Скважинная штанговая насосная установка Советский патент 1983 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике для добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосным установкам и может быть использовано при эксплуатации скважин.

Известна скважинная штанговая на сосная установка, содержащая станок™ качалку, колонны насосно-компрессорных труб и штанг, плунжерный насос, вращатель, выполненный в виде храпового механизма с собачкой и расположенный на устье скважины, дополнительное храповое колесо с собачкой и подпружиненным толкателем, связанное через поворотный блок посредством гибкой связи с балансиром станкакамалки, эксцентрик с толкателем, установленный соосно с дополнительным храповым колесом, причем основное храповое колесо с собачкой закреплено 2о

на установленных посредством упорного подшипника касосно-компрессорных трубах и связано с толкателем эксцентрика, а насосно-компрессорные трубы со стороны устья скважины снабжены вертлюгом и расположенными по их длине подшипниками С 1 . Недостатки этой скважинной штанговой насосной установки состоят в том что она предназначена преимущественно для эксплуатации наклонно-н правленных и искривленных скважин, сложна и. громоздка в конструктивном отношении, а также сложна в обслуживании. Кроме того, ее надежность невелика из-за больших динамических нагрузок, возникающих при повороте колонны на- сосно-компрессорных труб, что может привести к авариям, например заклиниваниям. Применение этой установки связано с большими энергетическими затратами. Наиболее близким техническим решением к предлагаемой является сква жинная штанговая насосная установка, содержащая колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расп ложеннь1ми в цилиндре, замковая часть которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство 2 . Недостатками такой скважинной. штан говой насосной установки является низкая надежность в работе, обусловленная сложностью, громоздкостью и i высокой металлоемкостью конструкции, а также большими динамическими нагрузками в колонне штанги и рабочей паре цилиндр-плунжер.

Цель изобретения - повышение надежности работы. Указанная цель достигается тем,

что в скважинной штанговой насосной установке, содержащей колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расположенным в цилиндре, замковая часть,, которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство, последнее установлено на штоке между колонной штанг и плунжером и выполнено в виде заключенной в корпусе и сопряженной со штоком цилиндрической обоймы, часть которой жестко, связана с

новлена с возможностью одновременного вращательного, и возвратно-поступательного движения в корпусе, причем в месте сопряжения нижней и верхней корпусом и плунжером, а верхняя устачастей обоймы выполнены зубья кулачкового профиля, стенка верхней части обоймы снабжена двумя сквозными продольными пазами, выполненными по винтовой линии, а шток - жестко связанным с ним пальцем, заведенным в упомянутые пазы с возможностью перемещения г. них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком, соединенным с колонной штанг и закрепленным в замковой части цилиндра с возможностью осевого перемещения. На фиг. 1 схематично представлена скважинная штанговая насосная установка, общий вид; на фиг. 2 - скважинный штанговый насос с поворотным устройством, общий вид; на фиг. 3 поворотное устройство, общий вид; на фиг. - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - поворотное устройство при крайнем верхнем положении верхней части обоймы; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - поворотное устройство при крайнем нижнем положении верхней части обоймы на фиг. 8разрез В-В на фиг. 7 (положение зацепления верхней и нижней частей обоймы); на фиг. 9 - элемент зацепления зубьев кулачкового профиля обеих частей обоймыi Скважинная штанговая насосная установка содержит станок-каталку 1 с балансиром 2, колонну насосных труб 3 с замковой опорой , колонну штанг 5, плунжерный насос 6 с полым плунжером 7 и соединенным с ним штоком 8, расположенными в цилиндре 9 замковая часть 10 которого взаимодействует с замковой опорой 4 колонны насосных труб 3, и поворотное устг ройство 11, установленное на штоке 8 между колонной штанг 5 и плунжером 7 и выполнейное в виде заключенной в корпусе 12 и сопряженной со штоком 8 цилиндрической обоймы 13. Нижняя . часть 14 обоймы жестко связана с корпусом 12 и плунжером 7. Верхняя часть 15 обоймы установлена с возможностью одновременного вращательного и воз-. вратно-поступательного движения в корпусе 12, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей 14 и 35 обоймы 13 выполнены зебья 16 кулачкового профиля,. Стенка 17 верхней части 15 обоймы снабжена двумя сквозными продольными пазами 18, выполненными по винтовой линии, а шток 8 - жестко связанным с ним пальцем 19, заведенным в пазы 18 с возможностью перемещения в них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком 20, соединенным с колонной штанг 5 и закреплённым в замковой части 10 цилиндра 9 с возможностью осевого перемещения. В цилиндре 9 насоса 6 установлен всасывающий клапан 21, а в полом плунжере 7 - нагнетательный кла пан 22. Промежутоный полый шток 20 снабжен двумя продольными сквозными пазами 23, через которые пропущен палец 24, закрепленный в замковой части 10 цилиндра 9j например, прессовой посадки. В свою очередь, промежуточный полый шток 20 через переходник соединен с колонной штанг 5 посредством переводника 25. Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом. При ходе вниз балансира 2 станкакачалки 1 движется вниз и вся колонна штанг 5 с промежуточным полым што ком 20, поворотным устройством 11 и плунжером 7 насоса 6. При ходе плунжера 7 вниз осуществляется процесс н гнетания скважинной жидкости из под плунжерной полости в плунжерную полость (не показано) и далее в полость колонны насосных труб 3,. Процесс нагнетания скважинной жидкости при движении плунжера 7 вниз проис ;одит только тогда, когда гидравли.ческое давление в плунжерной полости равно гидравлическому.давлению в подплунжерной полости. При движении плунжера 7 вниз из-за наличия гидравлических сопротивлений в нагнетательном клапане 21 плунжер 7 испытывает сопротивляющую нагрузку (продольную силу), направленную снизу вверх. Причем продольная сила тем больше, чем больше скорость движения плунжера 7 вниз. Эта продольная сила и используется для проворачивания плунжера 7 поворотным устройством 11 при движений вниз. При этом шток 8 поворотного устройства 11, соединенный с промежуточным полым штоком 20 начинает двигаться вниз. Причем, в самый начальный момент .движения штока 8 вниз (фиг. 5 и. 6), верхняя часть 15 обоймы, имеющая в своей стенке 17 два сквозных винтовых продольных паза 18, свободно висит на выступах пальца 19. При этом зубья 1б верхней 15 и нижней 14 частей обоймы 13 находятся в незацепленном состоянии. По мере перемещения всей колонны насосных штанг 5 и штока 8 вниз верхняя часть 15 обоймы сближается с ее нижней частью 14, и они своими зубьями 16 кулачкового профиля плотно прижимаются друг к другу (фиг. 3, 4, 7, 8, 9). Это обеспечивается тем, . что верхняя часть 15 движется вниз, а нижняя 14 под влиянием продольной -. силы - вверх. Затем, при дальнейшем поступательном перемещении(скольжении) выступов пальца 19 штока 8 по двум сквозным продольным пазам 18, вместе с подвижной верхней частью 13 обоймы начинает перемещаться по винтовой линии (по часовой стрелке) вокруг своей оси на необходимый угол, зависящий от параметров профиля винтовых сквозных продольных пазов 16, и нижняя часть 14 обоймы вместе с корпусом 12 (фиго 3, 4, 7, 8), т.е. в поворотном устройстве 11 плунжера 7 происходит преобразование поступательного движения штока 8 в поступательно-вращательное движение цилиндрической обоймы 13 поворотного устройства 11. Вращательному перемещению штока 8 (и прежде всего, обратному) препятствует промежуточный полый шток 20. Этот шток, благодаря двум сквозным продольным пазам 23, через которые пропущен палец 24, закреппенный в замковой части 10 цилиндра 9 .насоса 6, также перемещается вниз только поступательно,, Вращательному

5

перемещению промежуточного полого штока 20 препятствует палец 23.

Так как поворотное устройство 11 нижним концом нижней части Л обоймы соединено с плунжером 7, последний перемещается вниз по винтовой линии и проворачивается вокруг своей оси на тот же угол, что и нижняя часть . Н обоймы. Перемещение и проворачивание плунжера 7 вокруг своей оси на необ одимый угол продолжается до тех пор, пока шток 8 своим нижн)1м торцом не упирается в нижний торец внутренней расточки нижней части 1А обоймы (фиг. 7),ia палец 19 не упирается в нижние концы винтовых сквозных продольных пазов 16. Затем до конца хода вниз плунжера 7 в цилиндре 9 поворотное устройство 11 плунжера 7 движется вниз только поступательно.

При ходе вверх балансир.а 2 станкакачалки 1 вверх движется и вся колонна штанг 5 с промежуточным полым штоком 20, поворотным устройством 11 и плунжером 7 насоса 6, При ходе плун жера 7 вверх осуществляется процесс всасывания скважинной жидкости из затрубного пространства в подплунжерную полость. В самый начальный момент движения колонны штанг 5 с промежуточным полым штоком 20 вверх, шток 8 выступами пальца 19 начинает также двигаться поступательно вверх по двум винтовым продольным пазам 18, припод

нимая и проворачивая верхнюю часть 15 обоймы поворотного устройства 11 против часовой стрелки. При этом зубья 16 кулачкового профиля верхней части 5 15 обоймы начинают соскальзывать с зубьев 16 нижней части k обоймы (фиг. 9). По мере перемещения штока 8 вверх зубья 16 верхней части 15 обоймы полностью выходят из зацепления с зубьями 16 нижней ее части И, и верхняя часть 15 обоймы в обратном направлении вхолостую проворачивается вокруг своей оси. Обратное холостое проворачивание подвижной верхней части 15 обоймы в корпусе 12 вокруг своей оси против часовой стрелки продолжается до. тех пор, пока шток 8 торцом ступени большего диаметра не упирается во внутренний верхний торец корпуса 12 (фиг. 5). При этом на длину хода винтового паза 18 ве:рхней части 15 обоймы плунжер 7 в цилиндре 9 насоса 6 двигаться вверх не будет. После того, как шток 8 своим торцом ступени;большего диаметра упирается во внутренний верхний торец корпуса 12 поворотного устройства 11, плунжер 7 в цилиндре 9 до конца хода вверх двигается только поступательно. Использование предлагаемого изобретения повышает эксплуатационную наде;хность скважинной насоСной установки в работе, снижает энергетические затраты и улучшает условия труда и техники безопасности.

СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расположенными в цилиндре, замковая часть которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью . повышения надежности работы, поворотное устройство установлено на штоке между колонной штанг и плунжером и выполнено в виде заключенной в корпусе и сопряженной со штоком цилиндрической обоймы, нижняя часть которой жестко связана с корпусом и плунжером а верхняя .установлена с возможностью одновременного вращательндго и возвратно-поступательного движения в корпусе, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей обоймы выпол нены зубья кулачкового профиля, стенка верхней части обоймы снабжена дву-. . мя сквозными продольными пазами, выполненными по винтовой линии, а штокСП жестко связанным с ним кольцом, заведенным в упомянутые пазы с возможностью переме1дения в них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком, соединенным с колонной штанг и.закрепленным в замковой части о цилиндра с возможностью осевого пе4 . ремещения.

16А-А

19

18

MSMS

MvN