СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС Российский патент 2008 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к технике для добычи нефти при эксплуатации скважин, продуцирующих пластовые жидкости с высоким содержанием газа, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Известны скважинные штанговые насосы (например, SU 1753040 А1, 07.08.92), содержащие цилиндр, полый плунжер, нагнетательный и всасывающий клапаны.

Недостатком таких насосов является низкий коэффициент заполнения при откачке пластовых жидкостей с высоким содержанием газа, уменьшающий их производительность. Этот недостаток объясняется тем, что при ходе плунжера вверх выделяющийся из жидкости газ скапливается под плунжером, образуя "газовую подушку", уменьшающую рабочий объем цилиндра, в результате чего снижается коэффициент заполнения насоса и, соответственно, его производительность.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому насосу является скважинный штанговый насос (SU 1756627 А1, 23.08.92), содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном, разделяющий полость цилиндра на всасывающую и нагнетательную полости. Во всасывающей полости цилиндра установлен подвижный стакан с дополнительным нагнетательным клапаном и отверстиями (окнами) для периодического (при ходе плунжера вверх) сообщения полости цилиндра с полостью плунжера. В этом насосе внутренняя (уплотняемая) поверхность цилиндра имеет диаметр, равный диаметру наружной (уплотняющей) поверхности плунжера, а отверстия для периодического сообщения полости цилиндра с полостью плунжера выполнены в хвостовике подвижного стакана. В процессе работы насоса при ходе плунжера вверх нагнетательный клапан плунжера и дополнительный нагнетательный клапан в подвижном стакане закрываются, всасывающий клапан открывается (открываются и отверстия в стакане, сообщающие полость цилиндра с полостью плунжера), и газонасыщенная жидкость заполняет полость цилиндра. При этом выделяющийся в цилиндре газ через отверстия в стакане поступает в полость плунжера и скапливается там. При ходе плунжера вниз отверстия в стакане перекрываются стенкой цилиндра, после чего газ из полости плунжера вытесняется в насосно-компрессорные трубы. В связи с тем, что в насосе-прототипе выделяющийся газ удаляется из полости цилиндра, "газовая подушка" в ней не образуется, рабочий объем цилиндра не уменьшается и производительность насоса не падает. Однако наличие в насосе-прототипе дополнительного нагнетательного клапана и подвижного стакана усложняет его конструкцию и увеличивает эксплуатационные расходы.

Задачей настоящего изобретения является снижение расходов по эксплуатации насоса за счет упрощения его конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с всасывающим клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном, размещенный в цилиндре и разделяющий его полость на всасывающую и нагнетательную полости, и отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера, часть всасывающей полости цилиндра образована внутренней поверхностью цилиндра, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера, при этом отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера выполнены в стенке нижнего конца плунжера.

Образование части всасывающей полости цилиндра его внутренней поверхностью, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера, и выполнение отверстий для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера в стенке нижнего конца плунжера позволяют исключить из конструкции насоса подвижный стакан и дополнительный нагнетательный клапан, не исключая при этом функции устранения "газовой подушки", выполняемой ими.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен общий вид заявляемого насоса.

Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 и размещенный в цилиндре 1 полый плунжер 3 с нагнетательным клапаном 4. Плунжер 3 делит полость цилиндра на всасывающую полость 5 и нагнетательную полость 6. Часть 7 всасывающей полости 5 образована внутренней поверхностью 8 цилиндра, охватывающей нижний конец 9 плунжера 3. Диаметр внутренней поверхности 8 цилиндра 1 превышает диаметр наружной поверхности плунжера 3. В стенке нижнего конца 9 плунжера. 3 выполнены отверстия 10 для сообщения полости 11 плунжера 3 с полостью 5 цилиндра 1. Расстояние от отверстий 10 до уплотняемой поверхности цилиндра 1 определяется опытно-экспериментальным путем из условия оптимального удаления газа из части 7 полости 5. Поз. 12 на чертеже обозначена обсадная труба скважины, поз.13 - колонна штанг, соединенная с плунжером 3.

Заявляемый насос работает следующим образом.

После погружения насоса в обсадную колонну 12 скважины его узлы занимают положение, показанное на чертеже. Полости 5 и 11 сообщены друг с другом посредством отверстий 10 и заполнены газонасыщенной жидкостью на величину, определяемую динамическим уровнем жидкости в скважине. Газ, выделяющийся из жидкости, находящейся в полостях 5 и 11, выходит в насосно-компрессорные трубы (не показаны).

После включения привода насоса колонна штанг 13 с плунжером 3 поднимаются вверх, нагнетательный клапан 4 закрыт, всасывающий клапан 2 цилиндра 1 открывается и газонасыщенная жидкость заполняет объем полости 5, освобождающийся при ходе плунжера вверх. Газ, скопившийся в верхней части полости 7, выходит из нее через отверстия 10 до тех пор, пока эти отверстия не перекроются уплотняемой поверхностью цилиндра 1.

При ходе колонны штанг 13 с плунжером 3 вниз всасывающий клапан 2 закрывается, нагнетательный клапан 4 открывается и жидкость из полости 5 вытесняется в полость 11 плунжера 3. В конце хода вниз отверстия 10 открываются и газ, скопившийся в части 7 полости 5, прорывается в полость 11 плунжера 3 и далее - в насосно-компрессорные трубы.

Далее в процессе возвратно-поступательного движения колонны штанг 13 с плунжером 3 циклы повторяются.

Таким образом, заявляемый насос так же, как и насос-прототип, обеспечивает удаление газа из всасывающей полости 5 цилиндра и устраняет образование "газовой подушки", но, в отличие от прототипа, позволяет сделать это, имея более простую конструкцию, что, в свою очередь, позволяет снизить эксплуатационные расходы.

Скважинный штанговый насос содержит цилиндр с всасывающим клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном, размещенный в цилиндре 1 и разделяющий его полость на всасывающую и нагнетательную полости. Отверстия в плунжере служат для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера. Часть всасывающей полости цилиндра образована внутренней поверхностью цилиндра, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера. Отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью 11 плунжера выполнены в стенке нижнего конца плунжера. Насос позволяет устранить образование "газовой подушки" на его приеме, имея конструкцию более простую, чем другие, аналогичные насосы. 1 ил.

Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном, размещенный в цилиндре и разделяющий его полость на всасывающую и нагнетательную полости, и отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера, отличающийся тем, что часть всасывающей полости цилиндра образована внутренней поверхностью цилиндра, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера, при этом отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера выполнены в стенке нижнего конца плунжера.