Результат интеллектуальной деятельности: ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

Предполагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано в штанговых глубинных насосах, работающих в наклонных и горизонтальных скважинах.

Известен поршень скважинного штангового насоса, содержащий установленное в корпусе контактно-щелевое уплотнение, выполненное в виде металлических уплотнительных колец, притертых друг к другу по торцам и поджатых к уплотняемой поверхности цилиндра упругой (резиновой) обоймой, выполненной с эксцентричными буртами, причем последние выполнены попарно эксцентрично на 180°, каждая пара развернута на определенный угол для того, чтобы перекрыть щелевой зазор между поршнем и цилиндром до нуля. На резиновых кольцах установлена плавающая относительно корпуса поршня самоустанавливающаяся гильза с керамическим покрытием, обеспечивающая дополнительное щелевое уплотнение (патент РФ №2162966, МПК F04B 53/14, опубликован 10.02.2001).

Этот аналог позволяет повысить надежность работы насоса, уменьшить утечку добываемой нефти и снизить неравномерный по периметру износ поверхности цилиндра и поршня в вертикальной скважине и, следовательно, увеличить межремонтный период его работы. А в горизонтальной скважине такой поршень будет изнашивать цилиндр преимущественно лежачей стороной под действием его силы тяжести с образованием желоба на поверхности цилиндра. К тому же, гильза с керамическим покрытием значительно более твердым, чем покрытие цилиндра, будет еще более интенсивно натирать желоб на его поверхности и приводить к преждевременной утечке добываемой нефти за счет образовавшегося на противоположной стороне цилиндра зазора. В результате межремонтный период работы этого насоса в горизонтальной скважине существенно сокращается.

Наиболее близким прототипом является скважинный штанговый насос, в котором плунжер выполнен в виде последовательно расположенных и уплотненных в цилиндре упруго поджатыми в осевом направлении металлическими уплотнительными кольцами с отшлифованными торцами. Кольца имеют возможность свободного смещения (эксцентриситета) с оси плунжера. Относительное смещение пары смежных колец по направлению противоположное и составляет 180°, каждая пара колец подпружинена и развернута на определенный угол с целью перекрытия щелевого зазора между плунжером и цилиндром до нуля (патент РФ №2202708, МПК F04B 47/00, опубликован 20.04.2003).

В прототипе так же, как и в аналоге, предлагается плунжер, который обеспечивает нулевой зазор между цилиндром и уменьшение утечки добываемой нефти и позволяет избежать неравномерного изнашивания поверхности цилиндра. В итоге плунжер позволяет продлить межремонтный период службы насоса в вертикальной скважине. Однако этот прототип не полностью обеспечивает равномерный износ цилиндра и плунжера в горизонтальной скважине, так как плунжер будет так же, как и в аналоге, изнашиваться преимущественно лежачей стороной и на соответствующей поверхности цилиндра будет натирать желоб и приводить к преждевременной утечке добываемой нефти за счет образовавшегося зазора на противоположной стороне цилиндра. В результате межремонтный период работы предлагаемого насоса в горизонтальной скважине также существенно сокращается.

Целью предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков работы штангового глубинного насоса в наклонных и горизонтальных скважинах.

Эта цель достигается тем, что предлагаемый штанговый глубинный насос снабжен механизмом совместного вращения рабочего цилиндра и полого плунжера относительно корпуса насоса с помощью соединенного со штангами цельного штока, внешняя поверхность которого выполнена с двумя продольно-прямолинейными пазами и двумя направляющими пальцами в них, которые закреплены внутри скользящей втулки, с внешней стороны жестко сочлененной с верхним якорем, полый шток, являющийся продолжением цельного, выполнен с продольно-винтовыми пазами, зацепленными с помощью направляющего пальца со вспомогательным цилиндром, в котором размещен полый шток, вспомогательный цилиндр снабжен опорными подшипниками скольжения относительно корпуса насоса и жестко сочленен с рабочим цилиндром, внутри которого размещен полый плунжер, сочлененный с полым штоком с помощью соосного шарнира с возможностью независимого вращения его относительно полого штока, на торце рабочего цилиндра жестко установлен закрытый шариковый подшипник, обойма которого жестко посажена в гнездо корпуса нижнего якоря, свободным концом корпус нижнего якоря посажен в уплотняемое гнездо центратора самоустанавливающегося всасывающего клапана, низ корпуса насоса посажен в уплотняемый захватный механизм кожуха.

На фиг. 1 показан разрез общего вида предлагаемого поворотного устройства: 1 - цельный шток; 2 - штанга; 3 - полый шток; 4 - корпус насоса; 5 - вспомогательный цилиндр; 6 - рабочий цилиндр; 7 - палец стыковочный; 8 - полый плунжер; 9 - соосный шарнир; 10 - закрытый шариковый подшипник; 11 - корпус нижнего якоря; 12 - продольно-винтовые пазы; 13 - направляющие пальцы; 14 - опорные подшипники скольжения; 15 - нижний якорь; 16 - центратор самоустанавливающегося всасывающего клапана с проходными отверстиями; 17 - конусная втулка; 18 - уплотняемое гнездо центратора; 19 - шарик самоустанавливающегося всасывающего клапана; 20 - седлодержатель; 21 - наклонный лоток с массивным эксцентричным грузом; 22 - шарик нагнетательного клапана; 23 - выходные отверстия нагнетательного клапана; 24 - продольно-прямолинейные пазы; 25 - скользящая втулка; 26 - верхний якорь; 27 - кожух насоса; 28 - зацеп; 29 - уплотняемый захватный механизм; 30 - резиновое кольцо.

На фиг. 2 показана круговая развертка внешней поверхности полого штока с направляющими продольно-винтовыми пазами: 12 - продольно-винтовые пазы; 31 - внешняя поверхность полого штока 3.

Предлагаемое поворотное устройство (фиг. 1) состоит из цельного штока 1, подвешенного на штанге 2, корпуса насоса 4, полого штока 3, размещенного во вспомогательном цилиндре 5, жестко сочлененном с рабочим цилиндром 6 с помощью стыковочного пальца 7. Причем полый шток 3 подвижно сочленен с полым плунжером 8 с помощью соосного шарнира 9 с возможностью свободного взаимного вращения. Внешняя поверхность 31 полого штока 3 выполнена с продольно-винтовым пазами 12, зацепленными с помощью направляющего пальца 13 со вспомогательным цилиндром 5. Последний снабжен опорными подшипниками скольжения 14 относительно корпуса насоса 4. На торце рабочего цилиндра 6 жестко установлен закрытый шариковый подшипник 10, обойма которого жестко посажена в гнездо корпуса 11 нижнего якоря 15, который опирается на центратор 16 самоустанавливающегося всасывающего клапана и прижимается к стенке корпуса насоса 4 с помощью конусной втулки 17. Корпус 11 посажен в уплотняемое гнездо 18 центратора 16. Шарик 19 самоустанавливающегося всасывающего клапана удерживается в седлодержателе 20 с помощью наклонного лотка с массивным эксцентричным грузом 21, под действием силы своего веса всегда занимающим независимое от корпуса 4 вертикальное положение в наклонной и горизонтальной скважине. Нагнетательный клапан 22 установлен на полом штоке 3 против выходных отверстий 23. Цельный шток 1 с продольно-прямолинейными пазами 24 и скользящей втулкой 25, посаженной на верхний якорь 26, служит для возвратно-поступательного движения полого штока 3 во вспомогательном цилиндре 5 для вращения последнего и жестко связанного с ним рабочего цилиндра 6. Корпус насоса 4 удерживается в кожухе насоса 27 захватным механизмом 29 с помощью зацепа (выступа) 28, жестко посаженного на корпус насоса 4. Захватный механизм 29 герметизируется резиновым кольцом 30.

Круговая развертка (фиг. 2) внешней поверхности 31 полого штока 3 с направляющими пазами 12 показывает путь поступательного движения пальца 13 при подъеме-спуске штанг 2.

Поворотное устройство работает следующим образом (фиг. 1).

В горизонтальный участок скважины спускается на насосно-компрессорных трубах кожух насоса 27 с захватным механизмом 29 и уплотнитель-ным резиновым кольцом 30. Затем на штангах 2 спускается компоновка насоса, состыкованная с цельным штоком 1. Компоновка спускается с подготовленным к работе насосом. Для чего корпус 11 нижнего якоря 15 посажен в уплотняемое гнездо 18, нижний якорь 15 и верхний якорь 26 приведены в рабочее положение, т.е. заякорены на корпусе насоса 4. Спуск насоса в кожухе 27 продолжается до защелкивания зацепа 28 в захватном механизме 29 и посадки его в уплотняемую часть захватного механизма 29.

При подъеме-спуске штанг 2 с цельным штоком 1, который скользит в скользящей втулке 25 с направляющими пальцами 13 в продольно-прямолинейных пазах 24, обеспечивается возвратно-поступательное движение полого штока 3 с продольно-винтовыми пазами 12 на его поверхности 31 (фиг. 2). Полый шток 3 обеспечивает вращательное движение направляющего пальца 13 и вспомогательного цилиндра 5. При остановке полого штока 3 в конце паза направляющий палец 13 переходит в смежный паз. При спуске штанг 2 и при последующей остановке полого штока 3 происходит перевод направляющего пальца 13 в новый смежный паз. Вспомогательный цилиндр 5 в это время завершит цикл поворота на соответствующий угол, пройдя два паза. Далее снова при подъеме штанг 2 продолжится циклический поворот вспомогательного цилиндра 5 в ту же сторону, а с ним и жестко сочлененного с помощью стыковочного пальца 7 рабочего цилиндра 6 вместе с полым плунжером 8, совместно вращающимся в соосном шарнире 9. Таким образом, обеспечивается работа поворотного устройства в наклонной и горизонтальной скважине. Пара цилиндр-плунжер, вращаясь совместно, постоянно меняют свое боковое положение, и износу подвержены равномерно все поверхности как цилиндра, так и плунжера. В итоге значительно увеличивается межремонтный период работы штангового глубинного насоса в наклонных и горизонтальных скважинах.

Технический эффект: поворотное устройство обеспечивает равномерный износ (без образования желобов) поверхностей цилиндра и плунжера, значительно повышает долговечность и межремонтный период работы штангового глубинного насоса в наклонных и горизонтальных скважинах.