ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04B47/00 F04B53/14 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, в частности в штанговых глубинных насосах для откачки жидкостей с содержанием абразивных примесей.

Известна конструкция насоса с гуммированным плунжером, имеющим 3 - 4 резиновых уплотнителя [1].

Недостатком данного насоса является то, что абразивные частицы через щелевой зазор пары плунжер - цилиндр под давлением столба перекачиваемой жидкости внедряются в материал уплотнительных колец, чем создают дополнительную фрикцию, а это приводит к быстрому износу пары плунжер - цилиндр, тем самым к снижению долговечности насоса.

Известна конструкция плунжера скважинного штангового насоса, содержащая полый корпус с уплотняющими поясками, в середине верхнего пояска которого выполнено внутреннее утолщение стенки корпуса и цилиндра, герметизированным эластичным уплотнителем, заглушку на его нижнем конце, стержень управления в плунжере, прикрепленного к корпусу, его нижняя часть снабжена наконечником сферической формы, переходящей в цилиндрическую, внутри которого выполнены каналых [2].

Недостатком работы такого плунжера скважинного штангового насоса является то, что он также не приспособлен к работе с абразивными частицами, т.к. жидкость проходит между плунжером и цилиндром, при движении плунжера вниз.

Кроме того, плунжер данного насоса трудоемкий в изготовлении: на нижнем конце плунжера изготовлена заглушка, снабженная резьбой для подсоединения груза, в стержне управления, снабженного наконечником, выполнены каналы.

Задачей изобретения является увеличение производительности и ресурса работы насоса за счет уменьшения износа пары плунжер - цилиндр, особенно при большом содержании абразивных примесей в откачиваемой жидкости, а также упрощении конструкции в изготовлении плунжера и в его эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что в штанговом глубинном насосе содержатся цилиндр и расположенный подвижно в нем полый плунжер, изготовленный из упругоэластичного материала. Также содержится шток-клапан, выполняющий сразу 2 функции в работе:
а) выполняет роль нагнетательного клапана;
б) обеспечивает возможность осевого перемещения при ходе плунжера вверх и вниз.

Вес столба перекачиваемой жидкости давит на внутренние стенки плунжера, тем самым прижимая наружную сторону плунжера к цилиндру. Этим исключается пропуск жидкости, а вместе с ней проникновение абразивных частиц между плунжером и цилиндром. Торцевые поверхности плунжера, так же как концевая поверхность шток-клапана, и одна торцевая поверхность переводной втулки выполнены под углом к оси симметрии, зависящим от условий работы плунжера. Этот угол обеспечивает направление жидкости вовнутрь плунжера, что также предотвращает проникновение абразивных частиц между плунжером и цилиндром.

Все это способствует увеличению производительности, уменьшению износа пары плунжер - цилиндр и соответственно увеличению ресурса работы насоса.

Кроме этого, сравнительная малая длина плунжера позволяет использовать его в скважинах со значительной криволинейностью.

На фиг. 1 показан общий вид насоса при подъеме плунжера вверх, продольный разрез; на фиг. 2 вид плунжера, применяемый для повышенного содержания абразивных частиц; на фиг. 3 вид плунжера, применяемого для перекачивания жидкости с малым давлением.

Штанговый глубинный насос состоит из цилиндра 1 и плунжера 2, изготовленного из упругоэластичного материала, например фторопласта, шток-клапана 3, к верхней части которого присоединена переводная втулка 4 (фиг. 1), а нижняя часть изготовлена в форме конуса, переходящего в цилиндр. Для скважин с повышенным содержанием абразивных частиц в жидкости возможны предлагаемые специальные насадки сверху и снизу плунжера 2. Верхняя насадка 5 может изготавливаться из более твердого материала, например из металла, желательно с канавкой "пескобрей" 6 (фиг. 2) или же из более эластичного материала, чем материал плунжера, например полиуретан. Более мягкий материал позволит давлению жидкости плотнее прижать насадку 5 к цилиндру, чем препятствует проникновению абразивных частиц между плунжером и цилиндром. Нижняя насадка 7 выполнена из более эластичного материала, чем материал плунжера, например полиуретана. Это в свою очередь улучшит функцию работы нагнетательного клапана. А именно: при попадании абразивных частиц между плунжером 2 и насадкой 7 в плоскости их соприкосновения эти частицы вминаются в насадку 7, не разрушая плунжер 2, а в последующей работе насоса промываются из насадки 7. Торцевые плоскости плунжера 2, так же как концевая поверхность шток-клапана 3 и нижняя часть переводной втулки 4, выполнены под углом к оси симметрии плунжера 2. Для перекачиваемой жидкости с меньшим давлением следует уменьшить толщину стенки плунжера 2 и увеличить конусную часть штока-клапана 3 и плунжера 2 (фиг. 3). Для работы насоса с меньшим давлением также возможна замена материала плунжера 2 на более эластичный, например полиуретан. И так, от угла наклона конуса штока-клапана 3 и двух торцевых поверхностей плунжера 2, его толщины стенок, выбора эластичности материала, специальных насадок и других изменений зависит работа насоса в различных условиях (наличие в жидкости эмульсии, абразивных частиц и др.). Также возможна сборка из нескольких рядов насадок и плунжеров в определенных последовательностях.

Работа штангового насоса заключается в следующем.

При движении плунжера 2 вниз происходит осевое перемещение штока-клапана 3 вниз. Жидкость проходит между шток-клапаном 3 и цилиндром 1, попадая во внутреннее отверстие плунжера и проходит через выходные окна переводной втулки 4. Переводная втулка 4, таким образом, толкает своей конусной частью плунжер 2 до нижнего его положения.

При движении плунжера 2 вверх шток-клапан 3 перекрывает проход жидкости своей конусной частью, чем выполняет роль нагнетательного клапана, а также толкает плунжер 2 до верхнего его положения.

Герметичность же между плунжером 2 и цилиндром 1 насоса обеспечивается за счет давления столба жидкости на внутренние стенки плунжера 2. Таким образом, плунжер 2, расширяясь, плотно прилегает к внутренним стенкам цилиндра 1.

Благодаря тому что плунжер 2 предлагаемого насоса значительно короче стандартных, использование его в стандартных цилиндрах позволит увеличить рабочий ход плунжера с одновременным уменьшением количества ходов, тем самым снизить энергозатраты, либо уменьшить длину цилиндра, при этом экономия на размерах цилиндра позволит окупить расходы на изготовление плунжера.

Кроме того, уменьшение количества ходов плунжера позволит уменьшить износ всей системы, включая плунжер, цилиндр, штанги и насосно-компрессорные трубы (НКТ), тем самым существенно сократить простои скважин.

Такое выполнение плунжера позволит вести откачку жидкости из скважины без нагнетательного клапанного узла, закрепляемого на плунжере насоса.

Плунжер прост и экономичен в изготовлении, улучшает качество в работе.

Использованная литература.

1. Справочная книга по добыче нефти под редакцией Гиматутдинова Ш.К. -М. : Недра, 1974, с. 318.

2. Патент РФ N 2059886 от 10.05.96 г. по кл. F 04 B 47/02 (прототип).

Насос предназначен для откачки жидкости с содержанием абразивных примесей. Содержит цилиндр, полый плунжер из упругоэластичного материала, шток-клапан с возможностью осевого перемещения. На верхнем конце шток-клапана распложена переводная втулка. Нижняя часть втулки и верхняя часть плунжера выполнены под углом к оси симметрии. Нижняя часть плунжера и нижняя часть шток-клапана выполнены под углом к оси симметрии, образуя конусную часть. Торцевые части плунжера снабжены насадками. Нижняя часть шток-клапана снабжена насадками. Значительно увеличивается производительность и ресурс работы насоса за счет уменьшения износа пары плунжер - цилиндр, особенно при большом содержании абразивных примесей в откачиваемой жидкости. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Штанговый глубинный насос, содержащий цилиндр, полый плунжер из упругоэластичного материала, шток-клапан с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что на верхнем конце шток-клапана расположена переводная втулка, нижняя часть втулки и верхняя часть плунжера выполнены под углом к оси симметрии, а нижняя часть плунжера и нижняя часть шток-клапана выполнены под углом к оси симметрии, образуя конусную часть. 2. Штанговый глубинный насос по п.1, отличающийся тем, что торцевые части плунжера снабжены насадками. 3. Штанговый глубинный насос по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нижняя часть шток-клапана снабжена насадками.