НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 2000 года по МПК F04B47/00 F04B53/10 

Изобретение относится к устройствам для эксплуатации нефтяной скважина, преимущественно, с высоковязкой жидкостью, с помощью привода от станка-качалки.

Известна конструкция скважинной штанговой насосной установки (Патент RU 2125184, опубл. 20.01.1999) с глубинным насосом невставного типа, где сумма площадей каналов жидкости в стенке седла и переводника соответствует площади плунжера, при этом цилиндр насоса пропущен через центральное отверстие седла и его нижний конец закреплен в переводнике под седлом. Цилиндр насоса с седлом и подпружиненным затвором заключен в трубный кожух. Такое размещение седла и подпружиненного затвора на нижнем конце цилиндра существенно повлияло на увеличение поперечного размера нагнетательного уела, например, для насоса с плунжером dy-44 наружный поперечный размер составил 120 мм и при уменьшении толщины стенки цилиндра по месту закрепления в переводнике поперечный размер составил 114 мм.

Для нефтяной скважины, где внутренний диаметр эксплуатационной колонны труб составляет 123-125 мм, малый кольцевой зазор между насосом и стенкой скважины, затрудняет ее эксплуатацию. Целью данного изобретения является уменьшение поперечного размера нагнетательного клапанного узла при сохранении в нем площади каналов жидкости, равной площади плунжера.

Эта цель достигается тем, что затвор с пружиной сжатия и седло расположены над цилиндром насоса, а соединение цилиндра с седлом, выполнено ниже места выхода отдельных кольцевых канавок жидкости в седле на общий кольцевой зазор между корпусом и седлом.

Отдельные кольцевые канавки в седле при выходе на уплотняемую поверхность выполнены в форме сплошного канала, который делит толщину стенки седла по месту уплотнения на две равные толщины. Внутренняя поверхность затвора выполнена в форме усеченного конуса с плавным переходом на внутренний диаметр седла, а его наружная поверхность снабжена продольными направляющими ребрами, при этом наружный диаметр уплотнительной поверхности затвора больше диаметра уплотнительной поверхности седла на величину зазора между внутренним диаметром корпуса и диаметром продольных направляющих ребер седла, а внутренний диаметр уплотнительной поверхности затвора, соответственно, меньше на величину указанного зазора. Для фиксации цилиндра насоса установочные винты на муфте трубного кожуха размещены на разных уровнях, равномерно по окружности.

На фиг. 1, 2 изображен продольный разрез нагнетательного клапанного узла скважинного штангового насоса, а на фиг. 3, 4, 5 - поперечные разрезы по А-А, Б-Б и В-В. На чертеже не указана конструкция плунжера.

Нагнетательный клапанный узел скважинного штангового насоса состоит из корпуса 1, выполненного в форме муфты трубы, внутри которого размещены седло 2 и затвор 3 с пружиной 4 на его верхней части. Затвор снабжен снаружи продольными направляющими ребрами 5, а его внутренняя поверхность выполнена в форме усеченного конуса и с плавным переходом на внутренний диаметр седла.

В стенке седла выполнены отдельные кольцевые канавки 6 для прохода жидкости, которые при выходе на уплотняемую торцевую поверхность имеют форму оплошного кольцевого канала 7. Такой оплошной кольцевой канал делит толщину стенки седла по месту уплотнения на две равные толщины. Соединение цилиндра 8 насоса с седлом выполнено ниже места выхода отдельных кольцевых каналов седла в общий кольцевой зазор между корпусом и седлом. К Нижней резьбовой части корпуса закреплен трубный кожух 9, а к верхней части переводной патрубок 10, на торце которого закреплена пружина 4 сжатия. На муфте 11 трубного кожуха для фиксации цилиндра выполнены отверстия для установочных винтов 12, при этом, с целью сохранения кольцевого проходного канала жидкости, винты размещены на различных уровнях (плоскостях) равномерно по окружности. В нижней части муфты предусмотрено место для присоединения узла приемного клапана. Нагнетательный клапанный узел скважинного штангового насоса работает следующим образом.

После сборки нагнетательного клапанного узла совместно с приемным клапанным узлом к переводному патрубку 10 присоединяется первая труба лифтовой колонны. В лифтовую колонну на штангах опускается плунжер с заглушкой на нижнем конце. Такой плунжер проходит через центральный канал затвора и за счет его внутренней конусной поверхности, центрируется и плавно входит в центральный канал седла 2, далее - в цилиндр 8 насоса. Плунжер на штангах опускается вниз до упора в приемном клапанном узле. На фигурах это не показано.

Плунжер с заглушкой при ходе вниз выдавливает жидкость из центрального канала цилиндра 8 в кольцевой проходной канал между цилиндром 8 и трубным кожухом 9 и при этом, в приемном клапанном узле закрыт проходной канал жидкости. Далее, жидкость проходит в отдельные кольцевые канавки 6 в стенке седла 2 и за счет усилия от разницы давлений поднимает подпружиненный затвор 3, 4. После подъема затвора от уплотнительной поверхности седла, часть жидкости проходит по центральному каналу затвора, а другая часть - по кольцевому пространству между стенкой корпуса 1 и наружной поверхностью затвора. Для предотвращения заклинивания затвора в корпусе на его наружной поверхности предусмотрены продольные направляющие ребра 5, которые при касании со стенкой корпуса выдавливают механическую примесь о жидкостью в общий канал прохода жидкости. Эффект вытеснения из-под узких продольных направляющих ребер механической примесь (песка) с вязкой средой возникает при поперечном колебании и продольном движении затвора. Для этой цели величина зазора между внутренним диаметром корпуса и наружним диаметром затвора по ребрам должна быть соизмерима с размером механической примеси (песка), например не более 1-1,5 мм. Уплотнительная поверхность затвора выполнена оплошной, причем диаметр этой поверхности больше диаметра уплотнительной поверхности седла на величину зазора между диаметром по продольным направляющим ребрам 5 затвора и внутренним диаметром корпуса 1 по месту движения затвора 3. Внутренний диаметр уплотнительной поверхности затвора, соответственно, меньше на величину указанного зазора. Это необходимо для того, чтобы при любом поперечном смещении (колебании) затвора, перекрытие по уплотнительной поверхности седла было полным. Торцевая поверхность седла сплошным кольцевым каналом 7 разделена на две концентрические уплотнительные поверхности. Сплошная кольцевая площадь канала соответствует площади плунжера и она делит толщину стенки седла по месту уплотнения на две равные толщины. Это необходимо для обеспечения одинакового износа поверхностей уплотнения и одинаковой прочности при внутреннем давлении и силы сжатия сверху.

С помощью установочных винтов 12 на муфте 11 трубного кожуха 9 выполняют фиксацию цилиндра этой муфты, при этом от торца цилиндра до резьбовой части муфты Несвободная площадь должна быть равна или больше площади плунжера.

Разместив седло и подпружиненный затвор над цилиндром насоса и определив место соединения цилиндра с седлом ниже его отдельных кольцевых канавок 6, удается уменьшить поперечный размер нагнетательного клапанного узла, например на насосе с плунжером dy-44, при сохранении площади проходных каналов жидкости равной площади плунжера максимальный поперечный размер не превышал 100 мм. При таком расположении цилиндра насоса, седла и затвора, уменьшение поперечного размера нагнетательного клапанного узла составило не менее толщины стенки цилиндра. Нагнетательный клапанный узел скважинного штангового насоса с уменьшенным поперечным размером и проходными каналами жидкости, имеющими суммарную площадь равной площади плунжера, вполне приемлим для нормальной эксплуатации штангового насоса в нефтяной скважине.

Изобретение предназначено для использования в устройствах для подъема жидкости из скважины с помощью привода от станка-качалки. Седло и подпружиненный затвор размещаются над цилиндром насоса. Соединение цилиндра с седлом выполнено ниже места выхода отдельных кольцевых канавок для прохода жидкости в седле в общий кольцевой зазор между корпусом и седлом. Отдельные кольцевые канавки в седле при выходе на уплотняемую поверхность выполнены в форме сплошного кольцевого канала, который делит толщину стенки седла по месту уплотнения на две равные толщины. Внутренняя поверхность затвора выполнена в форме усеченного конуса с плавным переходом на внутренний диаметр седла. Наружная поверхность затвора снабжена продольными направляющими ребрами, предназначенными для предотвращения заклинивания при поперечном колебании и продольном движении затвора. Уменьшается поперечный размер нагнетательного клапанного узла. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Нагнетательный клапанный узел скважинного штангового насоса, содержащий корпус в форме муфты трубы, внутри которого размещены седло с отдельными кольцевыми канавками и затвор с пружиной сжатия, трубный кожух, прикрепленный к корпусу, цилиндр насоса, прикрепленный к седлу в корпусе и зафиксированный установочными винтами в муфте трубного кожуха, отличающийся тем, что затвор с пружиной сжатия и седло расположены над цилиндром насоса, а соединение цилиндра с седлом выполнено ниже места выхода отдельных кольцевых канавок для прохода жидкости в седле в общий кольцевой зазор между корпусом и седлом. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что отдельные кольцевые канавки в седле при выходе на уплотняемую поверхность выполнены в форме сплошного кольцевого канала, который делит толщину стенки седла по месту уплотнения на две равные толщины. 3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность затвора выполнена в форме усеченного конуса с плавным переходом на внутренний диаметр седла, а его наружная поверхность снабжена продольными направляющими ребрами, при этом наружный диаметр уплотнительной поверхности затвора больше диаметра уплотнительной поверхности седла на величину зазора между внутренним диаметром корпуса и диаметром продольных направляющих ребер седла, а внутренний диаметр уплотнительной поверхности затвора соответственно меньше на величину указанного зазора. 4. Узел по п.1, отличающийся тем, что для фиксации цилиндра насоса установочные винты на муфте трубного кожуха размещены на разных уровнях равномерно по окружности.