СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС НСНБРК 57 Российский патент 2015 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к скважинным штанговым насосам, используемым для поднятия высоковязкой нефти на поверхность.

Известен скважинный штанговый насос [RU 2340792, F04B 47/00, 10.12.2008], 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, при этом часть всасывающей полости цилиндра образована его внутренней поверхностью, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера, а отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера выполнены в стенке нижнего конца плунжера.

Однако наличие на нижнем конце цилиндра внутренней полости, имеющей больший диаметр, чем у плунжера данного насоса, значительно увеличивает металлоемкость конструкции, следовательно, повышает стоимость изделия и снижает коэффициент полезного действия (КПД) установки, так как при нахождении бокового отверстия плунжера в зоне расширения цилиндра во время рабочего хода работа по поднятию жидкости не осуществляется. При работе с сильногазированными жидкостями (например, летучей нефтью или газоконденсатом) происходит резкое падение пластового давления, что нежелательно для освоения пласта. Кроме того, при необходимости обслуживания и/или ремонта насоса необходимо поднимать на поверхность плунжер и цилиндр с клапанами, что требует дополнительных затрат на обслуживание при работе с высоковязкими нефтями, содержащими парафины, асфальтены и смолы. А работа клапанов только под действием собственного веса и потока жидкости с высоковязкими нефтями приводит к их быстрому выходу из строя (всплытию клапанов и залипанию в верхнем - открытом положении).

Известен также скважинный штанговый насос [RU 2451211, C1, F04B 47/00, 20.05.12], содержащий цилиндр, связанный верхней частью с колонной насосно-компрессорных труб, плунжер, размещенный в цилиндре с образованием надплунжерной камеры и соединенный с колонной штанг, имеющей упор, нагнетательный клапан, подвижно расположенный на колонне штанг между упором и плунжером и выполненный кольцевым, с диаметром, превышающим диаметр плунжера, всасывающий клапан, сообщающий надплунжерную камеру с внутрискважинным пространством, и ограничитель хода вверх нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне труб, причем плунжер выполнен полым, всасывающий клапан оснащен толкателем, жестко соединенным с колонной штанг и вставленным внутрь плунжера с возможностью продольного перемещения, ограниченного сверху наружным выступом толкателя, а снизу - всасывающим клапаном, перекрывающим полость плунжера при перемещении вверх, при этом нагнетательный клапан изнутри снабжен тормозом, взаимодействующим с колонной штанг с усилием, не превосходящим усилие цанги ограничителя хода.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая ремонтопригодность, поскольку при ремонте и/или обслуживании, например, плунжера, как наиболее часто выходящего из строй элемента, приходится осуществлять подъем плунжера со всеми принудительно закрывающимися и открывающимися клапанами, что осложняет работы по ремонту и может привести к поломке клапанов как при подъеме, так и при опускании.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному является скважинный штанговый насос [RU 1588024, МПК F04B 47/02, 27.03.1996], содержащий цилиндр, связанный верхней частью с колонной насосно-компрессорных труб, плунжер, размещенный в цилиндре с образованием надплунжерной и подплунжерной камер и соединенный с колонной штанг, имеющей упор, нагнетательный клапан, подвижно расположенный на колонне штанг между упором и плунжером и выполненный кольцевым, с диаметром, превышающим диаметр плунжера, всасывающий клапан, сообщающий надплунжерную камеру с внутрискважинным пространством, и ограничитель хода вверх нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне труб.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность, обусловленная низкой износоустойчивостью нагнетательного клапана, который при перемещении в колонне насосно-компрессорных труб движется под воздействием различных действующих на него сил не строго вертикально и, следовательно, достаточно быстро изнашивается.

Задачей полезной модели является повышение надежности.

Требуемый технический результат также заключается в повышении надежности.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем плунжерную камеру в форме полого цилиндра, соединенную в верхней части с колонной насосно-компрессорных труб, внутренний диаметр которых выполнен больше внутреннего диаметра плунжерной камеры, плунжер цилиндрической формы, соединенный с колонной штанг и выполненный по диаметру плунжерной камеры, в которой он размещен с образованием надплунжерной и подплунжерной частей, а также нагнетательный клапан, подвижно установленный на колонне штанг между упором, которым оснащена колонна штанг, и плунжером, всасывающий клапан, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в надплунжерной части плунжерной камеры, дренажный клапан, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в подплунжерной части плунжерной камеры, и ограничитель хода нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне насосно-компрессорных труб над плунжерной камерой, согласно изобретению введен центратор, подвижно установленный на колонне штанг над нагнетательным клапаном и выполненный в форме тела цилиндрической формы, на внешней поверхности которого выполнены боковые наклонные проточки, а нагнетательный клапан выполнен в форме тела цилиндрической формы с диаметром плунжерной камеры и центратора и средняя часть которого выполнена меньшим диаметром с плавным переходом в верхнюю и нижнюю части, при этом ограничитель хода нагнетательного клапана в виде цанги выполнен с возможностью охвата средней части нагнетательного клапана.

На чертеже представлен предлагаемый скважинный штанговый насос.

Скважинный штанговый насос содержит плунжерную камеру 1, имеющую корпус 2, выполненный в форме цилиндра и связанный в верхней части с колонной 3 насосно-компрессорных труб, внутренний диаметр которых выполнен больше внутреннего диаметра плунжерной камеры 1.

Кроме того, скважинный штанговый насос содержит плунжер 4 цилиндрической формы, выполненный по форме плунжерной камеры 1, размещенный в ней с образованием надплунжерной 5 и подплунжерной 6 частей и соединенный с колонной 7 штанг, оснащенной упором 8, а также нагнетательный клапан 9, подвижно установленный на колонне 7 штанг между упором 8 и плунжером 4.

Скважинный штанговый насос содержит также всасывающий клапан 10, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в надплунжерной части 5 плунжерной камеры, дренажный клапан 11, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в подплунжерной части 6 плунжерной камеры, и ограничитель 12 хода нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне 3 насосно-компрессорных труб над плунжерной камерой 1, причем нагнетательный клапан 9 выполнен в форме тела цилиндрической формы, средняя часть 13 которого выполнена меньшим диаметром с плавным переходом в верхнюю 14 и нижнюю 15 части, а ограничитель 12 хода нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, выполнен с возможностью охвата средней части 13 нагнетательного клапана.

Кроме того, скважинный штанговый насос содержит центратор 16, подвижно установленный на колонне 7 штанг над нагнетательным клапаном 9 и выполненный в форме тела цилиндрической формы с диаметром верхней части 14 нагнетательного клапана 9, причем на внешней поверхности центратора выполнены боковые наклонные проточки 17.

Нагнетательный клапан 9 и центратор 16 изнутри снабжены тормозами, взаимодействующими с колонной 7 штанг с усилием, не превосходящим усилие ограничителя 12 хода нагнетательного клапана, выполненного в виде цанги. Тормоза могут быть изготовлены любой известной конструкции, например в виде надетых совместно с нагнетательным клапаном 9 и центратора 16 с натягом на колонну 7 штанг набора фрикционных накладок (медных сегментов), пружинных (разрезных) колец, эластичных (резиновых или полиуретановых) колец и/или магнитных наборных сегментов, зафиксированных и поджатых контрирующим винтом.

Скважинный штанговый насос работает следующим образом.

Колонну 7 штанг присоединяют к приводу, который придает ей возвратно-поступательное движение, передающееся плунжеру 4. При ходе плунжера 4 вниз нефть из затрубного пространства через всасывающий клапан 10 направляется в надплунжерную часть 5 плунжерной камеры. При этом нефть, попавшая в подплунжерную часть 7 плунжерной камеры из-за утечек, удаляется через дренажный клапан 11 в затрубное пространство. При перемещении колонны 7 штанг вверх относительно плунжерной камеры 1 плунжер 4 поднимается вверх. В результате в надплунжерной части 5 плунжерной камеры 1 создается избыточное давление по отношению к столбу нефти, находящемуся в колонне 3 насосно-компрессорных труб. Нагнетательный клапан 7 под действием этого избыточного давления поднимается над плунжерной камерой 1 и нефть из надплунжерной части 5 плунжерной камеры поступает в колонну 3 насосно-компрессорных труб для извлечения из скважины. Во время своего подъема и опускания нагнетательный клапан 9 контактирует с ограничителем 12 хода нагнетательного клапана, выполненного в виде цанги, что приводит к его уравновешенному вертикальному перемещению внутри колонны 3 насосно-компрессорных труб, что снижает его горизонтальные колебания и, в результате, снижает износ нагнетательного клапана 9. Кроме того, нижняя часть нагнетательного клапана 9 может быть выполнена с фаской, чтобы уменьшить его контакт с внутренней поверхностью плунжерной камеры 1, что также приводит к снижению износа нагнетательного клапана 9.

Кроме того, нефть обтекает центратор 16 и, попадая в проточки 17, закручивается, снижая тем самым ударные воздействия под влиянием работы плунжера потока нефти на нагнетательный клапан насосно-компрессорных труб. При перемещении колонны 7 штанг вниз относительно плунжерной камеры 1 нагнетательный клапан 9 вместе с колонной 7 штанг принудительно опускается к плунжерной камере 1 и перекрывает сообщение между колонной 3 насосно-компрессорных труб и надплунжерной частью 5 плунжерной камеры. Далее повторяются процессы, описанные выше.

При необходимости проведения ремонтных работ (до 90% случаев из-за выхода из строя нагнетательного клапана 9) или при плановом обслуживании насоса из скважины извлекают на колоне 7 штанг узел в составе плунжера 4 с нагнетательным клапаном 9 и упором 8, преодолевая усилие ограничителем 12 хода нагнетательного клапана, выполненного в виде цанги. После проведения ремонтных работ проводят обратную установку поднятого узла.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям (заключающимся в том, что введен центратор, подвижно установленный на колонне штанг над нагнетательным клапаном и выполненный в форме тела цилиндрической формы, на внешней поверхности которого выполнены боковые наклонные проточки, а нагнетательный клапан выполнен в форме тела цилиндрической формы с диаметром плунжерной камеры и центратора и средняя часть которого выполнена меньшим диаметром с плавным переходом в верхнюю и нижнюю части, при этом ограничитель хода нагнетательного клапана в виде цанги выполнен с возможностью охвата средней части нагнетательного клапана, обеспечивается повышение надежности насоса за счет уменьшения износа нагнетательного клапана, поскольку во время своего подъема и опускания в процессе работы насоса нагнетательный клапан 9 контактирует с ограничителем 12 хода нагнетательного клапана, выполненного в виде цанги, что приводит к его уравновешенному вертикальному перемещению внутри колонны 3 насосно-компрессорных труб и снижает износ нагнетательного клапана 9, а благодаря действию центратора 16 снижаются ударные воздействия на нагнетательный клапан и насосно-компрессорные трубы.

Изобретение относится к штанговым насосам, используемым для поднятия высоковязкой нефти на поверхность. Насос содержит плунжерную камеру в форме полого цилиндра, соединенную в верхней части с колонной насосно-компрессорных труб, внутренний диаметр которых выполнен больше внутреннего диаметра плунжерной камеры. Цилиндрический плунжер соединен с колонной штанг и выполнен по диаметру плунжерной камеры. Нагнетательный клапан подвижно установлен на колонне штанг между упором, которым оснащена колонна штанг, и плунжером. Всасывающий клапан сообщен с затрубным пространством и размещен в надплунжерной части плунжерной камеры. Дренажный клапан сообщен с затрубным пространством и размещен в подплунжерной части плунжерной камеры. Ограничитель хода нагнетательного клапана выполнен в виде цанги, установленной в колонне насосно-компрессорных труб над плунжерной камерой. В устройство введен центратор, подвижно установленный на колонне штанг над нагнетательным клапаном и выполненный в форме тела цилиндрической формы, на внешней поверхности которого выполнены боковые наклонные проточки. Нагнетательный клапан выполнен в форме тела цилиндрической формы, средняя часть которого выполнена с меньшим диаметром с плавным переходом в верхнюю и нижнюю части. Ограничитель хода нагнетательного клапана в виде цанги выполнен с возможностью охвата средней части нагнетательного клапана. Центратор выполнен с диаметром, соответствующим диаметру верхней части нагнетательного клапана. В устройстве достигается повышение надежности. 1 ил.

Скважинный штанговый насос, содержащий плунжерную камеру в форме полого цилиндра, соединенную в верхней части с колонной насосно-компрессорных труб, внутренний диаметр которых выполнен больше внутреннего диаметра плунжерной камеры, плунжер цилиндрической формы, соединенный с колонной штанг и выполненный по диаметру плунжерной камеры, в которой он размещен с образованием надплунжерной и подплунжерной частей, а также нагнетательный клапан, подвижно установленный на колонне штанг между упором, которым оснащена колонна штанг, и плунжером, всасывающий клапан, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в надплунжерной части плунжерной камеры, дренажный клапан, сообщающийся с затрубным пространством и размещенный в подплунжерной части плунжерной камеры, и ограничитель хода нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне насосно-компрессорных труб над плунжерной камерой, отличающийся тем, что введен центратор, подвижно установленный на колонне штанг над нагнетательным клапаном и выполненный в форме тела цилиндрической формы, на внешней поверхности которого выполнены боковые наклонные проточки, а нагнетательный клапан выполнен в форме тела цилиндрической формы, средняя часть которого выполнена с меньшим диаметром с плавным переходом в верхнюю и нижнюю части, при этом ограничитель хода нагнетательного клапана в виде цанги выполнен с возможностью охвата средней части нагнетательного клапана, а центратор выполнен с диаметром, соответствующим диаметру верхней части нагнетательного клапана.