ШТАНГОВЫЙ НАСОС ДЛЯ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Предложение относится нефтедобывающей промышленности для добычи высоковязкой нефти.
Известен «Штанговый насос с управляемыми клапанами для добычи высоковязкой нефти» (патент RU №2211374, F04B 47/00, опубл. Бюл. №24 от 27.08.03 г.), содержащий цилиндр, всасывающий клапан, плунжер, нагнетательный шток-клапан с толкателем, при этом цилиндр, поджатый пружиной сверху, снабжен центрирующим устройством и выполнен с возможностью осевого перемещения внутри кожуха, который жестко соединен с колонной труб, при этом всасывающий клапан состоит из седла цилиндра и запорного элемента с проходным каналом кожуха, причем между цилиндром и кожухом установлен герметизирующий узел.
Недостатками данного устройства являются сложность изготовления сложность конструкции, металлоемкость, уменьшение рабочего хода, связанного с перемещением цилиндра, а также невозможность использования деталей стандартного штангового насоса при его изготовлении, при этом при выходе из строя всасывающего штока-клапана весь насос выходит из строя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Штанговый насос для добычи высоковязкой нефти» (патент RU №55892, F04B 47/00, опубл. Бюл. №24 от 27.08.2006 г.), содержащий цилиндр, всасывающий клапан с седлом, плунжер, нагнетательный шток-клапан с толкателем, взаимодействующим с плунжером, при этом всасывающий клапан выполнен нормально закрытым и поджатым к седлу, а шток-клапан жестко соединен с колонной штанг через толкатель, который установлен в плунжер с возможностью ограниченного осевого перемещения..
Недостатками данного устройства являются малая пропускная способность всасывающего клапана и его большой ход, что в вязкой нефти значительно снижает коэффициент полезного действия (КПД).
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение КПД за счет увеличения пропускной способности всасывающего клапана и уменьшения его рабочего хода.
Техническая задача решается штанговым насосом для добычи высоковязкой нефти, содержащим цилиндр, нормально закрытый поджатый к седлу всасывающий клапан, плунжер, нагнетательный шток-клапан, взаимодействующим с плунжером и жестко соединенным с колонной штанг с возможностью ограниченного осевого перемещения в плунжере.
Новым является то, что проходное отверстие седла выполнено диаметром не менее трети внутреннего диаметра цилиндра.
Новым является так же то, что клапан выполнен в виде сегмента шара диаметром не менее внутреннего диаметра цилиндра.
Новым является также то, что клапан выполнен в виде усеченного конуса с углом при вершине не менее 100°.
На фиг.1 схематично изображена нижняя часть штангового насоса с плунжером в продольном разрезе.
На фиг.2 изображено сечение А-А плунжерного насоса.
На фиг.3 изображено сечение Б-Б плунжерного насоса.
На фиг.4 изображена нижняя часть плунжерного насоса с конусным клапаном.
Штанговый насос для добычи высоковязкой нефти содержит цилиндр 1 (фиг.1), нормально закрытый поджатый к седлу 2 всасывающий клапан 3, плунжер 4, нагнетательный шток-клапан 5, взаимодействующим с плунжером 4 и жестко соединенным с колонной штанг 6 с возможностью ограниченного осевого перемещения в плунжере 4. Проходное отверстие 7 седла 2 выполнено диаметром d не менее половины внутреннего диаметра D цилиндра 1.
Клапан 3 может быть выполнен в виде сегмента шара диаметром D1 не менее внутреннего диаметра D цилиндра 1.
Клапан 3 (фиг.4) может быть выполнен в виде усеченного конуса с углом при вершине α≥100°.
Причем на практике для изготовления штангового насоса применили цилиндр 1 (фиг.1) и плунжер 4 от стандартного штангового насоса. При этом цилиндр 1 оснастили поджатым пружиной 8 к седлу 2 всасывающим клапаном 3, перекрывающим проходное отверстие 7. Плунжер 4 укоротили (для добычи высоковязкой нефти достаточно укороченного плунжера 4), обработали внутреннюю полость и оснастили штоком-клапаном 5 с упором 9, соединенным жестко с колонной штанг 6. Причем упор 9 выполнен внутри плунжера 4 в виде радиальных пластин 10 (фиг.2), расположенных равномерно по окружности относительно штока-клапана 5 и центрирующими его в плунжере 4.
Штанговый насос работает следующим образом.
Штанговый насос помещают на заданную глубину в скважину (на фиг.1 и 4 не показана) и сообщают возвратно-поступательные движения колонне штанг 6 (фиг.1).
При перемещении вверх колонны штанг 6 шток-клапан 5 находится в закрытом состоянии, взаимодействуя с плунжером 4, который перемещается вверх относительно цилиндра 1. Разрежение под плунжером 4, открывает клапан 3 (фиг.1 и 4), преодолевая сопротивление пружины 4, и втягивает продукцию скважины в цилиндр 1 по боковым каналам 11 (фиг.3) корпуса 1. При этом продукция скважины, находящаяся в цилиндре 1 над плунжером 4 (фиг.1), поднимается к устью (на фиг.1 и 4 не показано) скважины, где и отбирается в трубопроводы или емкости.
При перемещении колонны штанг 6 вниз упор 9, взаимодействуя с плунжером 4, перемещает его вниз относительно цилиндра 1. При этом шток-клапан 5 находится в открытом состоянии, а всасывающий клапан 3 (фиг.1 и 4) - в закрытом состоянии, то есть всасывающий клапан 3 плотно прижат пружиной 8 к седлу 2, несмотря на вязкость добываемой нефти и наклон цилиндра 1 относительно вертикали. Продукция скважины (высоковязкая нефть) из под плунжерной полости цилиндра 1 (фиг.1) по каналам 12 (фиг.2), расположенным между пластинами 10, перетекает в над плунжерную (фиг.1).
Повторение циклов возвратно поступательных перемещений колонны штанг 6 позволяет производить постоянный отбор высоковязкой нефти.
При изготовлении суммарное поперечное сечение боковых каналов 11 (фиг.3) корпуса 1 каналов 12 (фиг.2) в плунжере 4 примерно равно для исключения повышенного гидравлического сопротивления. Изготовление седла 2 (фиг.1 и 4) с проходным отверстием 7 диаметром d≥D/3 и клапаном 7 выполненным в виде сегмента шара диаметром D1 (фиг.1) не менее внутреннего диаметра D цилиндра 1 (D1≥D) или в виде усеченного конуса (фиг.4) с углом при вершине α≥100°, позволяет добиться меньшего хода клапана 3 (фиг.1 и 4) на открытие и закрытие (на практике - до 4 раз относительно шаровых клапанов) не увеличивая гидравлического сопротивления относительно боковых каналов 11 (фиг.3) корпуса 1 и каналов 12 (фиг.2) плунжера 4, что позволило увеличить КПД плунжерного насоса в вязких средах на 10 - 15% за счет меньших потерь времени на открытие и закрытие (на практике - как минимум два раза относительно шаровых клапанов) всасывающего клапана 3 (фиг.1 и 3), что уменьшает падение уровня добываемой высоковязкой в переходный период, и увеличение его пропускной способности, особенно в период открывания, что снизило его гидродинамическое сопротивление.
Использование предлагаемого штангового насоса позволяет повысить его КПД за счет увеличения пропускной способности всасывающего клапана и уменьшения его рабочего хода.