Скважинный штанговый насос для малодебитной скважины

 

Насос предназначен для использования в устройствах для подъема жидкости из нефтяных скважин, преимущественно малодебитных, для подъема маловязкой и высоковязкой нефти с помощью привода от станка-качалки. Скважинный штанговый насос содержит цилиндр с плунжером. Цилиндр состоит из однотипных втулок с внутренней расточкой на одном конце и наружной расточкой на другом, собранных беззазорно с образованием внутренней канавки в трубном кожухе. Плунжер выполнен в виде поршня с резьбой на нижнем конце, верхняя часть которого выступает над цилиндром на высоту головки насосной штанги и содержит грузовой стержень с направляющими ребрами. Цилиндр и узел нагнетательного клапана заключены в дополнительный трубный кожух, а кольцевое пространство между внутренним диаметром дополнительного трубного кожуха и наружным диаметром цилиндра сообщается с лифтовой колонной труб и является каналом для прохода жидкости. Увеличивается глубина спуска без перегрузки колонны штанг и повышается срок службы насоса. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам для подъема жидкости из нефтяных скважин, преимущественно малодебитных, и может быть использовано для подъема маловязкой и высоковязкой нефти с помощью привода от станка-качалки.

Известен нормальный ряд скважинных штанговых насосов по ОСТ 26-16-06-86, где наименьший диаметр плунжера составляет 29 мм, при этом шаровой клапан с седлом закреплен на плунжере. Для непрерывной работы по откачке жидкости из малодебитной скважины (0,5-5 м³/сут) с помощью стандартных станков-качалок без изменения конструкции привода невозможно использовать известные скважинные штанговые насосы. Поэтому для малодебитных скважин предусматривают период накопления и период откачки жидкости, что является определенным недостатком в технологии сборки и подготовки нефти. В зимние периоды, например, за продолжительное время накопления остывают нагнетательные трубопроводы от скважины до сборного пункта, при этом выпадают парафино-смолистые отложения или происходит замерзание воды, содержащейся в нефти в низких местах трубопровода, и требуется прогрев всей его длины. Известно, что равномерное поступление нефти из скважины на пункт сбора упрощает технологию ее подготовки.

Известна скважинная штанговая насосная установка, включающая цилиндр с плунжером, заключенный в трубный кожух, узел приемного клапана и узел нагнетательного клапана, в корпусе которого размещены кольцевой подпружиненный затвор, седло и переводник, прикрепленные к корпусу, а нижний конец цилиндра с наружной резьбой пропущен через седло и закреплен в центре переводника, а его верхний свободный конец отцентрован и закреплен установочными винтами на муфте первой подъемной трубы. Патент РФ 2125184, F 04 В 47/00, опубл. 20.01.99, бюл. 2.

Однако подготовка длиномерного цилиндра для скважинного штангового насоса с очень малым диаметром канала с высокой чистотой обработки и упрочнением внутренней поверхности цилиндра представляет определенные трудности и требует специальное оборудование или изменения конструкции цилиндра. Кроме того, выполнение поперечных канавок типа "пескобрей" на плунжере с малым поперечным сечением привело бы к резкому уменьшению жесткости такого плунжера и, соответственно, это стало бы причиной его поломки.

Решаемая изобретением задача - увеличение глубины спуска скважинного штангового насоса для малодебитной скважины без перегрузки колонны штанг и повышение срока службы насоса.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного устройства, - повышение коэффициента подачи насоса, отсутствие смещения втулок относительно друг друга, расположенных в цилиндре в трубном кожухе.

Поставленная изобретением задача с достижением указанного технического результата решается в известном скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с плунжером, заключенный в трубный кожух, узел приемного клапана и узел нагнетательного клапана, в корпусе которого размещены подпружиненный затвор, седло и переводник, прикрепленные к корпусу, причем нижний конец цилиндра с наружной резьбой пропущен через седло и закреплен в центре переводника, а его верхний свободный конец отцентрован и закреплен установочными винтами на муфте первой подъемной трубы, согласно изобретению цилиндр состоит из однотипных втулок с внутренней расточкой на одном конце и наружной расточкой на другом конце, причем глубина внутренней расточки больше глубины расточки на наружной поверхности, собранных беззазорно с образованием внутренней канавки в трубном кожухе, а плунжер выполнен в виде поршня с резьбой на нижнем конце, верхняя часть которого выступает над цилиндром на высоту головки насосной штанги и содержит грузовой стержень с направляющими ребрами, при этом цилиндр и узел нагнетательного клапана заключены в дополнительный трубный кожух, а кольцевое пространство между внутренним диаметром дополнительного трубного кожуха и наружным диаметром цилиндра сообщается с лифтовой колонной труб и является каналом для прохода жидкости.

Указанные преимущества и особенности настоящего изобретения станут понятными при рассмотрении лучшего варианта его исполнения с прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлен в продольном разрезе общий вид скважинного штангового насоса для малодебитной скважины, а на фиг. 3 - общий вид поршня, соединенного с грузовым стержнем. На фиг. 4, 5, 6 представлены поперечные сечения по А-А, Б-Б, В-В.

Скважинный штанговый насос для малодебитной скважины содержит цилиндр 1, состоящий из однотипных втулок 2, беззазорно собранных в трубном кожухе 3 и закрепленных переводниками 4 на концах трубного кожуха 3. В цилиндре 1 размещен плунжер в виде поршня 5, на верхнем конце которого прикреплен грузовой стержень 6 с направляющими ребрами 7, а на нижнем конце выполнена резьба 8 для захвата втулки 9, причем тело втулки 9 перекрывает поперечное отверстие 10 слива жидкости. Цилиндр 1 посредством переводника 4 закреплен в центральном канале корпуса седла 11 и пропущен через затвор 12 с пружиной 13. На нижнем конце затвора 12 предусмотрена плоская уплотнительная поверхность. Затвор 12 имеет подвижное соединение с переводником 4. Цилиндр 1 и нагнетательный клапанный узел 14 заключены в дополнительный трубный кожух 15, при этом он нижней частью прикреплен к корпусу седла 11, а верхней частью - к муфте 16 первой трубы лифтовой колонны с помощью установочных винтов 17. Кольцевое пространство 18 между внутренним диаметром дополнительного трубного кожуха 15 и наружным диаметром цилиндра 1 является каналом для жидкости и сообщается с лифтовой колонной труб. Узел приемного клапана 19 закреплен на нижней части корпуса седла 11.

Втулка 2 выполнена с внутренней расточкой на одном конце и наружной расточкой на другом, при этом глубина внутренней расточки больше глубины расточки на наружной поверхности. Такое исполнение расточек на втулках при их соединении обеспечивает точную фиксацию их между собой и образует внутреннюю канавку для накопления излишек смазки и песка, попавших в зазор втулки 2 с поршнем 5.

Поршень имеет сплошное сечение, диаметр его рабочей поверхности имеет износостойкое покрытие, например хромовое, и соответствует диаметру насосной штанги. Присоединительные размеры такого поршня полностью соответствуют размерам головки насосной штанги. Поршень выступает над цилиндром на высоту головки насосной штанги. Для передачи на поршень только вертикальной составляющей нагрузки и удержания поршня от бокового выпучивания к нему прикрепляют грузовой стержень длиной не менее длины поршня с направляющими ребрами. Эти меры позволяют увеличить длину хода поршня без потери устойчивости с 1,76 м до 2,52 м при силе сжатия 4172 Н, то есть существенно улучшить функциональную возможность насоса.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный штанговый насос для малодебитной скважины опускают в скважину на нижнем конце лифтовой колонны труб, при этом поршень 5 с грузовым стержнем 6 опускают на штанговой колонне до тех пор, пока его нижний конец с резьбой 8 не сядет на втулку 9.

Подача жидкости насосом осуществляется только при ходе поршня вниз, а при ходе вверх через приемный клапанный узел 19 жидкость заполняет полость цилиндра 1, затвор 12 нагнетательного клапанного узла 14 закрыт. При ходе поршня вниз жидкость из нижней части переводника 4 выдавливается и подается через канал корпуса седла 11, затвор 12 с пружиной 13, далее по кольцевому пространству 18.

Силой сжатия поршня насоса является собственный вес утяжеленного низа штанговой колонны в жидкости. Максимальная нагрузка в точке подвески колонны штанг соответствует собственному весу колонны. Откачка жидкости из скважины производится при ходе поршня вниз, то есть при уменьшении нагрузки на головке балансира.

Вышеуказанные особенности работы насоса уменьшают нагрузку на колонне штанг, соответственно, снижается расход электроэнергии на подъем жидкости из скважины.

При отсутствии разницы площадей поршня и штанги не может создаваться дополнительная нагрузка на колонну штанг при ходе вверх. А при ходе поршня вниз нагрузка на поршень создается за счет снижения собственного веса штанговой колонны на устье скважины. При таком действии нагрузки на поршень и в точке подвески колонны штанг вполне можно увеличить глубину спуска скважинного штангового насоса для малодебитной скважины без перегрузки колонны штанг.

Формула изобретения

Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с плунжером, заключенный в трубный кожух, узел приемного клапана и узел нагнетательного клапана, в корпусе которого размещены подпружиненный затвор, седло и переводник, прикрепленные к корпусу, причем нижний конец цилиндра с наружной резьбой пропущен через седло и закреплен в центре переводника, а его верхний свободный конец отцентрован и закреплен установочными винтами на муфте первой подъемной трубы, отличающийся тем, что цилиндр состоит из однотипных втулок с внутренней расточкой на одном конце и наружной расточкой на другом, причем глубина внутренней расточки больше глубины расточки на наружной поверхности, собранных беззазорно с образованием внутренней канавки в трубном кожухе, а плунжер выполнен в виде поршня, верхняя часть которого выступает над цилиндром на высоту головки насосной штанги и содержит грузовой стержень с направляющими ребрами, а на нижней части выполнена резьба, при этом цилиндр и узел нагнетательного клапана заключены в дополнительный трубный кожух, а кольцевое пространство между внутренним диаметром дополнительного трубного кожуха и наружным диаметром цилиндра сообщается с лифтовой колонной труб и является каналом для прохода жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6