана.

Плунжер разделяет полость рабочего цилиндра на всасывающую 20 и нагнетательную 21. На прунжере со стороны всасывающей полости установлен грязесъемник 22, а со стороны нагнетательной полости грязесъемники 23, разделенные металлическими кольцами 24. Грязесъемники выполнены в виде воротниковых манжет. В кольцах 24 и в плунжере 3 перед каждой манжетой выполнены радиальные отверстия 25, соединяющие нагнетательную полость 21 плунжера с внутренним каналом 18.

Работает насос следующим образом.

Рабочий цилиндр 1 насоса в сборе с всасывающим клапаном 14 и плунжером 3 опускается на колонне насосно-компрессорных труб 2 в скважину. На конце колонны насосных штанг 4 в цилиндр опускается сцепляющее устройство. Шток 8 и цанга 5 сцепляющего устройства вводятся в отверстие клетки 12 плунжера. Под действием веса колонны насосных штанг 4 шток 8 проталкивает буртом 9 цангу 5 в отверстие клетки 12 до тех пор, пока лепестки цанги 5, разжимаясь, начнут взаимодействовать цилиндрическими выступами 10 на наружной поверхности с проточкой 11 в клетке 12 плунжера 3. При подъеме штока 8 на колонне насосных штанг 4 конусная поверхность 7 штока 8 взаимодействует с конусной поверхностью 6 цанги 5, образуя при этом неразъемное соединение. Так как угол конусных поверхностей 7 и 6 выполнен самотормозящимся, расцепление при ходе штока 8 вниз не происходит. В случае ослабления соединения цанги 5 и штока 8 при ходе колонны насосных штанг 4 вниз расцепление устройства не происходит, и при последующем подъеме колонны насосных штанг 4 жесткое соединение восстанавливается. Таким образом, плунжер 3 соединен со штоком 8 и соответственно с колонной насосных штанг 4.

При подъеме плунжера 3 происходит засасывание скважинной жидкости через приемное отверстие 13 насоса. При этом жидкость, проходя по винтовым канавкам 17 в приемном отверстии 13 насоса, завихряется, придавая шарику 15 всасывающего клапана 14 хаотическое вращение, при котором он контактирует с поверхностью седла 16 различными точками. Это способствует более равномерному износу шарика и предотвращает отложение смол и парафина на поверхности деталей насоса. Скважинная жидкость через всасывающий клапан 14 поступает во всасывающую полость 20 рабочего цилиндра 1 насоса.

При опускании плунжера 3 закрывается всасывающий клапан 14 и через канал 18 плунжера, открытый нагнетательный клапан 19, отверстия в клетке 12 плунжера жидкость перетекает в надплунжерную нагнетательную полость 21 насоса. При последующем подъеме плунжера 3 закрывается нагнетательный клапан 19 и вновь открывается всасывающий клапан 14. При этом жидкость, находящаяся в нагнетательной полости 21, постепенно поднимается по каналу насосно-компрессорных труб 2.

При ходе плунжера 3 вниз грязесъемник 2 счищает загрязнения со стенок рабочего цилиндра 1 и препятствует попаданию абразивных частиц в зазоры между плунжером 3 и цилиндром 1.

Осаждающиеся из накачиваемого насосом столба жидкости механические и абразивные частицы улавливаются грязесъемниками 23 и через разгрузочные отверстия 25 в плунжере 3 и кольцах 24 возвращаются во внутренний канал 18 плунжера, не попадая в зазор между рабочим цилиндром 1 и плунжером 3. Наличие отверстий 25 позволяет разгрузить грязесъемники от давления рабочей жидкости.

Использование: в нефтедобывающей промышленности. Сущность изобретения: плунжер с проточкой выполнен со сцепляющим устройством, снабженным цангой со штоком. Шток соединен с колонной насосных штанг и снабжен конусной поверхностью, выполненной с углом самоторможения, расширяющейся в направлении приемного отверстия насоса с возможностью контакта с отверстием цанги, выполненным конусным, снабженной цилиндрическим выступом на наружной поверхости для контакта с проточкой. В приемном отверстии насоса установлен завихритель потока скважинной жидкости, выполненный в виде винтовой канавки, продольная ось винта которой смещена относительно оси отверстия седла всасывающего клапана. Плунжер снабжен грязесъемниками с возможностью контакта их с внутренней поверхностью рабочего цилиндра. Грязесъемники установлены со стороны всасывающей и нагнетательной полостей насоса. Со стороны нагнетательной полости перед каждым грязеприемником в плунжере выполнены разгрузочные отверстия для соединения нагнетательной полости с внутренним каналом плунжера. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ШТАНГОВЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАСОС, включающий рабочий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с проточкой, выполненный со сцепляющим устройством, снабженным цангой со штоком, соединенным с колонной насосных штанг, приемное отверстие, отличающийся тем, что шток сцепляющего устройства снабжен конусной поверхностью, выполненной с углом самоторможения, расширяющейся в направлении приемного отверстия насоса с возможностью контакта с отверстием цанги, выполненным конусным, снабженной цилиндрическим выступом на наружной поверхности для контакта с проточкой в отверстии плунжера, а в приемном отверстии насоса установлен завихритель потока скважинной жидкости, выполненный в виде винтовой канавки, продольная ось винта которой смещена относительно оси отверстия седла всасывающего клапана, при этом плунжер снабжен грязесъемниками с возможностью контакта последних с внутренней поверхностью рабочего цилиндра, установленными со стороны всасывающей и нагнетательной полостей насоса, причем со стороны нагнетательной полости перед каждым грязесъемником в плунжере выполнены разгрузочные отверстия для соединения нагнетательной полости с внутренним каналом плунжера. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что грязесъемники выполнены в виде воротниковых манжет.