СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относятся к технике добычи нефти, в частности к устройствам скважинных штанговых насосов, и предлагается с целью расширения функциональных возможностей насосов и повышения эффективности работы всей нефтедобывающей скважины.

Известен ряд устройств скважинных штанговых насосов, включающих цилиндр с всасывающим клапаном, расположенный в цилиндре с зазором плунжер с нагнетательным клапаном, пары магнитных колец с диамагнитными прокладками (SU №721558, F 04 В 47/00, 1980 г., SU №1642067, F 04 В 47/00, 1991 г.),

Эти изобретения предполагают увеличение КПД штангового насоса за счет уплотнения зазора между плунжером и цилиндром в зоне действия магнитного поля. При этом нефть, протекающая по основному каналу плунжера, не подвергается воздействию магнитного поля.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является скважинный штанговый насос, включающий цилиндр с всасывающим клапаном, расположенный в цилиндре с зазором плунжер с нагнетательным клапаном, пары магнитных колец с ферромагнитной жидкостью, парамагнитные прокладки, магнитные кольца в парах намагничены в радиальном направлении и ориентированы относительно друг друга в противоположном направлении намагничивания, парамагнитные прокладки расположены между магнитными кольцами, пары магнитных колец с парамагнитными прокладками соединены в пакеты и установлены на муфтах, размещенных на верхней и нижней частях плунжера, а ферромагнитная жидкость размещена в зазоре между плунжером и цилиндром (RU №2172867 C1, F 04 В 47/00, 2001 г.).

Данное устройство предполагает увеличение КПД и надежности насоса (за счет уплотнения зазора), но не способно омагнитить нефть, протекающую по основному центральному каналу, т.к. в радиально намагниченных кольцевых магнитах существует зона в центре кольца (порядка 1/3 внутреннего диаметра), где индукция магнитного поля близка к нулю. Кроме того, магнитный поток замыкается через стальной (ферромагнитный) корпус плунжера, на который надеты магнитные кольца.

Основной технической задачей предлагаемого устройства является уменьшение асфальтосмолопарафиновых отложений на внутренних поверхностях нефтедобывающего оборудования, повышение надежности и эффективности работы скважины за счет омагничивания нефти в центральном канале плунжера.

Поставленная задача решается тем, что в известном скважинном штанговом насосе, включающем цилиндр с всасывающим клапаном, расположенный в цилиндре с зазором плунжер с нагнетательным клапаном, пары магнитных колец с ферромагнитной жидкостью, магнитные кольца в парах намагничены в аксиальном направлении и ориентированы относительно друг друга в противоположном направлении намагничивания, между магнитными кольцами расположены кольцевые магнитопроводы из магнитомягкого материала, пары магнитных колец с магнитопрводами соединены в пакеты и установлены на муфтах из немагнитного материала, размещенных на верхней и нижней части плунжера, а вся магнитная система - магниты и магнитопрводы расположена внутри немагнитного цилиндра, образующего внешнюю поверхность плунжера.

На фиг.1 схематично изображен скважинный плунжерный насос, а на фиг.2 - одна из муфт с магнитной системой и распределением продольной Н_п и радиальной Н_р составляющих магнитного поля в ее центральном канале.

Насос содержит цилиндр 1, узел всасывающего клапана 2, полый трубчатый плунжер 3, муфты 4 с магнитными системами, нагнетательный клапан 5 и шток 6.

Муфты 4 содержат корпус 7 и цилиндр 8 из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, кольцевые магниты 9, магнитопроводы из магнитомягкого материала 10 и гайку 11.

Расположение магнитных колец в парах, намагниченных в осевом направлении и ориентированных относительно друг друга в противоположных направлениях намагниченности (направление намагниченности показано стрелками на фиг 2), создает в магнитопроводах 10 радиальную намагниченность. В результате в центральном канале немагнитного корпуса образуется высокоградиентное магнитное поле, имеющее продольную и радиальную составляющие (см. фиг.2). Максимальное значение продольного поля достигается в плоскостях, перпендикулярных оси плунжера и проходящих через середину магнитных колец, а радиального поля - через середину магнитопроводов.

Выполнение магнитопроводов с кольцевыми выступами на торцевых поверхностях с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру кольцевых магнитов, позволяет регулировать напряженность поля в центральном канале изменением высоты выступов (см. позицию А, фиг.2). Когда высота выступов минимальна (0,1 мм), тогда магнитное поле в центральном канале будет максимальным. Когда же выступы полностью перекроют магнит (высота выступа одного магнитопровода или суммарная высота выступов двух магнитопроводов совпадает с толщиной магнита), тогда магнитное поле шунтируется и его напряженность в центральном канале будет минимальной. Такая конструкция позволяет выбрать оптимальную напряженность поля для обеспечения максимально эффективного воздействия на нефть различного состава.

Расположение магнитных систем (кольцевые магниты и магнитопроводы) внутри немагнитного цилиндра, образующего внешнюю поверхность части плунжера, защищает магниты от воздействия агрессивной среды и от абразивного износа, что отличает предлагаемое устройство от аналогов и прототипа, и повышает надежность и долговечность насоса.

Устройство работает следующим образом.

При возвратно-поступательном движении плунжера протекающая по центральному каналу нефть подвергается воздействию магнитного поля высокой напряженности и сложной топографии. Такое воздействие вызывает коагуляцию пара- и ферромагнитных частиц, находящихся в нефти. Образовавшиеся в объеме нефти более крупные частицы являются зародышами кристаллизации всех растворенных в нефти веществ. Таким образом, при дальнейшем движении нефти по НКТ происходит активная кристаллизация асфальтенов, смол, парафинов, серы и солей в объеме потока, а не только на поверхностях оборудования. Отложения АСП на внутренних поверхностях НКТ существенно уменьшаются, основная их часть выносится потоком из скважины. Это приводит к значительному увеличению межочистного и межремонтного периодов, что и обеспечивает повышение эффективности работы скважины целиком.

Скважинный штанговый насос может быть использован в нефтедобывающей промышленности для эксплуатации скважин. Устройство содержит магнитные системы из аксиально намагниченных пар кольцевых магнитов с магнитомягкими прокладками между ними, образующими кольцевые магнитопроводы. Магниты ориентированы относительно друг друга в противоположном направлении намагничивания. Вся магнитная система - магниты и магнитопроводы расположены на муфтах из немагнитного материала и в цилиндре из немагнитного материала, образующего внешнюю поверхность плунжера. Уменьшаются асфальтосмолопарафиновые отложения на внутренних поверхностях нефтедобывающего оборудования, повышается надежность и эффективность работы скважины за счет омагничивания нефти в центральном канале плунжера. 2 ил.

Скважинный штанговый насос, включающий цилиндр с всасывающим клапаном, расположенный в цилиндре с зазором плунжер с нагнетательным клапаном, пары магнитных колец с ферромагнитной жидкостью, ориентированных относительно друг друга в противоположном направлении намагничивания, с прокладками, соединенных в пакеты и установленных на муфтах, размещенных на верхней и нижней частях плунжера, отличающийся тем, что магнитные кольца намагничены в осевом направлении, а прокладки выполнены из магнитомягкого материала и являются магнитопроводами, муфты выполнены из немагнитного материала, а вся магнитная система - магниты и магнитопроводы расположена внутри немагнитного цилиндра, образующего внешнюю поверхность плунжера.