ГЛУБИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано в скважинных штанговых насосных установках (СШНУ).

По конструктивным особенностям и функциональным признакам нагнетательного клапана наиболее близким аналогом является скважинный штанговый насос (свидетельство на полезную модель №13067, дата регистрации 20 марта 2000 г.).

Расположенный в нижней части полого плунжера нагнетательный клапан установлен под его седлом и соединен с колонной приводных насосных штанг через шток с центратором и переходник. Нагнетательный клапан в этом насосе является управляемым и работает согласно с движением плунжера, что очень важно при добыче высоковязкой с повышенным содержанием парафина нефти из наклонных скважин.

Однако в конструкции насоса имеет место сужение критического проходного сечения в седле нагнетательного клапана, где расположен шток, промежуточное звено между указанным клапаном и колонной насосных штанг, что приводит к возникновению дополнительного гидравлического сопротивления на этом участке, ограничению диаметра силового штока, а значит, к расслаблению его соединения с клапаном.

Кроме того, клапанный разъем в этом насосе подвергается ударным нагрузкам, особенно при возникновении трений в плунжерной паре. Не исключено попадание в этот разъем твердых частиц (металлическая стружка, град после электродуговой сварки, твердые включения в добываемой жидкости и т.п.). Все это приводит к преждевременному выходу из строя клапанной пары, к падению надежности насоса в целом.

Предложенным изобретением решается задача - повысить надежность глубинного штангового насоса.

Для получения такого результата выполнена техническая задача, заключающаяся в том, что известный штанговый глубинный насос снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода пустотелого нагнетательного расположенного над седлом клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой - со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды, причем приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор.

На фиг.1 изображена верхняя часть продольного разреза предложенного насоса в момент движения плунжера вверх; на фиг.2 - нижняя часть того же разреза насоса; на фиг.3 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.4 - разрез по линии А-А на фиг.1; на фиг.5 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.6 - продольный разрез насоса в момент движения плунжера вниз.

Цилиндр 1 (фиг.2) связан с колонной насосно-компрессорных труб 2 (НКТ) через муфту 3, снабжен приемным каналом 4 и заглушенным концом (не показан). В другом случае приемный канал может быть представлен в виде приемного (всасывающего) клапана с центральным или боковым расположением. Внутри цилиндра 1 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения полый плунжер 5, соединенный с приводной колонной насосных штанг 6 (фиг.1) через плунжерную муфту 7 (фиг.2) и переходник 8 (фиг.1). В нижнем конце плунжера 5 установлен нагнетательный клапан 9, выполненный в виде свободно плавающего пустотелого шарика, расположенного в корпусе 10 над седлом 11, зафиксированного держателем 12 седла. Насос снабжен приемным фильтром 13, установленным на уровне приемного отверстия 4 в цилиндре 1 посредством муфты 14.

Глубинный штанговый насос снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг (в дальнейшем преобразователь), установленным между плунжером 5 (фиг.2) и колонной насосных штанг 6, выполненным в виде плоского механизма, состоящего из коромысла 15 (фиг.1, 4) с осью 16 в корпусе 17. Концы коромысла 15 соединены шарнирно со штоками 18, 19 посредством тяг 20, установленных шарнирно на соответствующих осях 21. Толкатель 19 (фиг.2) снабжен центраторами 22, 23 (фиг.1, 2), предусмотренными в корпусе 17 преобразователя и корпусе 10 клапана соответственно. Центратор 22 расположен в корпусе 17 с возможностью возвратно-поступательного движения, имеет центральное отверстие под шток 19 с уплотнительными элементами 24. В центраторе 22 на промежуточном участке между уплотнительными элементами 24 имеется заполненная смазкой полость, в которой установлен амортизатор в виде, например, пружины сжатия 25, размещенной под кольцевым выступом 26, через который управляется толкатель 19. В верхней части центратор 22 заканчивается сдвоенными ушками с отверстием под ось 21.

Нижний конец корпуса 17 преобразователя соединен с плунжерной муфтой 7 с наружной проточкой под сливаемую из НКТ жидкость, а верхний конец - накидным ограничителем 27 посредством резьбового соединения. Внутренняя полость накидного ограничителя 27 выполнена ступенчатой - из цилиндрической 28 и квадратной 29 (фиг.1, 3) частей под соответствующие несущий кольцевой выступ 30 и квадрат 31 штока 18, соединенного, в свою очередь, с колонной насосных штанг 6 через переходник 8. Штоки 18, 19 (фиг.1) в пределах рабочего хода 32 (фиг.1, 6) нагнетательного клапана 9 имеют возможность возвратно-поступательного движения в противоположных друг относительно друга направлениях благодаря связывающему их между собой плоскому механизму. Квадратный разъем штока 18 и накидного ограничителя 27 служит для передачи крутящего момента, передаваемого штанговращателем (не показан).

Для прохождения добываемой жидкости, создания условия для работы плоского механизма в корпусе 17 предусмотрены внутренний 33 и наружные 34 пазы (фиг.1, 3, 4), а также отверстия 35. Каналы 36 предназначены для слива жидкости из НКТ при их подъеме на устье скважины (не показаны) в случае обрыва, отворота насосных штанг и деталей плунжера, при этом необходимо, чтобы плунжер 1 вместе с корпусом 17 преобразователя своим выступом 37 (фиг.1, 5) сел на кольцевой выступ 38 (фиг.2), предусмотренный в муфте 3. Тогда плунжер 5 оказывается ниже приемного отверстия 4 (фиг.2) и открывается путь для слива жидкости, находящейся в колонне НКТ.

Насос работает следующим образом.

Пусть плунжер, двигаясь вверх, дошел до верхней мертвой точки, как это изображено на фиг.1. При движении колонны насосных штанг 6 вниз шток 18 (фиг.1) также смещается вниз сначала относительно плунжера 5 (фиг.2) на величину хода 32 нагнетательного клапана 9. При этом коромысло 15 одновременно поворачивается влево вокруг своей оси 16 (фиг.4) на некоторый угол, увлекая за собой вверх подвешенный на другом конце коромысла центратор 22 и установленный в нем на амортизаторе шток 19. После чего кольцевой выступ 30 штока 18 упирается в верхний торец корпуса 17 преобразователя и связанный с последним плунжер 5 приводится в движение вниз, поворачивая коромысло 15 на угол 39 из исходного до положения 40 (фиг.1). При этом находящийся на плаву пустотелый нагнетательный клапан 9 открывается (фиг.6) и находящаяся в цилиндре 1 жидкость через открытый нагнетательный клапан перетекает в надплунжерную полость через предусмотренные в корпусе 17 отверстия 35, внутренние 33 и наружные 34 пазы.

Пружина в амортизаторе собрана в предварительно поджатом состоянии, что предопределяет его техническую характеристику, т.е. при каком диапазоне усилий работает амортизатор. В работе насоса может быть так получиться, что при закрытии клапана под него попадет какой-нибудь твердый предмет. В подобных случаях выручает амортизатор, который предохраняет от поломки плоский механизм - преобразователь при нереагирующем в данный конкретный момент работы нагнетательном клапане. Причина отказа клапана устраняется в последующих циклах работы клапана, т.к. амортизатор не оставляет его в покое, периодически тревожит, не дает "залеживаться".

При движении колонны насосных штанг 6 (фиг.1, 2) вверх сначала шток 18 смещается вверх на величину хода 32 клапана до соприкосновения несущего кольцевого выступа 30 с накидным ограничителем 27, причем одновременно коромысло 15 поворачивается вокруг своей оси 16 на угол 39 и занимает положение, изображенное на фиг.1, а шток 19 с пустотелым нагнетательным клапаном 9 (фиг.2) под действием центратора 22 с амортизатором принудительно опускаются вниз и занимают положение "закрыто". Таким образом, принудительное закрытие пустотелого нагнетательного клапана осуществляется благодаря преобразователю. Дальнейшее движение колонны насосных штанг 6 вверх происходит без участия плоского механизма при закрытом положении нагнетательного клапана на всем пути движения плунжера вверх до верхней мертвой точки, при котором происходит нагнетание надплунжерной жидкости в колонну насосно-компрессорных труб 2 (фиг.2), а под плунжером 5 в цилиндре 1 создается вакуум. Но как только при движении вверх плунжер 5 проходит приемный канал 4 в цилиндре 1, происходит интенсивное его заполнение добываемой жидкостью и т.д. Далее процесс повторяется.

Предложенный механический преобразователь направления движения колонны насосных штанг может быть выполнен в виде установленной на оси 16 (фиг.4) зубчатой шестерни, находящейся в зацеплении с парой зубчатых реек, расположенных по обе стороны от шестерни, одна из которых (реек) соединена со штоком 18, а другая со штоком 19. Кроме того, преобразователь может быть исполнен с гидравлическим приводом, работа которого согласованно взаимосвязана с движением колонны насосных штанг и т.д.

Своевременное закрытие нагнетательного клапана за счет преобразователя, а также его способность легко открываться за счет пустотелого исполнения обеспечивают безотказную и с повышенным коэффициентом полезного действия работу насоса в условиях добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти из сильно наклонных скважин.

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей отрасли промышленности в скважинных штанговых насосных установках. Штанговый глубинный насос снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода нагнетательного клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой - со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды. Приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор. Своевременное закрытие нагнетательного клапана за счет преобразователя, а также его способность легко открываться за счет пустотелого исполнения обеспечивают безотказную и с повышенным коэффициентом полезного действия работу насоса в условиях добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти из сильно наклонных скважин. 6 ил.

Глубинный штанговый насос, содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб цилиндр с приемным каналом, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения полый соединенный с приводной колонной насосных штанг посредством штока с центратором и переходника плунжер, расположенный в нижнем конце плунжера нагнетательный клапан с размещенным в корпусе последнего над седлом шариком, отличающийся тем, что он снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода пустотелого нагнетательного клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой - со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды, причем приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор.