Результат интеллектуальной деятельности: ВСАСЫВАЮЩИЙ КЛАПАН ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам для подъема жидкости с больших глубин.

Известен дифференциальный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном, при этом всасывающий клапан выполнен в виде широкопроходного тарельчатого клапана с приемным фильтром (см. полезную модель РФ №26823, кл. F 04 В 47/00, 20.12.2002).

Недостатком данного клапана является износ контактной поверхности седла и поверхности запорного органа, что приводит к утечкам и снижению подачи насоса. Кроме того, применение тарельчатого клапана ограничивает эксплуатацию насоса в наклонных и горизонтальных скважинах, а также он имеет недостаточную пропускную способность при добыче вязкой нефти из-за зависания запорного органа, особенно в условиях высокого газового фактора добываемой нефти.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является всасывающий клапан насоса, содержащий корпус, в котором размещен запорный орган и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла (см. патент РФ №2125184, кл. F 04 В 47/00, 20.01.1999).

Недостатком указанного клапана в случае его использования как всасывающего является недостаточная пропускная способность, особенно при добыче вязкой нефти, и сравнительно невысокая надежность работы клапана в условиях наличия мелкодисперсных примесей в откачиваемой жидкой среде.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и пропускной способности, а также повышение подачи при высоком газовом факторе добываемой нефти.

Поставленная задача решается за счет того, что всасывающий клапан погружного насоса содержит корпус, в котором размещен запорный орган и выполнено седло, запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла, причем седло клапана выполнено из набора подвижных в радиальном направлении посадочных колец, установленных в посадочных местах и поджатых в радиальном диаметрально противоположном направлении относительно последних упругими эластичными кольцевыми элементами, при этом посадочные места попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, кольца упруго поджаты в осевом направлении, корпус установлен в верхней части рабочего цилиндра насоса, в корпусе выполнены впускные отверстия, а по оси корпуса неподвижно установлен цилиндрический патрубок, запорный орган установлен коаксиально цилиндрическому патрубку и подпружинен относительно него в осевом направлении, при этом запорный орган уплотнен относительно цилиндрического патрубка посредством набора уплотнительных колец, подвижных в радиальном направлении и поджатых в этом направлении упругими эластичными кольцами, посадочные места которых попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, причем уплотнительные кольца упруго поджаты в осевом направлении.

Анализ работы известных традиционных конструкций всасывающих клапанов показал их недостаточно высокую надежность работы из-за износа седла и запорного органа. Эта проблема особенно актуальна при перекачке жидких сред с мелкодисперсными твердыми примесями и при перекачке высоковязких сред, в частности высоковязкой нефти.

Выполнение седла клапана и уплотнения запорного органа относительно неподвижного цилиндрического патрубка корпуса клапана в виде набора подвижных в радиальном направлении колец, обычно металлических колец, позволяет решить поставленные задачи. Выполнение посадочных и уплотнительных колец подвижными в радиальном направлении позволяет исключить возможности разгерметизации по уплотняемой поверхности в случае попадания частиц примеси между седлом и запорным органом, поскольку подвижные кольца предотвращают возможность застревания этих частиц в запорной паре. Поджатие по крайней мере соседних колец в диаметрально противоположном направлении позволяет при сохранении подвижности посадочных и уплотнительных колец создать запорную пару с щелевым зазором, имеющим высокое гидравлическое сопротивление, что, особенно в условиях перекачки высоковязких жидких сред, практически полностью предотвращает перетекание перекачиваемой жидкой среды через запорную пару и, как следствие, повышает производительность насоса, в котором установлен данный всасывающий клапан.

В результате была решена поставленная задача - повышена надежность и пропускная способность, а также повышена подача при высоком газовом факторе добываемой нефти.

На чертеже изображен продольный разрез описываемого всасывающего клапана.

Всасывающий клапан содержит корпус 1, установленный в верхней части рабочего цилиндра 2 насоса. В корпусе размещен запорный орган 3 и выполнено седло 4. Запорный орган 3 выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла 4, которое выполнено из набора подвижных в радиальном направлении посадочных колец 5, например стальных колец, установленных в посадочных местах 6 и поджатых в радиальном диаметрально противоположном направлении относительно последних эластичными кольцевыми элементами 7. Посадочные места могут быть выполнены в виде круговых канавок, выполненных в корпусе 1 клапана. Посадочные места 6 попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, например путем выполнения круговых канавок эксцентрично относительно продольной оси корпуса 1, а эластичные кольцевые элементы 7 размещены в круговых канавках. Посадочные кольца 5 упруго поджаты в осевом направлении гайкой 8, втулкой 9 с эластичным упругим элементом 10. Корпус 1 установлен в верхней части рабочего цилиндра 2 насоса. В корпусе 1, рабочем цилиндре 2 и гайке 11 для фиксации клапана на рабочем цилиндре 2 выполнены впускные отверстия 12 для прохода нефти и выпуска газа. По оси корпуса 1 неподвижно установлен цилиндрический патрубок 13. Запорный орган 3 установлен коаксиально цилиндрическому патрубку 13 и подпружинен относительно него в осевом направлении посредством пружины 14. Запорный орган 3 уплотнен относительно цилиндрического патрубка 13 посредством набора уплотнительных колец 15, подвижных в радиальном направлении и поджатых в этом направлении эластичными кольцами 16, посадочные места 17 которых попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга аналогично тому, как это было сделано с посадочными кольцами 5, причем уплотнительные кольца 15 упруго поджаты в осевом направлении посредством эластичного упругого элемента 18, размещенного между гайкой 19 и подвижной втулкой 20, взаимодействующей с уплотнительными кольцами 15. С целью герметичности клапан снабжен уплотнительными кольцами 21, 22 и 23.

Гайка 11 установлена в переходнике 24, связанным с колонной насосно-компрессорных труб. В переходнике 24 размещен нагнетательный клапан 25.

Клапан работает следующим образом.

Под действием затрубного давления добываемой из скважины жидкой среды, например нефти, при ходе поршня или плунжера (не показаны на чертеже) погружного насоса в рабочем цилиндре 2 вниз запорный орган 3 опускается и открывает проходной кольцевой канал клапана. Через впускные отверстия 12 и далее через открытый проходной канал откачиваемая среда поступает в рабочий цилиндр 2 насоса.

При ходе поршня или плунжера в рабочем цилиндре 2 вверх под воздействием на запорный орган 3 давления снизу он поднимается и закрывает проходной кольцевой канал между седлом 4 запорным органом 3. При этом посадочные и уплотнительные кольца 5 и 15 плотно прижимаются соответственно к запорному органу 3 и цилиндрическому патрубку 13, чем обеспечивается герметичность клапана, а откачиваемая жидкая среда через цилиндрический патрубок 13 и расположенный выше него нагнетательный клапан 25 выдавливается из рабочего цилиндра 2. Зазор в осевом направлении уплотнительных колец устраняется за счет воздействия на них эластичных упругих элементов 10 и 18 посредством втулок 9 и 20.

При снятии давления снизу во время хода поршня или плунжера вниз описанный выше процесс работы всасывающего клапана повторяется.

Применение всасывающего клапана предлагаемой конструкции обеспечивает работоспособность насоса при добыче вязкой нефти с высоким газовым фактором и эксплуатацию как в вертикальных, так и в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.