Штанговый глубинный насос трубной конструкции

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в компоновке скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) глубинных насосов трубной конструкции.
Добыча нефти с помощью СШНУ является одним из наиболее распространенных способов добычи нефти, в том числе с помощью насосов трубной конструкции. При эксплуатации СШНУ одной из проблем является повреждение узлов штангового насоса при сползании, скидывании канатной подвески, неверной подгонке плунжера, когда происходит работа с нижним стуком.
Известен штанговый глубинный насос трубной конструкции (ОАО «Ижнефтемаш», Глубинные штанговые насосы. Каталог, ред. 5-2009, стр. 46), состоящий из цилиндра с боковым отверстием, присоединенных к нему удлинительных патрубков, присоединенного к нижнему удлинительному патрубку всасывающего клапана с клапанной парой увеличенного размера неизвлекаемой конструкции, длинного плунжера сборной конструкции с присоединенным к нему узлом нагнетательного клапана.
Недостатками конструкции данного насоса являются:
- низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком, когда корпус нагнетательного клапана бьется о корпус всасывающего клапана;
- наличие открытого бокового сливного отверстия в корпусе цилиндра, обуславливающее невозможность проведения предварительного гидравлического испытания данного штангового скважинного насоса перед отправкой на скважину, большую величину утечек через боковое сливное отверстие при его работе, а также вероятность заклинивания плунжера штангового насоса в цилиндре при его эксплуатации вследствие попадания посторонних механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром.
Известен глубинный штанговый насос (патент RU № 2211373, МПК F04B 47/00, опубл. 27.08.2003 в бюл. № 24), содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб цилиндр с приемным каналом, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения полый, соединенный с приводной колонной насосных штанг посредством штока с центратором и переходника плунжер, расположенный в нижнем конце плунжера, нагнетательный клапан с размещенным в корпусе последнего над седлом шариком, отличающийся тем, что он снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода нагнетательного клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды, причем приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность конструкции из-за большого количества сложных элементов, что снижает надежность устройства;
- наличие открытого бокового сливного отверстия в корпусе цилиндра, обуславливающее невозможность проведения предварительного гидравлического испытания данного штангового скважинного насоса перед отправкой на скважину, большую величину утечек через боковое сливное отверстие при его работе, а также вероятность заклинивания плунжера штангового насоса в цилиндре при его эксплуатации вследствие попадания посторонних механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром;
- низкая работоспособность устройства, связанная с вероятностью перекрытия сливного отверстия стенкой эксплуатационной колонны в интервалах кривизны или запечатывание отверстия асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) со стенок эксплуатационной колонны, соскребаемыми при спуско-подъемных операциях;
- низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком, так как преобразователь направления движения колонны насосных штанг быстро выйдет из строя.
Наиболее близким по технической сущности является штанговый глубинный насос трубной конструкции (патент RU № 69936, МПК F04B 47/00, опубл. 10.01.2008 в бюл. № 1), состоящий из цилиндра с боковым отверстием, присоединенных к нему удлинительных патрубков, присоединенного к нижнему удлинительному патрубку всасывающего клапана с клапанной парой увеличенного размера неизвлекаемой конструкции, одинарного плунжера с присоединенным к нему узлом нагнетательного клапана, при этом всасывающий клапан извлекаемой конструкции присоединен к нижнему удлинительному патрубку посредством дополнительного удлинительного патрубка, а цилиндр данного штангового насоса в месте расположения отверстия снабжен устройством, герметизирующим отверстие и состоящем из двух полуколец, соединенных винтами, с выполненным в одном из полуколец отверстием переменного сечения, расположенном соосно боковому отверстию в корпусе цилиндра, имеющем внутреннюю резьбу в части, имеющей большее сечение, и заглушенном разрывным элементом в виде мембраны, зафиксированном в отверстии гайкой, имеющей наружную резьбу и, при возникновении необходимости в сливе жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), разрушаемом путем создания высокого давления в полости цилиндра штангового глубинного насоса.
Недостатками известного устройства являются:
- низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком, когда корпус нагнетательного клапана бьется о корпус всасывающего клапана;
- низкая работоспособность устройства, связанная с вероятностью перекрытия сливного отверстия стенкой эксплуатационной колонны в интервалах кривизны или запечатывание отверстия асфальтосмолопарафиновыми отложениями (АСПО) со стенок эксплуатационной колонны, соскребаемыми при спуско-подъемных операциях. Большинство скважин являются наклонно-направленными с небольшой спиралевидностью в пространстве горных пород. Благодаря этому глубинный насос прилегает, как правило, с одной стороны и твердые и твердо-пластичные АСПО, заходя в сливное отверстие, налипают на него, и как следствие насос теряет функциональную способность, что приводит к аварийной ситуации.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности штангового глубинного насоса трубной конструкции за счет снижения ударно динамической нагрузки на узлы насоса (в нижнем положении плунжера) и исключению аварийных ситуаций (подъема с изливом жидкости из НКТ) в процессе спуско-подъемных операций.
Технический результат достигается штанговым глубинным насосом трубной конструкции, включающим цилиндр, присоединенных к нему нижнего и верхнего удлинительных патрубков, присоединенного к нижнему удлинительному патрубку всасывающего клапана, одинарного плунжера с присоединенным к нему нагнетательного клапана, мембранный клапан.
Новым является то, что одинарный плунжер подпружинен пружиной сжатия,опирающейся на всасывающий клапан, при этом пружина зафиксирована по меньшей мере двумя штифтами, размещенными в фигурном пазе, верхний удлинительный патрубок выполнен с отклонителем, размещенным над мембранным клапаном.
На фиг. 1, 2 изображена схема штангового глубинного насоса трубной конструкции, где цилиндр - 1, одинарный плунжер - 2, всасывающий клапан - 3, нагнетательный клапан - 4, нижний удлинительный патрубок - 5, верхний удлинительный патрубок - 6, мембранный клапан - 7, отклонитель - 8, пружина - 9, штифты фиксации пружины 9 - 10.
Сущность полезной модели.
Штанговый глубинный насос трубной конструкции состоит из цилиндра 1, присоединенных к нему нижнего 5 и верхнего 6 удлинительных патрубков, присоединенного к нижнему удлинительному патрубку 5 всасывающего клапана 3, одинарного плунжера 2 с присоединенным к нему нагнетательного клапана 4, мембранный клапан 7.
Одинарный плунжер 2 подпружинен пружиной сжатия 9, опирающейся на всасывающий клапан 3. Пружина 9 смягчает ударно динамические нагрузки в процессе спуско-подъемных операций, а также в случае скидывания или сползания канатной подвески или неверной подгонки плунжера 2 до ее обнаружения и корректировки, тем самым предотвращает повреждение узлов насоса и повышает надежность штангового глубинного насоса.
При этом пружина 9 зафиксирована по меньшей мере двумя штифтами 10, размещенными в фигурном пазе (на фиг. 1, 2 не показан). Фиксация пружины 9 способствует уменьшению истирания, износа поверхности пружины 9.
Верхний удлинительный патрубок 6 выполнен с отклонителем 8, размещенным над мембранным клапаном 7. Наличие отклонителя 8 обеспечивает исключение засорения отверстия, открываемого после разрушения мембранного клапана 7, от налипания твердых и твердо-пластичных АСПО, соскребаемыми со стенок эксплуатационной колонны при спуско-подъемных операций (излива жидкости из НКТ), а так же исключает перекрытие отверстия стенкой эксплуатационной колонны в случае кривизны ствола скважины, что продлит безаварийный срок эксплуатации насоса в скважинах.
Устройство работает следующим образом.
Цилиндр 1 штангового глубинного насоса трубной конструкции с установленной пружиной 9, зафиксированной штифтами 10, спускают на колонне НКТ, плунжер 2 - на колонне насосных штанг, далее производят подгонку плунжера 2. При подгонке плунжер 2 опускают до касания о всасывающий клапан 3 с разгрузкой на пружину 9. После этого плунжер 2 приподнимают на определенную высоту (200 мм), учитывающую растяжение насосных штанг, затем устанавливают необходимую длину хода полированного штока станка-качалки, не превышающую максимальную длину хода штангового глубинного насоса, спущенного в скважину, после чего СШНУ запускают в работу.
При необходимости слива жидкости из внутренней полости колонны НКТ при выполнении подъема глубинно-насосного оборудования (ГНО) из скважины плунжер 2 штангового глубинного насоса извлекают из цилиндра 1 на колонне штанг, затем производят закачку жидкости в колонну НКТ для увеличения давления во внутренней полости цилиндра штангового глубинного насоса, превышающего критическую величину разрушения разрывного элемента - мембранного клапана 7, что приводит к его разрыву, открывая отверстие, через которое производят слив жидкости при подъеме ГНО.
Предлагаемая конструкция штангового глубинного насоса трубной конструкции является надежной за счет снижения ударно динамической нагрузки на узлы насоса (в нижнем положении плунжера) и исключению аварийных ситуаций (подъема с изливом жидкости из НКТ) в процессе спуско-подъемных операций.