СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС

Предложение относится к технике механизированной добычи нефти и может быть использовано при эксплуатации скважин штанговыми насосами с наземным силовым приводом.
Известен вставной штанговый насос (авторской свидетельство SU №576435, МПК 7 F04В 47/02, опубл. в 1977 г.) содержащий цилиндр и плунжер, при этом в нижней части цилиндра расположены узел фиксации его в колонне подъемных труб и всасывающий клапан, а плунжер соединен с колонной штанг и снабжен нагнетательным клапаном, при этом в стенке цилиндра выполнены радиальные сквозные каналы, сообщающие его полость с полостью колонны подъемных труб, но только при крайнем верхнем положении плунжера, то есть когда он находится в верхней мертвой точке в процессе возвратно-поступательных перемещений.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вставной штанговый насос (Муравьев В.М., Середа И.Г. Основы нефтяного и газового дела. - М.: Недра, 1967, с.172-180, рис.97 в.2) содержащий рабочую пару плунжер-цилиндр с всасывающим клапаном в цилиндре и нагнетательным клапаном в плунжере, причем цилиндр снабжен элементом фиксации в колонне подъемных труб, а плунжер снабжен элементом сцепления с колонной штанг силового наземного привода.
Аналогам в той или иной мере присущ общий недостаток, связанный с низкой производительностью насоса, так как подъем жидкости происходит только при ходе вверх, в связи с чем происходят большие затраты электроэнергии.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является скважинный штанговый насос (патент на полезную модель RU №65583, МПК7 F04В 47/00, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2007 г.), содержащий, пару плунжер-цилиндр с всасывающим клапаном в цилиндре и нагнетательным клапаном в плунжере, причем цилиндр жестко соединен с колонной подъемных труб, а плунжер снабжен элементом сцепления с колонной штанг силового наземного привода, при этом пара плунжер-цилиндр выполнена ступенчатой, при этом цилиндр дополнительно оснащен боковым всасывающим клапаном, а плунжер - боковым нагнетательным клапаном с продольным сквозным каналом.
Недостатком данной конструкции является малый диаметр продольного сквозного канала в ступенчатом плунжере, обусловленный габаритами бокового нагнетательного клапана подпружиненного слева направо, поэтому при интенсивном отборе скважинной жидкости снижается производительность нижней ступени скважинного насоса из-за низкой пропускной способности ступенчатого плунжера в продольном сквозном канале.
Технической задачей полезной модели является увеличение диаметрального размера продольного сквозного канала в ступенчатом плунжере и, как следствие, исключение снижения производительности нижней ступени насоса.
Указанная задача решается скважинным штанговым насосом, содержащим пару плунжер-цилиндр с всасывающим клапаном в цилиндре и нагнетательным клапаном в плунжере, причем цилиндр жестко соединен с колонной подъемных труб, а плунжер снабжен элементом сцепления с колонной штанг силового наземного привода, при этом пара плунжер-цилиндр выполнена ступенчатой, причем цилиндр дополнительно оснащен боковым всасывающим клапаном, а плунжер - боковым нагнетательным клапаном с продольным сквозным каналом,
1
2
Новым является то, что ступенчатый плунжер снабжен переходником диаметр -D, которого меньше диаметра -D нижней ступени плунжера, но больше диаметра D верхней ступени плунжера, при этом боковой нагнетательный клапан размещен в переходнике ступенчатого плунжера.
На фигуре схематично изображена конструкция предлагаемого скважинного штангового насоса.
1
2
Скважинный штанговый насос содержит пару плунжер 1 - цилиндр 2, выполненную ступенчатой. Ступенчатый цилиндр 2 оснащен всасывающим клапаном 3 и дополнительным боковым всасывающим клапаном 4. Ступенчатый плунжер 1, оснащен нагнетательным клапаном 5 и дополнительным боковым нагнетательным клапаном 6 с продольным сквозным каналом 7 в плунжере 1. Ступенчатая пара плунжер 1 - цилиндр 2 образуют между собой две полости объемом V - снизу и V - сверху.
1
2
Ступенчатый плунжер 1 снабжен переходником 8 диаметр -D, которого меньше диаметра -D нижней ступени плунжера 1, но больше диаметра D верхней ступени плунжера 1, при этом боковой нагнетательный клапан 6 размещен в переходнике 8 ступенчатого плунжера.
Ступенчатый цилиндр 2 жестко установлен на колонне подъемных труб (например, колонне насосно-компрессорных труб) 9, а ступенчатый плунжер 1 снабжен элементом сцепления 10 с колонной штанг 11 силового наземного привода (на фиг. не показано).
Скважинный штанговый насос работает следующим образом.
2
Предположим, что объем V уже заполнен жидкостью. Скважинный штанговый насос спускают в заданный интервал подъемных труб 9, при этом ступенчатый цилиндр 2 жестко размещен в составе колонны подъемных труб 8.
1
2
2
После чего запускают скважинный штанговый насос в работу посредством силового наземного привода. В результате колонна штанг 11, соединенная элементом сцепления 10 со ступенчатым плунжером 1 перемещается вверх, при этом открывается всасывающий клапан 3 ступенчатого плунжера 1 и полость объемом V заполняется скважинной жидкостью, а нагнетательный клапан 5 ступенчатого плунжера 1 закрыт, так как сверху на него давит столб скважинной жидкости, находящийся внутри ступенчатого плунжера 1 и внутри колонны подъемных труб 9 выше насоса. В это время скважинная жидкость, находящаяся в полости объемом V выдавливается внутрь ступенчатого плунжера 1 через его дополнительный боковой нагнетательный клапан 6, при этом дополнительный боковой всасывающий клапан 4 ступенчатого цилиндра 2 закрыт, так как в полости объемом V давление больше чем в колонне подъемных труб 8.
1
1
Достигнув конца хода вверх (верхней мертвой точки) колонна штанг 11, соединенная элементом сцепления 9 со ступенчатым плунжером 1 перемещается вниз, при этом закрывается всасывающий клапан 3 ступенчатого плунжера 1, а нагнетательный клапан 5 ступенчатого плунжера 1 открывается и скважинная жидкость, находящаяся в полости объемом V выдавливается внутрь ступенчатого плунжера 1 и его через продольный канал 7 попадает в колонну подъемных труб 9 выше скважинного штангового насоса, по которой поднимается на поверхность в выкидной коллектор (на фиг. не показано). Благодаря тому, что ступенчатый плунжер 1 снабжен переходником 8 диаметр -D, которого меньше диаметра -D нижней ступени плунжера 1, но больше диаметра D2 верхней ступени плунжера 1 скважинная жидкость, а из конструкции бокового нагнетательного клапана 6 исключена пружина сжатия, что снижает габариты бокового нагнетательного клапана 6 и значительно увеличивает пропускную способность нижней ступени насоса.
2
2
Во время движения вниз полость объемом V увеличивается, так как в ней создается разряжение давления, под действием которого дополнительный боковой нагнетательный клапан 6 ступенчатого плунжера закрывается, а дополнительный боковой всасывающий клапан 4 ступенчатого цилиндра 2 открывается и происходит заполнение полости объемом V скважинной жидкостью. В дальнейшем цикл работы скважинного штангового насоса повторяется.
Предлагаемый скважинный штанговый насос исключает снижение производительности нижней ступени насоса из-за усовершенствованной конструкции бокового нагнетательного клапана и наличия переходника в конструкции ступенчатого плунжера.