Скважинный штанговый насос

 

Насос предназначен для использования в области добычи нефти и относится к глубинным насосам, приводимым в действие вращением колонны штанг. Содержит корпус с цилиндром, размещенный в цилиндре полый плунжер, клапанно-золотниковый механизм и механизм преобразования вращения колонны штанг в возвратно-поступательное движение плунжера. Поверхность цилиндра в обоих концах выполнена с кольцевыми выступами в виде зафиксированных втулок, между которыми размещен плунжер, сквозь который пропущен полый шток. Плунжер закреплен на штоке с возможностью возвратно-поступательного движения. Взаимодействующие торцы плунжера и выступов цилиндра выполнены под углом к оси корпуса, а их контактирующие кольцевые поверхности выполнены винтовыми. Наклонные торцы плунжера параллельны друг другу, а наклонные торцы выступов цилиндра повернуты на оси корпуса относительно друг друга на 180^o. Клапанно-золотниковый механизм выполнен в виде двух диаметрально противоположных проточек на поверхности плунжера, служащих для попеременного сообщения насосных полостей через радиальное отверстие в цилиндре с полостью корпуса и далее с окружающей средой, и проточек на выступах цилиндра, служащих для попеременного сообщения насосных полостей через радиальные отверстия в штоке с полостью штока и далее с колонной насосно-компрессорных труб. Радиальные отверстия в штоке, сообщающиеся через проточку с верхней насосной полостью (на чертеже полость сомкнута), выполнены на противоположной стороне штока относительно радиальных отверстий, сообщающихся через проточку с нижней насосной полостью. Повышается надежность механизма преобразования вращения колонны насосных штанг в возвратно-поступательное движение плунжера насоса. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к глубинным скважинным штанговым насосам, приводимым в действие колонной вращающихся штанг.

Известен погружной насос [1] , содержащий корпус и размещенный в нем цилиндр, пустотелый поршень, клапан впускной, клапан выпускной и механизм для трансформации вращения вала двигателя в штатное возвратно-поступательное движение поршня. Поршень выполнен со шлицевым, соосным ему хвостовиком для сочленения с валом двигателя. Клапаны представляют собой золотниковый механизм, выполненный в виде нижних и верхних боковых отверстий на концах цилиндра и поршня, а трансформирующий механизм выполнен в виде криволинейной замкнутой проточки на поршне и входящего в эту проточку штифта, закрепленного в стенке цилиндра.

Основной недостаток известного погружного насоса - это ненадежность механизма, служащего для преобразования (трансформации) вращения колонны насосных штанг (вала двигателя) в возвратно-поступательное движение плунжера (поршня). При работе насоса быстро изнашивается штифт, входящий в проточку, а в случае упрочнения поверхности штифта - изнашивается проточка на поршне.

Технической задачей, стоящей пред изобретением, является повышение надежности механизма преобразования вращения колонны насосных штанг в возвратно-поступательное движение плунжера скважинного насоса.

Поставленная задача решается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем корпус с цилиндром, размещенный в цилиндре полый плунжер, клапанно-золотниковый механизм и механизм преобразования вращения штанг в возвратно-поступательное движение плунжера, поверхность цилиндра в обоих концах выполнена ступенчатой с кольцевыми выступами, выполненными, например, в виде зафиксированных втулок, между которыми размещен полый плунжер, сквозь который пропущен соединяемый с колонной штанг полый шток, на котором плунжер установлен с возможностью возвратно-поступательного движения, например, на шпонке, торцы плунжера и взаимодействующие с ними торцы выступов цилиндра выполнены под углом к оси корпуса, а их кольцевые контактирующие поверхности выполнены винтовыми, при этом наклонные торцы плунжера параллельны друг другу, а наклонные торцы выступов цилиндра повернуты по оси корпуса относительно друг друга на 180^o, или наоборот.

Клапанно-золотниковый механизм выполнен так, что попеременно сообщает насосные полости, образуемые взаимодействующими торцами плунжера и выступов цилиндра и стенками цилиндра и штока, с окружающей средой или с колонной насосно-компрессорных труб, на которых насос спускают в скважину.

Клапанно-золотниковый механизм может быть выполнен в виде двух диаметрально противоположных продольных проточек на поверхности плунжера для попеременного сообщения насосных полостей с радиальным отверстием в цилиндре и проточки на поверхности каждого из выступов для попеременного сообщения насосных полостей с радиальными отверстиями в штоке, при этом радиальные отверстия в штоке, сообщающиеся с одной из насосных полостей, выполнены на противоположной стороне штока от отверстий, сообщающихся с другой насосной полостью.

Механизм преобразования вращения в возвратно-поступательное движение включает наклонные торцевые поверхности выступов цилиндра и размещенного между ними плунжера и пропущенный через плунжер шток, на котором плунжер установлен с возможностью возвратно-поступательного движения. Надежность механизма повышена за счет того, что при вращении плунжера происходит контакт по более развитой поверхности, чем это происходит в прототипе.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дана схема скважинного штангового насоса; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение по В-В на фиг.1.

Скважинный штанговый насос состоит из корпуса 1 с цилиндром 2, при этом поверхность цилиндра в обоих концах выполнена ступенчатой с кольцевыми выступами 3 и 4, выполненными в виде зафиксированных втулок. В цилиндре между выступами размещен полый плунжер 5, через который пропущен полый шток 6 и на котором плунжер закреплен шпонкой 7 с возможностью возвратно-поступательного движения.

Торцы плунжера и взаимодействующие с ними торцы выступов цилиндра выполнены под углом к оси корпуса, а контактирующие кольцевые поверхности 8 и 9 выполнены винтовыми. Наклонные торцы выступов цилиндра повернуты по оси корпуса относительно друг друга на 180^o, а наклонные торцы плунжера параллельны друг другу. Возможно их прямо противоположное расположение, когда наклонные торцы выступов цилиндра параллельны друг другу, а наклонные торцы плунжера повернуты по оси корпуса относительно друг друга на 180^o. Однако такая конструкция не рациональна, так как увеличивает габариты насоса.

Таким образом, механизм преобразования вращения в возвратно-поступательное движение включает наклонные торцевые поверхности выступов 3 и 4 цилиндра 2 и размещенного между ними плунжера 5 и пропущенный через плунжер шток 6, на котором плунжер 5 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения. Надежность механизма повышена за счет того, что при вращении плунжера происходит контакт плунжера с выступами цилиндра по более развитой поверхности, чем это происходит в прототипе.

Взаимодействующие торцы плунжера 5 и выступов 3 и 4 цилиндра образуют насосные полости 10, ограниченные, кроме того, стенками цилиндра 2 и штока 6.

Клапанно-золотниковый механизм выполнен в виде двух диаметрально противоположных проточек 11 и 12 на поверхности плунжера 5, служащих для попеременного сообщения насосных полостей через радиальное отверстие 13 в цилиндре 2 с полостью корпуса 1 и далее с окружающей средой, и проточек 14 и 15 на выступах 3 и 4 цилиндра, служащих для попеременного сообщения насосных полостей через радиальные отверстия 16 и 17 в штоке с полостью штока и далее с колонной насосно-компрессорных труб. Радиальные отверстия 16 в штоке 6, сообщающиеся через проточку 14 с верхней насосной полостью (на чертеже полость сомкнута), выполнены на противоположной стороне штока относительно радиальных отверстий 17, сообщающихся через проточку 15 с нижней насосной полостью 8. Радиальные отверстия 16 сдвинуты относительно радиальных отверстий 17 на 180^o.

Отверстия 13, как и отверстия 16 или 17, практически являются единым отверстием, каждое из которых конструктивно выполнено в виде нескольких. Это сделано для того, чтобы как можно меньше повлиять на прочность штока.

Насос спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 18. После установки насоса в колонне насосно-компрессорных труб спускают колонну штанг 19, которую сцепным узлом соединяют со штоком 6. Может быть использован сцепной узел любой известной конструкции. Наиболее простым узлом являются паз на конце штока и входящая в него шпонка. На фиг.1 показан сцепной узел, состоящий из шпонок 20, закрепленных на нижнем конце колонны штанг во втулке 21, и кольцевого фигурного паза 22, выполненного на верхнем конце штока 6.

Насос приводится в действие вращением колонны штанг 19. На фиг.1, 2, 3 и 4 насос показан в тот момент, когда верхняя насосная полость сомкнулась, а нижняя максимально разомкнута. При дальнейшем вращении штанг 19 и штока 6 (по часовой стрелке, если смотреть сверху) отверстия 17 открываются в проточку 15 (фиг.4), отверстия 13 открываются в проточку 11 (фиг.3), а отверстия 16 остаются перекрытыми (фиг.2). При этом начинается заполнение начинающей размыкаться верхней насосной полости жидкостью, поступающей в нее из полости 23 корпуса насоса через отверстия 13 и проточку 11, а жидкость из начинающей смыкаться нижней насосной полости через проточку 15 и отверстия 17 поступает в полость 24 штока 6 и далее через отверстия 25 в полость колонны насосно-компрессорных труб.

После полного смыкания нижней полости размыкания верхней начинается смыкание верхней полости и размыкание нижней.

Источники информации 1. Авт. cв. РФ 13819, МКИ⁷ F 04 B 47/06, 2000.

Формула изобретения

1. Скважинный штанговый насос, содержащий корпус с цилиндром, размещенный в цилиндре полый плунжер, клапанно-золотниковый механизм и механизм преобразования вращения колонны штанг в возвратно-поступательное движение плунжера, отличающийся тем, что поверхность цилиндра в обоих концах выполнена ступенчатой с кольцевыми выступами, например, в виде зафиксированных втулок, между которыми размещен полый плунжер, сквозь который пропущен соединяемый с колонной штанг полый шток, на котором плунжер установлен с возможностью возвратно-поступательного движения, например, на шпонке, торцы плунжера и взаимодействующие с ними торцы выступов цилиндра выполнены под углом к оси корпуса, а их контактирующие кольцевые поверхности выполнены винтовыми, при этом наклонные торцы плунжера параллельны друг другу, а наклонные торцы выступов цилиндра повернуты на оси корпуса относительно друг друга на 180^o, или наоборот, а клапанно-золотниковый механизм попеременно сообщает насосные полости, образуемые взаимодействующими торцами плунжера и выступов цилиндра и стенками цилиндра и штока, с полостью корпуса и окружающей средой или с полостью штока и колонной насосно-компрессорных труб, на которых насос спускают в скважину.

2. Скважинный штанговый насос по п. 1, отличающийся тем, что клапанно-золотниковый механизм выполнен в виде двух диаметрально противоположных продольных проточек на поверхности плунжера для попеременного сообщения насосных полостей с радиальным отверстием в цилиндре и проточки на поверхности каждого из выступов для попеременного сообщения насосных полостей с радиальными отверстиями в штоке, при этом радиальные отверстия в штоке, сообщающиеся с одной из насосных полостей, выполнены на противоположной стороне штока от отверстий, сообщающихся с другой насосной полостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4