Скважинный штанговый насос двойного действия Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 F04B53/10 

Изобретение относится к области насосной техники и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли в составе глубинно-насосного оборудования.

Известен глубинный штанговый насос двойного действия содержащий цилиндр, спускаемый на насосно-компрессорных трубах. Внутри цилиндра насоса, перемещается поршень. Шток поршня присоединен к нижней части насосных штанг и проходит через сальник. Каждая торцовая плоскость поршня приводит в действие два клапана. Всего насос имеет два всасывающих и два нагнетательных клапана. Через нижний нагнетательный клапан жидкость попадает в насосно-компрессорные трубы по обводному каналу в стенках цилиндра насоса (Н.Д.Дрэготеску, «Глубиннонасосная добыча нефти», М., Недра, 1966, стр. 264).

К недостаткам можно отнести относительную сложность размещения клапанов в ограниченном диаметральном пространстве, недолговечность глубинного сальникового уплотнения.

Известна «Насосная система двойного действия» содержащая обсадную колонну с двумя вскрытыми пластами, насос спускаемый на колонне труб, расположенный в обсадной колонне с образованием межтрубного пространства между ними, которое разобщено пакером, расположенным между вскрытыми пластами, причем насос, выше и ниже которого, над пакером расположены верхнее и нижнее входные отверстия с клапанами, снабжен поршнем, выполненным с возможностью возвратно- поступательного движения, при этом выход насоса сверху, посредством колонны труб, сообщен через верхний выходной клапан с подпакерным пространством. Такое исполнение установки позволяет значительную часть попутно- добываемой воды закачивать в нижележащий вскрытый скважиной пласт без подъема ее на поверхность, тем самым снижая себестоимость добычи нефти (патент US № 5497832, МПК Е21 В43/38, 43/40 от 12.03.1966).

Недостатками такой системы являются сложность монтажа, в том числе из-за наличия в конструкции пакера, необходимого в данной насосной системе, для закачки попутно- добываемой воды в нижележащий пласт, без подъема ее на поверхность.

Известен также штанговый скважинный насос двойного действия, содержащий цилиндр, имеющий нижний всасывающий клапан и соединенный с колонной труб при помощи переводника, снабженного верхними всасывающим и нагнетательным клапанами, и полый плунжер, размещенный в цилиндре с образованием подплунжерной и надплунжерной полостей и возможностью возвратно-поступательного перемещения, связанный с полой штангой и имеющий нижний нагнетательный клапан, согласно изобретению цилиндр выполнен ступенчатым с нижней ступенью большего диаметра и верхней ступенью меньшего диаметра, в боковой стенке плунжера выше нижнего нагнетательного клапана выполнено сквозное отверстие для сообщения полости плунжера с камерой, образованной при его перемещении вниз в нижней ступени цилиндра, верхняя ступень цилиндра выполнена с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра колонны труб, переводник выполнен с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра колонны труб, но не меньшим внутреннего диаметра верхней ступени цилиндра, верхний нагнетательный клапан выполнен в виде втулки, расположенной на штанге с возможностью продольного перемещения по ней вверх при избыточном давлении в надплунжерной полости цилиндра и перемещения вниз в жидкости под собственным весом, и снабжен седлом, образованным на верхнем внутреннем торце переводника, причем между плунжером и верхним нагнетательным клапаном на штанге размещен упор, выполненный с возможностью взаимодействия с верхним нагнетательным клапаном (патент RU № 2436996, F04B 47/00, опубл. 20.12.2011, бюл. №35).

Недостатками известного насоса являются:

-сложность монтажа;

-недостаточно большие проходные сечения верхнего всасывающего клапана, снижающих коеффициент заполнения насоса;

-невысокая эксплуатационная надежность верхнего нагнетательного клапана.

Технической задачей настоящего изобретения является создание относительно простого, надежного в работе насоса с высоким КПД и повышение энергоэффективности глубинно-насосного оборудования.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является снижение гидравлического сопротивления, как верхнего нагнетательного клапана, так и нижнего нагнетательного клапана, относительная простота конструкции насоса и повышение энергоэффективности глубинно-насосного оборудования.

Технический результат достигается скважинным штанговым насосом двойного действия, содержащим переводник, верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами, полый плунжер, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения.

Новым является то, что ниже цилиндра размещен дополнительный цилиндр с оправкой и полым плунжером, соединенный с цилиндром при помощи муфт и патрубка с входными каналами или фильтра, при этом нижний конец дополнительного цилиндра выполнен глухим, причем полые плунжеры установлены на оправках с возможностью продольной подвижности по отношению к оправкам, ограниченной на одном ее конце упором, а на противоположном - износостойком седлом, причем оправка верхнего нагнетательного клапана установлена так, что износостойкое седло размещено в ее нижней части, а оправка нижнего нагнетательного клапана в дополнительном цилиндре установлена так, что износостойкое седло размещено в ее верхней части, и жестко связана с оправкой нижнего нагнетательного клапана штоком, длина которого равна длине хода насоса, а оправка верхнего нагнетательного клапана жестко связана со штоком насоса, длина которого равна сумме длин хода насоса и корпуса уплотнителя штока насоса, при этом над корпусом уплотнителя штока насоса размещен переводник с входом обводного канала, связывающего нижний конец дополнительного цилиндра с полостью колонны насосных труб, при этом нижний конец обводного канала оснащен клапаном шариковым, при этом нагнетательные клапана использованы принудительного срабатывания.

Так же новым является то, что полых плунжеров с оправками в каждом из цилиндров может быть установлено более одного.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого насоса (ход вверх), на фиг. 2 представлена схема предлагаемого насоса (ход вниз), на фиг. 3. сечение А-А, вариант с одинарным обводным каналом, на фиг. 4. сечение А-А, вариант с двумя обводными каналами, где цилиндр - 1, дополнительный цилиндр - 2, муфты - 3, патрубок или фильтр - 4, оправка - 5, 5', полый плунжер - 6, 6', продольные выборки - 7, упоры - 8, 8', износостойкое седло - 9, 9', износостойкая втулка - 10, 10', шток - 11, уплотнитель - 12, шток насоса - 13, корпус (штока насоса 13) - 14, стакан (штока насоса 13) - 15, седло (штока насоса 13) - 16, обводной канал - 17, обратный клапан - 18.

Скважинный штанговый насос двойного действия содержит переводник, верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами, полый плунжер 6, размещенный в цилиндре 1 с возможностью возвратно-поступательного движения.

Цилиндр 1 (фиг.1) соединенный с дополнительным цилиндром 2 при помощи муфт 3 и патрубка 4 с входными каналами или фильтра (вместо патрубка 4).

В цилиндре 1 размещен нагнетательный клапан, включающий оправку 5, на которой установлен полый плунжер 6.

Причем вдоль тела оправки 5 выполнены продольные выборки 7.

При этом на одном из концов оправки 5 выполнены упоры 8, наружный диаметр, которых больше внутреннего диаметра полого плунжера 6, а на противоположном конце оправки 5 установлено износостойкое седло 9.

При этом нижний конец полого плунжера 6 оснащен износостойкой втулкой 10, которая при ходе вверх герметично взаимодействует с износостойким седлом 9.

В дополнительном цилиндре 2 установлен аналогичный нагнетательный клапан, только развернутый на 180°, который, при ходе вверх, принудительно открывается, пропуская через себя скважинную жидкость, поступающую через входные каналы патрубка 4 или фильтр, в полость цилиндра 2.

Оправки 5 и 5' между собой жестко связаны штоком 11, длина которого соответствует длине хода насоса. В верхней части, цилиндра 1 установлен уплотнитель 12 штока насоса 13, включающий в себя корпус 14, стакан 15 и седло 16. Обводной канал 17 через обратный клапан 18 связывает нижний конец дополнительного цилиндра 2 с полостью колонны насосных труб (не показана на фиг. 1-4).

Работает описываемый насос следующим образом.

Насос спускают в скважину (не показана на фиг. 1-4) в расчетный интервал на колонне труб (не показана на фиг. 1-4). После чего спускают колонну штанг с автосцепом (не показан на фиг. 1-4), после фиксации автосцепа начинают вызывать приток скважинной жидкости.

При ходе колонны штанг со штоком насоса 13 вверх, оправка 5 верхнего нагнетательного клапана движется вверх, а полый плунжер 6, за счет трения наружной поверхности полого плунжера 6 о внутреннюю поверхность цилиндра 1, смещается вниз до упора кромки износостойкой втулки 10 в износостойкое седло 9, герметизируя этот стык. При этом уплотнитель 12 штока насоса 13, смещается вверх до упора, открывая клапан, порция скважинной жидкости подается в полость насосных труб и к устью скважины (не показаны на фиг. 1-4).

В это же время, в полости нижнего дополнительного цилиндра 2, оправка 5' нижнего нагнетательного клапана также движется вверх, а полый плунжер 6', за счет подтормаживания о внутреннюю поверхность дополнительного цилиндра 2, смещается вниз до контакта полого плунжера 6' с упором 8', клапан принудительно открывается и скважинная жидкость заполняет полость дополнительного цилиндра 2.

При ходе колонны штанг со штоком насоса 13 вниз, уплотнитель 12 смещается вниз до посадки стакана 15 в седло 16, клапан закрывается, оправка верхнего нагнетательного 5 тоже движется вниз, полый плунжер 6, за счет трения наружной поверхности полого плунжера 6 о внутреннюю поверхность цилиндра 1, смещается вверх, относительно оправки 5, нагнетательный клапан открывается, скважинная жидкость через входные каналы, заполняет полость цилиндра 1. В это же время, в полости нижнего дополнительного цилиндра 2, оправка нижнего нагнетательного клапана 5', также движется вниз, нагнетательный клапан закрывается и скважинная жидкость из полости цилиндра 2 выдавливается, через обратный клапан 18 и обводной канал 17, в полость насосных труб и к устью скважины.

Таким образом, осуществляется подача скважинной жидкости, как при ходе вверх, так и при ходе вниз.

Благодаря использованию предлагаемых клапанов, решается проблема связанная с выделением газа из скважинной жидкости, уменьшаются гидравлические сопротивления и увеличивается КПД насоса и в общем повышается энергоэффективность глубинно- насосного оборудования.

Изобретение относится к области насосной техники и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли в составе глубинно-насосного оборудования. Скважинный штанговый насос двойного действия содержит переводник, верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами, полый плунжер, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения. Ниже цилиндра размещен дополнительный цилиндр с оправкой и полым плунжером, соединенный с цилиндром при помощи муфт и патрубка с входными каналами или фильтра. Нижний конец дополнительного цилиндра выполнен глухим. Полые плунжеры установлены на оправках с возможностью продольной подвижности по отношению к оправкам, ограниченной на одном ее конце упором, а на противоположном - износостойком седлом. Оправка верхнего нагнетательного клапана установлена так, что износостойкое седло размещено в ее нижней части. Оправка нижнего нагнетательного клапана в дополнительном цилиндре установлена так, что износостойкое седло размещено в ее верхней части, и жестко связана с оправкой нижнего нагнетательного клапана штоком, длина которого равна длине хода насоса. Оправка верхнего нагнетательного клапана жестко связана со штоком насоса, длина которого равна сумме длин хода насоса и корпуса уплотнителя штока насоса. Над корпусом уплотнителя штока насоса размещен переводник с входом обводного канала, связывающего нижний конец дополнительного цилиндра с полостью колонны насосных труб. Нижний конец обводного канала оснащен клапаном шариковым. Нагнетательные клапана использованы принудительного срабатывания. Изобретения направлено на создание относительно простого, надежного в работе насоса с высоким КПД и повышение энергоэффективности глубинно-насосного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Скважинный штанговый насос двойного действия, содержащий цилиндр, соединенный с колонной насосных труб, переводник, верхний и нижний нагнетательные клапаны с седлами, полый плунжер, размещенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что ниже цилиндра размещен дополнительный цилиндр с оправкой и полым плунжером, соединенный с цилиндром при помощи муфт и патрубка с входными каналами или фильтра, при этом нижний конец дополнительного цилиндра выполнен глухим, причем полые плунжеры установлены на оправках с возможностью продольной подвижности по отношению к оправкам, ограниченной на одном ее конце упором, а на противоположном - износостойком седлом, причем оправка верхнего нагнетательного клапана установлена так, что износостойкое седло размещено в ее нижней части, а оправка нижнего нагнетательного клапана в дополнительном цилиндре установлена так, что износостойкое седло размещено в ее верхней части, и жестко связана с оправкой нижнего нагнетательного клапана штоком, длина которого равна длине хода насоса, а оправка верхнего нагнетательного клапана жестко связана со штоком насоса, длина которого равна сумме длин хода насоса и корпуса уплотнителя штока насоса, при этом над корпусом уплотнителя штока насоса размещен переводник с входом обводного канала, связывающего нижний конец дополнительного цилиндра с полостью колонны насосных труб, при этом нижний конец обводного канала оснащен клапаном шариковым, а нагнетательные клапана использованы принудительного срабатывания.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что полых плунжеров с оправками в каждом из цилиндров может быть установлено более одного.