Результат интеллектуальной деятельности: БЕСШТАНГОВЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАСОС

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, может быть использовано для скважинной добычи нефти бесштанговыми насосными установками (нижний привод насоса), в частности для эксплуатации скважин с наклонно-направленными и боковыми стволами.

Известна бесштанговая скважинная насосная установка, содержащая погружные насосные устройства возвратно-поступательного действия, расположенные с интервалом по колонне насосных труб. Каждое устройство состоит из линейного электродвигателя и насоса. Каждый линейный электродвигатель соединен электрическим кабелем со станцией управления для обеспечения теплового и электромагнитного воздействия на добываемую скважинную продукцию. КПД каждого из погружных насосных устройств незначительно (патент RU №2403445 F04В 47/06, опубл. 10.11.2010 г.).

Известен также «Скважинный плунжерный насос», содержащий плунжер, соединенный со штангой привода, и цилиндр. Плунжер и цилиндр снабжены шариковыми клапанами. Клапан цилиндра установлен выше плунжера. Шарики клапанов подпружинены с помощью прижимных элементов. Недостатком данной конструкции является то, что шариковый клапан установлен в нижней части плунжера, что ведет к увеличению полости между клапанами, при верхнем положении плунжера, называемом «мертвым пространством». Такая полость может привести к полному «запиранию» насоса за счет образования газовой шапки под верхним шариковым клапаном. Кроме того, пружинные элементы не отличаются надежностью при работе в агрессивной среде пластового флюида (патент РФ №96619, F04В 47/06, опубл. 10.08.2010 г.).

Прототипом заявляемого технического решения является бесштанговый скважинный насос, содержащий плунжер и цилиндр, снабженные шариковыми клапанами, шток плунжера выполнен с возможностью соединения с погружным двигателем, расположенным ниже насоса, шариковый клапан плунжера является всасывающим и установлен на конце плунжера, обращенном к шариковому клапану цилиндра, являющимся нагнетательным, конец плунжера выполнен с возможностью подведения его вплотную к клапану цилиндра (патент РФ №2525060 F04В 47/06, опубл. 10.08.2014 г.).

Недостатками такой конструкции насоса являются: незначительная пропускная способность шариковых клапанов, а межклапанное пространство зависит от столба жидкости в скважине.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности насоса.

Технический результат достигается тем, что в скважинном насосе, содержащем цилиндр, полый плунжер, шток с возможностью соединения с погружным двигателем, расположенным ниже насоса, отличающемся тем, полый плунжер размещен в цилиндре на оправке с возможностью ограниченного продольного перемещения, при этом низ оправки оснащен упрочненным кольцевым седлом, а нижняя кромка полого плунжера снабжена упрочненной втулкой, герметично взаимодействующей с упрочненным кольцевым седлом при ходе оправки вверх, при этом верхняя часть цилиндра оснащена клапаном удерживающим, содержащим корпус клапана с седлом в его нижней части, запорный элемент с продольными центрирующими ребрами и внутренней полостью, сквозь который проходит шток, связанный с верхней частью оправки, длина которого равна или больше длины хода насоса, с возможностью герметичного взаимодействия внутренней поверхности запорного элемента и наружной поверхности штока, а низ запорного элемента выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с седлом при ходе штока с оправкой вниз.

Новым является то, что клапанные узлы не содержат пары «седло-шарик», а используемые клапанные узлы имеют пропускную способность, более значительную, чем вышеупомянутые пары, кроме того. такие клапанные узлы работают принудительно. Таким образом, насос такой конструкции работоспособен, как на высоковязкой скважинной продукции, так и на нефтях с высоким газовым фактором.

На фиг. 1 представлена схема бесштангового скважинного насоса (продольный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А клапана удерживающего; на фиг. 3 - сечение Б-Б полого плунжера с оправкой.

Бесштанговый скважинный насос 1 в сборе установлен на погружном двигателе 2. Бесштанговый скважинный насос состоит из цилиндра 3, полого плунжера 4, штока насоса 5. Верхняя часть цилиндра оснащена клапаном удерживающим, содержащим корпус клапана 6 с седлом 7 в его нижней части. В клапане удерживающем размещен с относительной продольной подвижностью запорный элемент 8 с продольными центрирующими ребрами 9. Полый плунжер 4 размещен в цилиндре 3 на оправке 10, оснащенной упрочненным седлом кольцевым 11. Низ полого плунжера 4 оснащен упрочненной втулкой 12. Шток насоса 5 связывает погружной двигатель 2 с оправкой 10. Шток 13 прикреплен к верхней части оправки 10 и проходит через внутреннюю полость запорного элемента 8 с возможностью герметизации зазоров между ними.

Работает насос следующим образом.

Бесштанговый скважинный насос 1 с погружным двигателем 2 спускают в скважину на определенную глубину так, чтобы насос располагался выше погружного двигателя 2 с возможностью подачи электропитания. При ходе штока насоса 5 вверх полый плунжер 4 смещается вниз вдоль оправки 10, жестко связанной со штоком насоса 5 и штоком 13, до упора упрочненной втулки 12 в седло кольцевое 11 с герметизацией зоны контакта. При этом порция скважинной жидкости из полости цилиндра 3 перетекает в полость насосных труб выше принудительно открытого удерживающего клапана (8, 9) за счет сил трения между штоком 13 и внутренней герметизируемой полостью запорного элемента 8.

При ходе штока 13 вниз, полый плунжер 4 смещается вверх вдоль оправки 10, втулка упрочненная 12 полого плунжера 4 отходит от седла кольцевого 11, скважинная жидкость имеет возможность заполнить полость цилиндра 2, при открытом заборном клапане (4, 10, 11, 12). При этом верхний удерживающий клапан (8, 9) принудительно закрыт, опорная поверхность запорного элемента 8 упирается в седло 7, герметизируя зону контакта этих поверхностей.

Клапанные узлы такой конструкции опробованы в промысловых условиях и подтвердили свою работоспособность.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволит значительно повысить эффективность таких насосов как на высоковязкой нефти, так и на нефти с высоким газовым фактором.