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), а именно в подвижном плунжере с одинарным нагнетательным клапаном глубинного штангового насоса.

Глубинные штанговые насосы (ОАО "Ижнефтемаш", Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред. 2-2001) содержат подвижный плунжер, расположенный в неподвижном цилиндре. В нижнем конце подвижного плунжера расположен нагнетательный клапан в классическом исполнении (стр.32, там же), включающий корпус 5 клапана, шарик 7 клапана, седло 6 клапана, держатель 8 седла. Ход шарика 7 клапана с верхней стороны регламентируется верхним ограничителем клапана, снабженным каналами для прохождения жидкости.

В процессе работы насоса в условиях добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти и к тому же из наклонных скважин появляются трудности с своевременным закрытием и открытием клапанов, в том числе и нагнетательного клапана, что приводит к снижению производительности насоса, а в некоторых случаях к вынужденной остановке скважины. Запарафиненный нагнетательный клапан зависает и отказывает в работе, особенно, в результате вынужденного простоя скважины или по причине попадания в клапанный узел мусора твердой фракции, что является следствием, опять-таки, несвоевременного закрытия нагнетательного клапана. В подобных случаях приходится реанимировать скважины путем промывки глубинно-насосного оборудования, сочетая промывку с его работой на форсированном режиме, что не во всех случаях дает положительный результат. Тогда скважина подвергается подземному ремонту, связанному с большими затратами.

Задача предложенного технического решения состоит в повышении надежности работы глубинного штангового насоса.

Для достижения поставленной задачи необходимо выполнить в верхнем ограничителе хода шарика клапана центральное отверстие под нижний конец стержневидного толкателя, установленного соосно с подвижным плунжером с возможностью взаимодействия с шариком клапана в пределах его рабочего хода и выхода верхнего конца стержневидного толкателя за пределы подвижного плунжера.

На фиг.1 изображен продольный разрез предложенного насоса на базе, например, трубного насоса с неизвлекаемым всасывающим клапаном (ОАО "Ижнефтемаш", Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред. 2-2001, стр.34); на фиг.2 - выносное сечение на фиг.1.

Глубинный штанговый насос состоит из неподвижного цилиндра 1 (фиг.1), соединенного с корпусом 2 всасывающего клапана 3 посредством муфт 4 и удлинителя 5. Расположенный в неподвижном цилиндре 1 подвижный плунжер 6 оснащен одинарным нагнетательным клапаном, состоящим из корпуса 7 с клапанной полостью 8, верхнего ограничителя хода клапана 9 с каналами 10 для прохождения жидкости. В клапанной полости 8 расположен шарик клапана 11 с возможностью "свободного плавания" в пределах его рабочего хода. Шарик клапана 11 располагается на седле 12, зафиксированном посредством держателя седла 13.

В верхнем ограничителе хода клапана 9 выполнено центральное отверстие, в котором соосно с подвижным плунжером 6 расположен стержневидный толкатель 14, снабженный в нижнем конце ограничительным буртиком 15, а на участке, расположенном выше верхнего ограничителя хода клапана 9, - центраторами 16 (фиг.1, 2), количество которых зависит от длины и поперечного сечения стержневидного толкателя 14. При этом стержневидный толкатель 14 расположен в подвижном плунжере 6 с возможностью взаимодействия нижним своим ограничительным буртиком 15 с шариком 11 нагнетательного клапана в пределах его рабочего хода. Это означает, что стержневидный толкатель 14, находясь в подвижном плунжере 6 трубного ли, вставного ли насоса, имеет возможность осевого возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода шарика 11 нагнетательного клапана. Что касается длины последнего, то она, например, для трубных насосов практически неограничена, поскольку упомянутый толкатель 14 может быть расположен на уровне выше подвижного плунжера 6, где и по диаметру, и по высоте пространства побольше. Для этого необходимо удлинить подвижный плунжер на необходимую величину посредством пустотелого стержня или, соединив плунжера между собой их муфтами (ОАО "Ижнефтемаш", Глубинные штанговые насосы. Каталог, ред.2-2001, стр.51), вдобавок ко всему перечисленному, с последующим переходом от плунжера к соответствующей, например, насосно-компрессорной трубе (НКТ) с радиальными отверстиями (не показаны) для прохождения жидкости и соединить эту трубу с колонной насосных штанг (не показана). При такой компоновке будет иметь место выход верхнего конца стержневидного толкателя 14 за пределы подвижного плунжера 6, что обеспечивает возможность широкого выбора относительно массы толкателя 14.

На фиг.1 изображен момент начала движения подвижного плунжера 6 вверх. При этом шарик 11 нагнетательного клапана закрывается под действием, в первую очередь, стержневидного толкателя 14. Кроме того, на нагнетательный клапан действует столб жидкости, находящийся над подвижным плунжером 6. В подплунжерной полости создается разряжение, вследствие чего открывается всасывающий клапан 3. Жидкость в надплунжерной полости переходит в колонну НКТ, а подплунжерная полость заполняется добываемой жидкостью.

При ходе подвижного плунжера 6 вниз всасывающий клапан 3 закрывается под давлением жидкости в подплунжерной полости. Подвижный плунжер 6 вместе с колонной насосных штанг под действием силы тяжести Земли опускается вниз. Настает момент, когда в подплунжерной полости создается достаточное давление для открытия шарика клапана 11 вместе со стержневидным толкателем 14. Практически, при исправном всасывающем клапане 3 нагнетательный клапан 2 открывается немедленно, т.к. жидкость несжимаема.

А та особенность, что при этом для открытия нагнетательного клапана 11 потребуется большое усилие, вызванное присутствием толкателя 14, то это на коэффициент полезного действия (КПД) насоса никак не отражается, поскольку при этом используется сила земного тяготения.

Подвижный плунжер 6 с нагнетательным клапаном, реконструированный таким образом, может быть применен в глубинных штанговых насосах различной компоновки, в том числе и в сочетании с устройством для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважины (патент 1794312, 07.02.1990), где отсутствует всасывающий клапан, а имеет место, если назвать обобщенно, всасывающий канал (отверстие в неподвижном цилиндре), с глубинным штанговым насосом (патент 2165010, 10.04.2001, бюл. №10), где всасывающий клапан расположен сбоку.

Предложенный глубинный штанговый насос с принудительно закрывающимся нагнетательным клапаном обеспечивает добычу высоковязкой нефти, нефти с повышенным содержанием парафина, причем из наклонных скважин, с производительностью, характерной насосам аналогичного типа.

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей отрасли промышленности в скважинных штанговых насосных установках, а именно в подвижном плунжере с одинарным нагнетательным клапаном глубинного штангового насоса. В верхнем ограничителе хода шарика клапана выполнено центральное отверстие под нижний конец стержневидного толкателя, установленного соосно с подвижным плунжером, с возможностью взаимодействия с шариком клапана в пределах его рабочего хода и выхода верхнего конца стержневидного толкателя за пределы подвижного плунжера. Обеспечивает добычу высоковязкой нефти с повышенным содержанием парафина из наклонных скважин, с большой производительностью, повышается надежность работы насоса. 2 ил.

Глубинный штанговый насос, состоящий из неподвижного цилиндра со всасывающим каналом, расположенного в неподвижном цилиндре подвижного плунжера с одинарным нагнетательным клапаном, содержащим корпус с клапанной полостью, расположенные в корпусе шарик клапана, седло клапана, держатель седла и заложенный в корпусе верхний ограничитель хода шарика клапана, снабженный каналами для прохождения жидкости, отличающийся тем, что в верхнем ограничителе хода шарика клапана выполнено центральное отверстие под нижний конец стержневидного толкателя, установленного соосно с подвижным плунжером с возможностью взаимодействия с шариком клапана в пределах его рабочего хода и выхода верхнего конца стержневидного толкателя за пределы подвижного плунжера.