Скважинный штанговый насос Советский патент 1993 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добычи нефти и может быть использовано при эксплуатации скважин в нефтегазодобывающих отраслях промышленности,

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности насоса путем применения в скважинах, продуцирующих пластовые жидкости, содержащие соли и серу.

На фиг. 1 изображен продольный разрез скважинного штангового насоса на уровне механизма приемным клапаном; на фиг. 2 - продольный разрез на уровне приемного клапана и фильтра.

На корпусе 1, на кольцевом выступе 2, установлена поворотная втулка 3, у которой имеется кольцевая канавка под соответствующий кольцевой выступ 2, благодаря которым втулка приобретает возможность поворота, но лишена возможности осевого смещения. На кольцевом выступе 2 предусмотрена канавка под уплотнительный элемент 4 (резиновое кольцо, манжета). Внутри полого корпуса 1 установлен с возможностью осевого смещения толкатель 5, причем

в канавке толкателя расположен аналогичный предыдущему уплотнительный элемент 6.

Толкатель 5 опирается на оси 7 с роликами 8 на концах, установленные в его радиальных отверстиях. В зоне прохождения осей 7 в корпусе 1 выполнены вертикальные пазы 9. Верхняя пара роликов 7 опирается на кулачок 10 с четным количеством равно- .расположенных, чередующихся по направлению осевого смещения впадин (не показаны). Толкатель 5 подпружинен вниз с помощью пружины 11 через шайбу 12 и нижнюю пару роликов 8 с осью 7. Полость 13 кулачкового механизма с пружиной 11 снизу закрыта сплошной перегородкой 14, а сверху - уплотнительными элементами 4, 6 и заполнена смазочной жидкостью.

Ниже перегородки 14 к поворотной втулке 3 с внутренней стороны прикреплены с помощью болтов 15 упругие элементы 16, пропущенные через промежуточный упор 17. На свободных концах упругих элементов 16 выполнены прорези (не показаны), в которых на осях 18 установлены

Ј

00

OK 00

о ел

ролики 19 с острыми кромками на периферии.

Для предотвращения срабатывания механизма управления приемным клапаном 20 (фиг. 2) при спуске колонны НКТ с насосом необходимо изолировать ролики 19 от обсадной колонны 21. С этой целью в конструкцию вводится предохранительное устройство, состоящее из телескопического стержня с наружным 22 и внутренним 23 полу ётержнями, которые соединены с упругими элементами с помощью шарнира 24. В телескопическом стержне выполнено радиальное отверстие, в которое вставляется предохранительный палец 25 из материала, способного разлагаться в среде рабочей жидкости.

В исходном положении упругие элементы 16 сведены к центру поворотной втулки 3, ролики 19 не выступают за наружный контур поворотной втулки 3, предохранительный палец 25 установлен в телескопическом стержне 22, 23. При соприкосновении пальца 25 с рабочей жидкостью он (палец) начинает разлагаться, происходит срез под действием упругих сил упругих элементов 16 и ролики 19 выходят из предусмотренных в поворотной втулке 3 окон 26 и вступают в контакт с обсадной колонной 21.

Полный корпус 1 в продолжении соединен с фильтром 27 (фиг. 2), который, в свою очередь, через муфту 28 соединен с переводником 29. Переводник 29 представляет собой сменную промежуточную деталь между фильтром 27 и цилиндром 30 насоса и присоединяется к цилиндру 30 насоса, а также к клапанной клетке 31 приемного клапана с седлом 32 и запорным элементом 20. Верхняя часть клетки 31 выполнена в виде стержня 30 для взаимодействия с запорным элементом нагнетательного клапана в плунжере (не показаны). Для центрации толкателя 5 на нем предусмотрены направляющие

34 (фиг. 2). Поворотная втулка 3 имеет окно

35 для удобства при замене предохранительного кольцэ 25, а внизу - днище 36, предназначенное для удержания деталей в поворотной втулке 3 при авариях, чтобы не засорять забой.

Скважинный штанговый насос работает следующим образом.

За то время, пока производится спуск колонны НКТ, штанг, сборка арматуры ит.д., предохранительный палец 25 разлагается и происходит его срез. Ролики 19 вступают в контакте обсадной колонной 21.

При необходимости, если это оправдано (например, с целью предупредить износ осей 18 и роликов 19), палец 25 может быть с таким сечением (или из такого материала).

что он (палец) сработает только через месяцы.

Таким образом, после спуска колонны НКТ есть гарантия того, что толкатель 5 и,

следовательно, запорный элемент 20 продолжают оставаться в исходном (нижнем) положении, как они были установлены на устье. Это значит, что нормальная работа насоса обеспечена.

при движении плунжера вниз приемный клапан 20 закрыт, а нагнетательный клапан открыт, Пластовая жидкость перете- кает из полости цилиндра 30 подллунжером вверх, нагнетательный клапан закрывается,

5 а приемный 20 открывается и происходит подъем пластовой жидкости и заполнение полости цилиндра 30 под плунжером. Далее цикл работы повторяется.

При выполнении технологических опе0 раций, требующих принудительного открытия клапанов, подземного ремонта, например прямой промывки скважины или прямой обработки НКТ от парафина каким- либо дорогостоящим препаратом, плунжер

5 насоса опускается вниз до упора. В результате стержень 33 открывает нагнетательный клапан. Для открытия приемного клапана 20 колонну насосно-компрессорных труб поворачивают по часовой стрелке на угол, при

0 котором ролики 8 займут на кулачке 10 положение, соответствующее их максимальному перемещению вверх, попав во впадины, смещенные вверх. Пружина 11 при этом способствует фиксации верхней

5 пары роликов 8 на указанных впадинах, при-, жима я их (ролики) к кулачку 10.

При отрыве колонны НКТ происходит

. одновременно и подъем и поворот колонны,

Втулка 3 в это время остается непод0 вижной (не проворачивается) относительно обсадной колонны 21 за счет сцепления роликов 19 с упругими элементами 16 за обсадную колонну 21 острыми кромками. Так как ось 7 и ролики 8 связаны с тол5 кателем 5, то последний тоже переместится вверх и откроет приемный клапан 20 независимо от направления, течения жидкости через него. На этом этапе осуществляют технологическую операцию, например пря0 Мую промывку колонны НКТ или фильтра с целью его очистки и т.д.

Если требуется подъем колонны НКТ, то слив жидкости будет обеспечен, так как приемный клапан 20 для этого открыт.

5 Если оборвался плунжер, то и в этом случае все клапаны насоса открыты: прием-. ный клапан 20 открывается механизмом уп- Р вяения приемным клапаном, а i агнетательный - благодаря стержню 33, оедусмотренному на клетке нагнетательного клапана в плунжере. Для закрытия приемного клапана 20 колонну НКТ (вместе с цилиндром 30, полым корпусом 1) поворачивают до тех пор, пока ролики 8 не займут нижнее положение во впадинах кулачка 10. Под действием пружины 11 толкатель 5 опускается в нижнее положение, отходит от запорного элемента 20, который свободно опускается на седло 32..

Применение в скважинном штанговом насосе предохранительного устройства гарантирует безотказный запуск насоса, открывает новые возможности регулирования времени срабатывания предохранительного пальца 25. Расположение упругих эле- ментов 16 внизу, за фильтром 27, позволяет, во-первых, конструктивно осуществить предохранительное устройство, использовав упругие силы имеющихся, как и в прототипе, упругих элементов 16, а во-вторых, избе- жать зоны прохождения пластовой жидкости (отложение солей, влияние серы и т.д.), загерметизировать кулачковый механизм, унифицировать механизм управления приемным клапаном, что обусловливает ка- явственное изменение эксплуатационных характеристик насоса. Одновременно предлагаемый насос предусматривает решение одного из множества экологических вопросов - слив жидкости из колонны НКТ.

Формула изобретения 1. Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с расположенным в его нижней части всасывающим клапаном, раз- мещенный в цилиндре полый плунжер с ус- тановленным в его нижней части нагнетательным клапаном, каждый из клапанов выполнен в виде клетки с расположенными в ней седлом и запорным элементом, полый, связанный с клеткой всасывающего клапана, имеющей в верхней части форму стержня, и цилиндром корпус, на котором расположена поворотная втулка,

снабженная упругими элементами, установленными на его концах с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины роликами, выполненными с острыми кромками, механизм управления всэсывзющим клапаном, включающий размещенный на проходящих одна под другой через полый корпус vi подпружиненных относительно одна другой осях с роликами на концах с возможностью осевого размещения толкатель, вертикальные пазы, выполненные в полом корпусе в зоне расположения осей с роликами, под верхнюю из которых поворотная втулка снабжена кулачком с четным количеством равнорасположенных, чередующихся по направлению осевого перемещения впадин, установленную на корпусе дополнительную втулку, расположенную с возможностью взаимодействия с нижней парой роликов и размещенную между дополнительной втулкой и кулачком пружину сжатия, а также фильтр, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем применения в скважинах, продуцирующих пластовые жидкости, содержащие соли и серу, механизм управления всасывающим клапаном расположен под фильтром, поворотная втулка и толкатель герметизированы относительно полого корпуса посредством уп- лотнительных элементов, а упругие элементы связаны между собой шарнирно установленными стержнями, образующими телескопическое соединение с выполнением в нем сквозным осевым отверстием, в котором с возможностью разлагаться в среде пластовой жидкости размещен предохранительный палец, причем упругие элементы направлены своими роликами вниз.

2, Насос по п. 1,отличающийся тем, -что механизм управления всасывающим клапаном заполнен смазкой.

Использование: при эксплуатации скважин в нефтегазодобывающих отраслях промышленности. Сущность изобретения: механизм управления всасывающим клапаном расположен под фильтром насоса упругими элементами вниз, поворотная втулка и толкатель относительно полого корпуса за- герметизированы уплотнительными элементами, а механизм управления приемным клапаном заполнен смазочной жидкостью. Упругие элементы взаимодействуют с обсадкой колонной и шарнирно соединены между собой телескопическим стержнем с радиальным отверстием под предохранительный палец со способностью разлагаться в среде рабочей жидкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.