Штанговый глубинный насос Российский патент 2024 года по МПК F04B47/00 F04B53/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в компоновке скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) глубинными насосами трубной конструкции при добыче нефти в условиях, осложненных высоким содержанием механических примесей в добываемой продукции.

Добыча нефти с помощью СШНУ является одним из наиболее распространенных способов добычи нефти, в том числе с помощью насосов трубной конструкции. При эксплуатации СШНУ одной из проблем является заклинивание плунжера в цилиндре из-за попадания механических примесей, содержащихся в добываемой продукции. Применение различных фильтров, противопесочных якорей и шламоуловителей не может полностью решить данную проблему из-за частичной задержки механических примесей.

Известен штанговый глубинный насос трубной конструкции (ОАО «Ижнефтемаш», Глубинные штанговые насосы. Каталог, ред. 5-2009, стр. 46), состоящий из цилиндра с боковым отверстием, присоединенных к нему удлинительных патрубков, присоединенного к нижнему удлинительному патрубку всасывающего клапана с клапанной парой увеличенного размера неизвлекаемой конструкции, длинного плунжера сборной конструкции с присоединенным к нему узлом нагнетательного клапана.

Недостатком конструкции данного насоса является низкая надежность конструкции из-за износа или заклинивания плунжера в цилиндре при попадании механических примесей, содержащихся в продукции скважин в зазор между плунжером и цилиндром, что снижает наработку на отказ и увеличивает затраты на подземный ремонт.

Известен скважинный штанговый насос (патент RU № 2369775, МПК F04B 47/00, опубл. 10.10.2009 в бюл. № 28), содержащий цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, размещенный в цилиндре полый цилиндрический плунжер, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан, и уплотнительное устройство, размещенное между цилиндром и плунжером, при этом уплотнительное устройство выполнено в виде замкнутой полости, заполненной маслом, образованной боковой поверхностью плунжера и кольцевыми выступами, выполненными на внутренней поверхности цилиндра, расположенными в средней части цилиндра и снабженными уплотнительными кольцами, взаимодействующими с боковой цилиндрической поверхностью плунжера, при этом замкнутая полость сообщена посредством канала с масляным баком, установленным выше цилиндра, а длина плунжера равна или больше суммы длин замкнутой полости и максимального хода плунжера.

Наличие насоса смазывающей жидкости, масляного бака, каналов, сообщающих замкнутую полость цилиндра с этим насосом и масляным баком, а также наличие узлов и деталей соединений каналов усложняют конструкцию, снижает ее надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является скважинный штанговый насос (патент RU № 2654558, МПК F04B 47/00, опубл. 21.05.2018 в бюл. № 15), содержащий полый плунжер с нагнетательным клапаном, цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части и кольцевым выступом в средней части. На кольцевом выступе размещены уплотнительные кольца, взаимодействующие с боковой стенкой плунжера. Между боковыми стенками цилиндра и плунжера расположена навитая из полоски цилиндрическая пружина. Она упирается нижним концом на кольцевой выступ цилиндра и обхватывает своими витками наружную боковую стенку плунжера. Наружные кромки витков пружины упираются на внутреннюю стенку цилиндра, а широкие стенки витков наклонены вверх. Витки пружины широкими стенками прилегают друг к другу, причем внутренние тонкие стенки витков выполнены цилиндрическими. Внутренний диаметр пружины выбран меньше наружного диаметра плунжера. На плунжер надето пластинчатое кольцо, выполненное в форме конической шайбы и расположенное выпуклой частью наверху. Пластинчатое кольцо упирается на верхний виток пружины. Напротив этого кольца с наружной боковой стенки цилиндра выполнены радиальные цилиндрические выборки, снабженные граверной шайбой. Со дна каждой цилиндрической выборки выполнена радиальная резьбовая выборка, в которую завернут установочный винт. Установочный винт проходит через граверную шайбу и выполнен с цилиндрической головкой и с коническим концом, взаимодействующим с верхней конической стенкой пластинчатого кольца.

Недостатками известного устройства являются:

- низкая надежность конструкции, связанная с необходимостью выполнения сквозных отверстий в цилиндре;

- низкая работоспособность устройства, связанная с недостаточной эффективностью улавливания механических частиц металлической пружиной.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции штангового насоса и увеличение эффективности задерживания механических примесей для предотвращения их попадания в зазор между плунжером и цилиндром.

Технический результат достигается штанговым глубинным насосом, включающим шток с муфтой, связанный с полым плунжером с нагнетательным клапаном, цилиндр с всасывающим клапаном.

Новым является то, что цилиндр выполнен из верхней и нижней частей, соединяемых муфтой, муфта выполнена со внутренними, ступенчатыми выступами, обеспечивающими размещение полиуретановых колец и цилиндрической пружины, над муфтой штока плунжера последовательно установлены верхняя цилиндрическая пружина и полиуретановый стакан, при этом длины верхней и нижней частей цилиндра, а также длина плунжера подбираются таким образом, чтобы плунжер в верхнем и нижнем положении всегда контактировал с полиуретановыми кольцами.

На фиг. 1, 2, 3 изображена схема штангового глубинного насоса, где плунжер - 1, нагнетательный клапан - 2, цилиндр - 3, всасывающий клапан - 4, цилиндрическая пружина - 5, верхняя часть цилиндра - 6, нижняя часть цилиндра - 7, муфта - 8, кольцевой выступ - 9, полиуретановые кольца - 10, 11, шток - 12, верхняя цилиндрическая пружина - 13, полиуретановый стакан - 14.

На фиг. 4 изображен пример конкретного выполнения насоса.

Сущность изобретения

Штанговый глубинный насос содержит шток 12 с муфтой (на фиг. 1-4 не обозначена), связанный с полым плунжером 1 с нагнетательным клапаном 2, цилиндр 3 с всасывающим клапаном 4.

Цилиндр 3 выполнен из верхней и нижней частей (на фиг. 1-4 не обозначена), соединяемых муфтой 8.

Муфта 8 выполнена со внутренними, ступенчатыми выступами, обеспечивающими размещение полиуретановых колец 10, 11 и цилиндрической пружины 5. Полиуретановые кольца 10, 11 обеспечивают исключение осаждение механических примесей в зазор между плунжером 1 и цилиндром 3 насоса, исключая заклинивание плунжера и увеличивая наработку на отказ. Размещение цилиндрической пружины 13 в кольцевом зазоре в муфте, а не в цилиндре при исключении сквозных отверстий в цилиндре, повышает надежность конструкции насоса по сравнению с наиболее близким аналогом.

Над муфтой штока 12 плунжера 1 последовательно установлены верхняя цилиндрическая пружина 13 и полиуретановый стакан 14.

При этом длины верхней и нижней частей цилиндра 3, а также длина плунжера 1 подбираются таким образом, чтобы плунжер 1 в верхнем и нижнем положении всегда контактировал с полиуретановыми кольцами 10, 11.

Устройство работает следующим образом.

При работе штангового глубинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, производится подъем продукции по колонне насосно-компрессорных труб. При движении плунжера 1 вверх всасывающий клапан 4 открывается, нагнетательный клапан 2 закрывается, происходит заполнение цилиндра 3 насоса жидкостью, поступающей из скважины. При движении плунжера 1 вниз нагнетательный клапан 2 открыт, всасывающий клапан 4 закрыт, жидкость из цилиндра поступает в плунжер 1 насоса.

В случае остановки скважины большинство механических примесей удерживаются в полиуретановом стакане 14, что повышает надежность работы насоса. Наличие верхней цилиндрической пружины 13 под стаканом обеспечивает максимальный вынос осевших в нем механических примесей при запуске установки за счет ее деформации при движении колонны штанг.

Предлагаемая конструкция штангового глубинного насоса имеет высокую надежность конструкции и увеличенную эффективность задерживания механических примесей для предотвращения их попадания в зазор между плунжером и цилиндром.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в компоновке скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) глубинными насосами трубной конструкции при добыче нефти в условиях, осложненных высоким содержанием механических примесей в добываемой продукции. Штанговый глубинный насос включает шток с муфтой, связанный с полым плунжером с нагнетательным клапаном, цилиндр с всасывающим клапаном. Цилиндр выполнен из верхней и нижней частей, соединяемых муфтой. Муфта выполнена со внутренними, ступенчатыми выступами, обеспечивающими размещение полиуретановых колец и цилиндрической пружины. Над муфтой штока плунжера последовательно установлены верхняя цилиндрическая пружина и полиуретановый стакан. При этом длины верхней и нижней частей цилиндра, а также длина плунжера подбираются таким образом, чтобы плунжер в верхнем и нижнем положении всегда контактировал с полиуретановыми кольцами. Техническим результатом изобретения является повышение надежности конструкции штангового насоса и увеличение эффективности задерживания механических примесей для предотвращения их попадания в зазор между плунжером и цилиндром. 4 ил.

Штанговый глубинный насос, включающий шток с муфтой, связанный с полым плунжером с нагнетательным клапаном, цилиндр с всасывающим клапаном, отличающийся тем, что цилиндр выполнен из верхней и нижней частей, соединяемых муфтой, муфта выполнена со внутренними, ступенчатыми выступами, обеспечивающими размещение полиуретановых колец и цилиндрической пружины, над муфтой штока плунжера последовательно установлены верхняя цилиндрическая пружина и полиуретановый стакан, при этом длины верхней и нижней частей цилиндра, а также длина плунжера подбираются таким образом, чтобы плунжер в верхнем и нижнем положении всегда контактировал с полиуретановыми кольцами.