Скважинный штанговый насос

 

Скважинный штанговый насос предназначен для использования в нефтяной промышленности при перекачивании скважинных жидкостей. Насос содержит кожух, присоединенный посредством муфты к колонне насосно-компрессорных труб. В кожухе с образованием нагнетательной полости размещен цилиндр с поршнем, соединенный посредством штока с колонной штанг. Цилиндр установлен в кожухе и уплотнен относительно штока. В нижней части цилиндра выполнены перепускные отверстия. Всасывающий клапан содержит цилиндрический корпус с отверстиями на боковых стенках и установлен посредством пружины в неподвижном цилиндрическом стакане. Последний имеет отверстия в боковых стенках и установлен в масляной полости, образованной между дном кожуха и дном цилиндра. Насос содержит, по меньшей мере, четыре нагнетательных клапана, также выполненных цилиндрическими, с отверстиями в боковых стенках. Они установлены в верхней части цилиндра в неподвижном цилиндрическом стакане с отверстиями. Между верхней частью цилиндра и кожухом образованы перепускные каналы. Значительно снижаются энергетические затраты, снижаются механические нагрузки на колонну штанг и увеличивается ее долговечность. 1 ил.

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано для добычи нефти из скважин.

Известен скважинный штанговый насос, содержащий кожух, присоединенный посредством муфты к колонне насосно-компрессорных труб, в котором с образованием нагнетательной полости размещен цилиндр с поршнем, соединенный посредством штока с колонной штанг, всасывающий и нагнетательный клапана [1].

При эксплуатации этого насоса в реальных условиях при откачивании нефтегазоводяной смеси с большим содержанием механических примесей различной конфигурации, состава и с разной степенью агрессивности происходят быстрый износ частей насоса, коррозия и потеря герметичности устройства, что приводит к потере работоспособности.

Главной причиной вышеописанного является контакт газонефтяной смеси с поверхностями клапанных пар, цилиндра и поршня.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение работоспособности насоса, долговечности колонны штанг и снижение затрат энергии.

Технический результат достигается за счет того, что цилиндр установлен в кожухе и уплотнен относительно штока, в нижней части цилиндра выполнены перепускные отверстия, при этом всасывающий клапан содержит цилиндрический корпус с отверстиями в боковых стенках и установлен посредством пружины в неподвижном цилиндрическом стакане, также имеющем отверстия в боковых стенках в масляной полости, образованной между дном кожуха и дном цилиндра, при этом насос содержит, по меньшей мере, четыре нагнетательных клапана, также выполненных цилиндрическими, с отверстиями в боковых стенках, установленных в верхней части кожуха в цилиндрическом стакане с отверстиями, причем между верхней частью цилиндра и кожухом образованы перепускные каналы.

На чертеже представлен продольный разрез скважинного штангового насоса.

Насос содержит кожух 1, присоединенный посредством муфты 2 к колонне насосно-компрессорных труб (на чертеже не показаны). В кожухе 1 установлен цилиндр 3 с поршнем 4, соединенный посредством штока 5 с колонной штанг. Между кожухом 1 и цилиндром 3 образована нагнетательная полость 6. Между цилиндром 3 и штоком 5 образована кольцевая полость 7, заполненная маслом. В нижней части цилиндра 3 выполнены перепускные отверстия 8. В верхней части цилиндра 3 между последним и штоком 5 установлено уплотнение 9. Всасывающий клапан 10 установлен на дне 11 кожуха 1 посредством пружины 12 в неподвижном цилиндрическом стакане 13, имеющем отверстия 14 в боковых стенках, и содержит подвижный цилиндрический корпус 15 с отверстиями 16 на боковых стенках. Между дном 11 кожуха 1 и дном цилиндра 3 образована масляная полость 17. Нагнетательные клапаны 18 в количестве, по крайней мере, четырех штук установлены в верхней части кожуха и имеют конструкцию, аналогичную всасывающему клапану, т. е. содержат цилиндрический корпус с отверстиями в боковых стенках, установленный подвижно посредством пружины в стакане, также имеющем отверстия в боковых стенках. Между верхней частью цилиндра 3 и кожухом 1 образованы перепускные каналы 19.

Насос работает следующим образом.

При ходе колонны штанг вверх шток 5 также поднимается вверх и в полости 20, образованной между дном цилиндра 3 и поршнем 4, создается разряжение. В результате этого внешнее давление перемещает подвижный цилиндрический корпус 15 клапана 10 с отверстиями 16 вверх до совмещения с отверстиями 14 неподвижного стакана 13, жидкость через них поступает в полость 20, при этом пружина 12 всасывающего клапана 10 сжимается, а верхние нагнетательные клапана закрыты. При достижении верхней мертвой точки полость 20 полностью заполняется жидкостью, перепад давления исчезает, пружина 12 всасывающего клапана 10 разжимается и перемещает подвижный цилиндрический корпус 15, который перекрывает отверстия 14 в стакане 13, в результате этого жидкость из полости 20 не имеет возможности даже частично обратно попасть в скважину.

При всасывании энергия системы затрачивается только на подъем колонны штанг.

При ходе колонны штанг вниз поршень 4 давит на жидкость в полости 20 и она через перепускные отверстия 8 и перепускные каналы 19 поступает через отверстия в подвижные цилиндры нагнетательных клапанов 18, перемещает их до совмещения с отверстиями неподвижных стаканов, через них поступает в кольцевой зазор между колонной штанг и колонной труб и перемещается на дневную поверхность.

При этом для подъема жидкости используется накопленная потенциальная энергия колонны штанг.

При достижении поршнем верхней мертвой точки цикл повторяется.

Таким образом, при использовании описываемой конструкции в нефтяной промышленности значительно снижаются затраты энергии на подъем жидкости из скважины. Произведенные расчеты показали, что это снижение составляет примерно 30-40% из-за использования накопленной потенциальной энергии колонны штанг. Также снижаются механические нагрузки на колонну штанг и тем самым увеличивается их долговечность. Применение клапанов и поршня описанной конструкции позволило уменьшить время контакта пластовой жидкости с уплотнениями последних и, как следствие, повысить долговечность и надежность этих пар. Кроме того, принудительное перекрытие перепускных отверстий позволит уменьшить вредное влияние свободного газа и газовую эрозию уплотнений.

Источник информации 1. SU 71037, МПК 7 F 04 В 47/02, 30.06.1948.3

Формула изобретения

Скважинный штанговый насос, содержащий кожух, присоединенный посредством муфты к колонне насосно-компрессорных труб, в котором с образованием нагнетательной полости размещен цилиндр с поршнем, соединенный посредством штока с колонной штанг, всасывающий и нагнетательный клапана, отличающийся тем, что цилиндр установлен в кожухе и уплотнен относительно штока, в нижней части цилиндра выполнены перепускные отверстия, всасывающий клапан содержит цилиндрический корпус с отверстиями на боковых стенках и установлен посредством пружины в неподвижном цилиндрическом стакане, также имеющем отверстия в боковых стенках в масляной полости, образованной между дном кожуха и дном цилиндра, при этом насос содержит, по меньшей мере, четыре нагнетательных клапана, также выполненных цилиндрическими, с отверстиями в боковых стенках, установленных в верхней части цилиндра в неподвижном цилиндрическом стакане с отверстиями, причем между верхней частью цилиндра и кожухом образованы перепускные каналы.

РИСУНКИ

Рисунок 1