Результат интеллектуальной деятельности: Скважинный штанговый насос

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к вертикальным плунжерным насосам, особенно для перекачивания высоковязких жидкостей с содержанием механических примесей и газа, в частности к скважинным штанговым насосам, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известен штанговый скважинный насос (Каталог "Скважинные штанговые насосы для добычи нефти" ЦИНТИХимнефтемаш, М. 1988, с. 22), содержащий рабочий цилиндр, внутри которого с минимальным зазором перемещается полый плунжер с нагнетательным клапаном, связанный с колонной насосных штанг, в нижней части цилиндра установлен всасывающий клапан.

Недостатками известного штангового скважинного насоса являются недопустимые объемные потери в связи с недостаточной пропускной способности клапанов и запаздыванием их открытия и закрытия.

Известна штанговая насосная установка, содержащая цилиндр, плунжер, шток, соединенный с приводом и снабженный упором и запорным органом нагнетательного клапана, плунжер установлен между упором и запорным органом с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока и взаимодействия с ними, всасывающий клапан, включающий седло и запорный орган, при этом цилиндр и шток по обе стороны от плунжера снабжены ответно выполненными направляющими (см. Патент РФ №2567919, МКП F04B 47/00, 2015 г.).

Недостатками известной установки являются недостаточная пропускная способность канала плунжера вследствие оснащения штока направляющими ребрами и возникновение значительной неуравновешенной нагрузки снизу на шток при его ходе вниз. Часть нагрузки от веса колонны штанг теряется на удержание плунжера над запорным органом нагнетательного клапана.

Технической задачей предлагаемого изобретения являются упрощение конструкции насоса и повышение надежности работы.

Решение технической задачи достигается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, полый плунжер и шток соответственно с седлом и запорным органом нагнетательного клапана в нижней их части, шток со стороны всасывающего клапана снабжен наконечником, цилиндр ниже и выше плунжера снабжен направляющими наконечника и штока, при этом плунжер установлен с возможностью ограниченного седлом и упором штока осевого перемещения, согласно техническому решению, направляющие наконечника и штока выполнены в виде дисков с центральным отверстием ответно наконечнику и штоку и сквозными осевыми отверстиями, направляющая наконечника соединена с плунжером с возможностью взаимодействия с упором штока, в нижней части плунжера между седлом нагнетательного клапана и направляющей наконечника выполнены сквозные радиальные отверстия.

Упор штока выполнен в виде бурта в торце запорного органа нагнетательного клапана.

Плунжер снабжен упором, а шток - пружиной, насаженной на него с возможностью взаимодействия с торцом запорного органа нагнетательного клапана и упором цилиндра, при этом максимальное усилие пружины меньше веса плунжера.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображен общий вид насоса (продольный разрез);

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Насос (фиг. 1), установленный в скважине (на фиг. не показана) для подъема нефти, содержит цилиндр 1, плунжер 2 с центральным сквозным отверстием (на фиг. не указано), всасывающий клапан 3, установленный в нижней части цилиндра 1, шток 4, соединенный с приводом (на фиг. не показан), в нижней части которого установлен запорный орган 5 нагнетательного клапана. Плунжер 2 в нижней части оснащен седлом 6 нагнетательного клапана.

Всасывающий клапан 3 включает корпус 7 с центральным сквозным отверстием 8, седло 9, запорный орган 10, выполненный, например, в виде шарика, и упор 11 запорного органа 10, выполненный, например, в виде крышки со сквозными осевыми каналами (на фиг. не указаны).

Шток 4 в нижней части оснащен наконечником 12, выполненный, например, в виде центрального стержня, а плунжер 2 в нижней части снабжен упором 13, выполненным, например, в виде диска с центральным сквозным осевым отверстием (на фиг. не указано) ответно наконечнику 12, а также сквозными осевыми отверстиями 14. В верхней части наконечник 12 оснащен упором 15, выполненным, например, в виде бурта с возможностью его взаимодействия с центральной частью упора 13. Плунжер 2 в цилиндре 1 установлен с возможностью ограниченного упором 13 и седлом 6 нагнетательного клапана осевого перемещения.

Всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан с запорным органом 5 и седлом 6 установлены соответственно с цилиндре 1 и плунжере 2 с образованием рабочей полости 16 и нагнетательной линии 17.

В верхней части цилиндр снабжен верхней направляющей 18 штока 4, выполненный, например, в виде диска с центральным отверстием (на фиг. не указано), ответно выполненным штоку 4, и сквозными осевыми отверстиями (на фиг. не указаны). Верхняя направляющая 18 штока 4 установлена, например, между торцами цилиндра 1 и колонны труб 19.

В нижней части плунжера 2, между упором 13 и седлом 6 нагнетательного клапана, выполнены сквозные радиальные отверстия 20 (фиг. 2).

Плунжер 2 в нижней части выше седла 6 может быть снабжен упором 21, выполненным, например, в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке (на фиг. не указана). Например, между торцом запорного органа 5 и упором 21 на шток насажена пружина 22, взаимодействующая с упором 21 посредством опорного кольца 23 и запорным органом 5. При этом максимальное усилие пружины 22 меньше веса плунжера 2.

В опорном кольце 23 выполнены сквозные осевые отверстия 24.

Насос работает следующим образом.

Пусть плунжер 2 перемещается вверх. При этом всасывающий клапан 3 открыт, т.е. шарик 9 приподнят над седлом 9, а запорный орган 5 нагнетательного клапана взаимодействует с седлом 6. Давление в рабочей полости 16 ниже явления в пластовой среде (на фиг. не показана), и жидкость из пласта через отверстие 8 поступает в рабочую полость 16. Жидкость, находящаяся выше запорного органа 5, через нагнетательную линию 17 поднимается на поверхность. Шток 4 при движении занимает центральное положение благодаря направляющим отверстиям (на фиг. не указаны) упора 13 и направляющего диска 18, расположенным в торцах плунжера 2.

При достижении плунжера 2 крайнего верхнего положения, его скорость рана нулю. Движение жидкости через всасывающий клапан также прекращается, и запорный орган 10 опускается на седло 9.

При обратном ходе плунжера 2 вниз давление в рабочей полости 16 повышается. Под действием создавшегося перепада давления, действующего на неуравновешенную площадь плунжера 2, последний отрывается от запорного органа 5. Отсутствие направляющей в канале (на фиг. не указан) плунжера увеличивает пропускную способность канала.

При оснащении насоса пружиной 22, поддерживающей часть веса плунжера 2 штоком 4, снижается перепад давления в нагнетательном клапане. Вследствие этого снижается направленное вверх усилие на шток 4 и привод, включающий, как правило, колонну штанг (на фиг. не показана).

При движении плунжера 2 вниз жидкость из рабочей полости 16 через отверстия 14 упора, седло 6 поступает в нагнетательную линию 17. При этом бурт 15 взаимодействует с центральной частью упора 13. Так как диаметр бурта 15 намного меньше диаметра плунжера 2, шток 4 при своем взаимодействии с упором 13 создает только осевую нагрузку.

При приближении плунжера 2 в крайнее нижнее положение он останавливается. При прекращении движения жидкости через нагнетательный клапан, плунжер 2 под действием веса опускается на запорный орган 5. Постоянная центровка штока 4 направляющим отверстием упора 13 и направляющей 18 обеспечивает точную посадку запорного органа на седло 6.

При обратном ходе плунжера 2 вверх давление в рабочей полости 16 становится ниже давления в пластовой среде (на фиг. не указан), и шарик 10 приподнимается над седлом 9, открывая всасывающий клапан.

Далее цикл повторяется.

Таким образом, оснащение направляющих 18 и 13 штока 4 в верхней части цилиндра 1 и нижней и части плунжера 2 обеспечивают перемещение штока 4 и запорного органа 5 нагнетательного клапана по оси цилиндра 1. Взаимодействие штока 4 с центральной частью торца упора 13 плунжера 2 создает исключительно осевую нагрузку.

Оснащение насоса пружиной 22, установленной между опорами штока 4, например, запорным органом 5, и плунжера 21 снижает действующую на шток 4 нагрузку снизу при движении штока 4 вниз.