Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами

 

Изобретение предназначено для использования в области добычи нефти в нефтегазовой промышленности при эксплуатации скважин. Насос содержит цилиндр, плунжеры, всасывающий клапан, колонну насосных штанг. Цилиндр насоса выполнен подвижным относительно колонны насосно-компрессорных труб и снабжен управляемым нагнетательным клапаном и крестообразным ограничителем хода, соединенными с колонной насосных штанг. Плунжеры расположены в цилиндре и выполнены подвижным и неподвижным. Неподвижный плунжер нижним концом соединен с полым штоком, верхним концом - с всасывающим клапаном. Подвижный плунжер нижним концом соединен с седлом всасывающего клапана, верхним концом контактирует с крестообразным ограничителем хода подвижного плунжера на величину хода всасывающего клапана. Крестообразный ограничитель хода подвижного плунжера соединен тягой с всасывающим клапаном. Повышаются надежность работы и коэффициент наполнения насоса за счет исключения отказов при закрытии всасывающего и нагнетательного клапанов путем их принудительного срабатывания от возвратно-поступательного движения колонны штанг. 2 ил.

Изобретение касается добычи нефти скважинными штанговыми насосами и может быть использовано в нефтегазовой промышленности при эксплуатации скважин.

Известны штанговые насосы для добычи нефти, содержащие цилиндр, плунжер, штанги, всасывающий и нагнетательный клапаны, срабатывающие от потока жидкости при возвратно-поступательном перемещении плунжера в цилиндре (Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - 1979. - С.7-8).

Недостатком этих конструкций является низкая эксплуатационная надежность работ из-за частых отказов клапанов по причине их "залипания" к боковым поверхностям при наличии парафинов или высоковязких нефтяных продуктов и пропуска откачиваемой жидкости при возвратно-поступательном движении плунжера насоса.

Известны устройства для принудительного открытия и закрытия нагнетательных клапанов от хода колонны насосных штанг (а.с. СССР 1675577, МКИ F 04 В 47/02; патент США 5407333, МКИ F 04 В 47/00, F 04 В 7/00; а.с. 987175, МКИ F 04, В 47/02).

Недостатком этих устройств является отсутствие принудительного срабатывания всасывающего клапана, а принудительно открываемый нагнетательный клапан срабатывает от штока, расположенного в центральном канале плунжера, что создает дополнительные гидравлические потери.

Известно устройство, принятое за прототип, - скважинный штанговый насос (а. с. СССР 1546706, МКИ F 04 В 47/02), в котором запорный элемент всасывающего клапана соединен с захватным штоком, связанным с полым плунжером посредством установленного в его полости зажимного устройства, выполненного в виде отогнутых в направлении захвата штока по меньшей мере трех плоских пластин секторной формы с установленной на отогнутых концах спиральной пружиной браслетного типа.

Недостатком этого устройства является низкая эксплуатационная надежность работы по причине ускоренного износа постоянно трущихся пружин о захватный шток всасывающего клапана и снижение коэффициента наполнения насоса из-за увеличения объема подплунжерной полости насоса особенно при отборе газожидкостной смеси.

Предложено устройство, в котором скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами содержит цилиндр, плунжеры, всасывающий клапан, колонну насосных штанг. Цилиндр насоса выполнен подвижным относительно колонны насосно-компрессорных труб и снабжен управляемым нагнетательным клапаном и крестообразным ограничителем хода, соединенными с колонной насосных штанг, а плунжеры, расположенные в цилиндре, выполнены подвижным и неподвижным, причем неподвижный плунжер нижним концом соединен с полым штоком, верхним концом - с всасывающим клапаном, а подвижный плунжер нижним концом соединен с седлом всасывающего клапана, верхним концом контактирует с крестообразным ограничителем хода подвижного плунжера на величину хода всасывающего клапана, причем крестообразный ограничитель хода подвижного плунжера соединен тягой с всасывающим клапаном.

Предложенное устройство позволяет повысить надежность работы скважинного штангового насоса и коэффициент наполнения насоса за счет исключения отказов при закрытии и открытии всасывающего и нагнетательного клапанов путем их принудительного срабатывания от возвратно-поступательного движения колонны штанг.

На фиг.1 представлен скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами и принцип работы штангового насоса при ходе штанг "вверх". На фиг.2 представлен принцип работы штангового насоса при ходе штанг "вниз".

Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами содержит подвижный цилиндр 1 с расположенным в нем неподвижным плунжером 2 с всасывающим клапаном 3 и кинематически связанным через полый шток 4 и фиксатор 5 с колонной насосно-компрессорных труб 6. В верхней части подвижного цилиндра 1 расположен нагнетательный клапан 7 с седлом 8, соединенный с колонной насосных штанг 9, имеющей крестообразный ограничитель хода 10 нагнетательного клапана 7. В подвижном цилиндре 1 расположен подвижный плунжер 11 с седлом 12 всасывающего клапана 3.

Подвижный плунжер 11 имеет крестообразный ограничитель хода 13 на величину открытия всасывающего клапана 3, соединенный тягой 14 с всасывающим клапаном 3. В нижней части полого штока 4 имеется уплотнительный конус 15 соединенный с конусным седлом 16 колонны насосно-компрессорных труб 6 и фильтром 17. Неподвижный плунжер 2 и полый шток 4 крепятся фиксатором 5 к колонне насосно-компрессорных труб 6 через стопорное кольцо 18.

Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами работает следующим образом.

После спуска штангового насоса в скважину на колонне насосных штанг 9 и посадки его в колонне насосно-компрессорных труб 6 уплотнительным конусом 15 на конусное седло 16 с закреплением насоса фиксатором 5 и стопорным кольцом 18 осуществляется возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг 9 с помощью наземного станка-качалки (не показан).

При ходе колонны насосных штанг 9 "вверх" (фиг.1, сплошная стрелка) нагнетательный клапан 7 садится в седло 8 и увлекает "вверх" подвижный цилиндр 1. В результате этого в подвижном цилиндре 1 создается разрежение, под действием которого и сил трения приподнимается подвижный плунжер 11 с седлом 12. Благодаря этому открывается всасывающий клапан 3 и откачиваемая из пласта жидкость попадает через фильтр 17, полый шток 4, канал в неподвижном плунжере 2, канал в подвижном плунжере 11 в полость подвижного цилиндра 1 (прерывистые стрелки). При этом подвижный плунжер 11 имеет ограниченный ход относительно неподвижного плунжера 2 на величину открытия всасывающего клапана 3 благодаря крестообразному ограничителю хода 13 соединенному тягой 14 с всасывающим клапаном 3. В это же время отсеченная нагнетательным клапаном 7 жидкость из полости над подвижным цилиндром 1 подается в колонну насосно-компрессорных труб 6.

При ходе колонны насосных штанг 9 "вниз" (фиг.2, сплошная стрелка) нагнетательный клапан 7 открывается, а крестообразный ограничитель хода 10 нагнетательного клапана 7 толкает подвижный цилиндр 1 "вниз", при этом в результате сил трения и перепадов давления подвижный плунжер 11 также устремляется "вниз", закрывая седлом 12 всасывающий клапан 3, в результате чего рабочая жидкость из полости подвижного цилиндра 1 перетекает в колонну насосно-компрессорных труб 6 (прерывистые стрелки на фиг.2).

Далее цикл работы штангового насоса повторяется.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы скважинного штангового насоса и повысить коэффициент наполнения насоса путем исключения отказов при принудительном закрытии и открытии всасывающего и нагнетательного клапанов.

Формула изобретения

Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами, содержащий цилиндр, плунжеры, всасывающий клапан, колонну насосных штанг, отличающийся тем, что цилиндр насоса выполнен подвижным относительно колонны насосно-компрессорных труб и снабжен управляемым нагнетательным клапаном и крестообразным ограничителем хода, соединенными с колонной насосных штанг, а плунжеры, расположенные в цилиндре, выполнены подвижным и неподвижным, причем неподвижный плунжер нижним концом соединен с полым штоком, верхним концом - с всасывающим клапаном, а подвижный плунжер нижним концом соединен с седлом всасывающего клапана, верхним концом контактирует с крестообразным ограничителем хода подвижного плунжера на величину хода всасывающего клапана, причем крестообразный ограничитель хода подвижного плунжера соединен тягой с всасывающим клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2