Скважинный штанговый насос Советский патент 1992 года по МПК F04B47/02 F04B21/04 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к эксплуатации нефтяных скважин штангово-на- сосным способом.

Известны скважинные штанговые насосы, состоящие из цилиндра, на нижнем конце которого имеется всасывающий клапан, и полого плунжера с нагнетательным клапаном.

Недостатком этих насосов является то, что в процессе нагнетания (при движении плунжера вниз) жидкость нижней полости цилиндра вытесняется через полость плунжера и переходника нагнетательного клапана в полость над плунжером; При следовании жидкость, меняя свое направление на выходе через переходники нагнетательного клапана, ударяется об цилиндр насоса, Известно, что откачиваемая жид-кость всегда содержит песок вр взвешенном состоянии и, так как твердость кварца выше твердости материала цилиндра насоса, свободные песчинки, движущиеся вместе со струей жидкости во время удара о цилиндр скользят некоторое расстояние, вызывая гидроэрозионный износ.

Изучение изношенных поверхностей цилиндра насоса показало, что гидроэрозионный износ приводит к образованию глубокой канавки и риски на цилиндре насоса, в результате чего снижается ресурс насосов и сильно падает производительность из-за утечек жидкости через изношенную пару плунжер-цилиндр.

Известны насосы типа НСН-2Т для ог- качки жидкости, содержащей песок более 0,2%. В этих насосах нагнетаемая жидкость в отличие от серийных насосов поднимается через подвижную колонну трубчатых штанг и этим предотвращается оседание песка из рабочей жидкости и попадание его в зазор между плунжером и цилиндром. Отметим, что область применения этих насосов очень ограничена, этот тип применителен только для насосов диаметром 45 и 55 мм и глубиной не более 1200 м. Практически в настоящее время они не применяются из-за неудовлетворительной работы колонны трубчатых штанг.

Известны также конструкции скважин- ных штанговых насосов, способных уменьшить гидроэрозионный износ в цилиндре. Но конструктивное исполнение этих насоСО

С

VJ CN СО VI

СП

сов ничем не отличается от серийных насосов. Снижение гидроэрозионного износа в указанном насосе достигается путем выбора соответствующего материала плунжера и цилиндра. Выполнение этого связано с дорогостоящими технологическими операциями. Промысловая практика показывает, что в этих насосах также имеет место гидроэрозионный износ в достаточной степени, так как в известных конструкциях удар твердых частиц жидкости о цилиндр неизбежен при выходе из переходника нагнетательного клапана.

За прототип принимается глубинный вставной насос (а.с. СССР №217950, кл. F04 В 47/00, 1968), где упоминается направляющая втулка (противопесочный клапана). Она размещена в верхней части конуса вставного насоса. В случае отворота и поломки насосных штанг механические примеси, находящиеся в жидкости внутри насосно- компрессорных труб, не проникают над поверхностью плунжера, так как втулка (противопесочный клапан) разобщает полости цилиндра от насосно-компрессорных труб. В процессе нагнетания по мере движения плунжера вверх давление над повер- хностью плунжера повышается и противопесочный клапан типа втулки выталкивается вверх и открывает канал для выхода жидкости из полости цилиндра в насосно-компрессорную трубу, не создавая дополнительного изменения направления движения жидкости. Поэтому нельзя утверждать, что противопесочный клапан обеспечивает соосное течение жидкости.

Отметим, что изложенный насос не защищает цилиндр от гидроабразивного износа, вызванного ударом частиц, находящихся в жидкости в процессе нагнетания, т.е. при выходе жидкости из переходника нагнетательного клапана.

Целью изобретения является повышение ресурса насосов путем устранения гидроэрозионного износа цилиндра, т.е исключением удара твердых частиц, находящихся в жидкости, при выходе из переходника нагнетательного клапана о цилиндр насоса.

Это достигается введением в конструкцию скважинных штанговых насосов серийного производства, состоящих из цилиндра и полого плунжера, дополнительно направляющего патрубка к верхней части полого плунжера, предотвращающего удар твердых частиц, находящихся в жидкости, при выходе из переходника нагнетательного клапана о цилиндр и обеспечивающего течение жидкости, параллельное оси цилиндра (как известно в этих случаях износ сводится к минимуму). Для стабилизации движения и обеспечения соосного течения жидкости длина направляющей втулки выбирается из следующего соотношения:

l (4-5)| ,

где I - длина втулки;

d - внутренний диаметр цилиндра насоса.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что жидкость, вытекая из переходника нагнетательного клапана, ударяется о стенки цилиндра, а затем постепенно перемешивается с жидкостью, находящейся над плунжером, и начинается параллельное оси цилиндра движение жидкости. При этом установлено, что необходимая длина направляющего патрубка, ограничивающего удар частиц в цилиндре насоса и обеспечивающего параллельное движение жидкости относительно оси цилиндра, непосредственно над плунжером при максимальном параметре откачки находится в указанном пределе.

На чертеже для сравнения показаны обычный насос (а) и предлагаемый (б).

Насос состоит из цилиндра 1 со всасывающим клапаном 2, плунжером 3, нагнетательными клапанами 4 и 5 с переходником

6 и направляющей втулкой 7.

Насос работает следующим образом. При движении цилиндра 3 всасывающий клапан 2 закрыт, нагнетательные клапаны А и 5 открыты. При этом жидкость вытесняется через полый плунжер и поступает в полость над плунжером. Жидкость при выходе из переходника нагнетательного клапана 7 ударяется об направляющие втулки, и течение жидкости приобретает параллельное

оси цилиндра, что исключает удар твердых частиц о цилиндр и возможный гидроэрозионный износ цилиндра.

Таким образом, этот насос позволяет устранить гидроэрозионный износ цилиндра насоса, что имеет место в серийных скважинных насосах.

Предлагаемый вариант конструкции применителен ко всем типоразмерам насосов трубного и вставного типа, а также насосов, имеющих специальное назначение.

Применение предлагаемого насоса по сравнению с базовым аналогом, в качестве которого приняты насосы типа НСН1, НСН2 и НСВ1, позволяет повысить ресурсы насосов; уменьшить потери жидкости от утечки через пару плунжер-цилиндр; увеличить наработку до отказа насосоа; сократить количество подземных ремонтов; увеличить межремонтный период работы скважин.

Формула изобретения Скважинный штанговый насос, содержащий установленный в цилиндре полый плунжер с направляющей втулкой и нагнетательным клапаном, связанный посредством переходника, имеющего отверстия, со штоком, отличающийся тем, что, с целью повышения ресурса работы путем

стабилизации движения и обеспечения со- осного течения жидкости, длина направляющей втулки выбирается из следующего соотношения:

I (4-5)d/2, где I - длина втулки;

d - внутренний диаметр цилиндра насоса.

Сущность изобретения: в цилиндре установлен полый плунжер с направляющей втулкой и нагнетательным клапаном. Плунжер связан переходником, имеющим отверстия со штоком. Длина I направляющей втулки выбирается из соотношения I (4-5)d/2, где d - внутренний диаметр цилиндра насоса. 1 ил.