ГЛУБИННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин.
Известен глубинный плунжерный насос /Патент России №2413095, МПК F04B 47/04, опубл. 27.02.2011 г./, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб, управляющую камеру с приводной жидкостью, отделенную при помощи перегородки от насосной камеры. При этом между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью с образованием гидрозатвора. В управляющей камере своей нижней частью расположен плунжер, соединенный посредством штока с колонной штанг. Верхняя часть плунжера размещена в разделительной камере. Последняя образована над управляющей камерой и отделена от нее цилиндром с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением, охватывающим плунжер. Разделительная камера заполнена разделительной жидкостью, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем, Разделитель уплотнен относительно внутренней стенки корпуса и штока, соответственно, наружным и внутренним кольцевыми уплотнениями.
Недостатком известного глубинного насоса является его большая энергоемкость и металлоемкость из-за наличия штока с колонной штанг, которые необходимо привести в движение для подъема жидкости на большую высоту. Кроме того, наличие множества конструктивных элементов, таких как колонна штанг, шток, кольцевые уплотнения, обводной канал, гидрозатвор, центратор усложняют конструкцию насоса в целом, что снижает его надежность и межремонтный период.
Известен также глубинный насос /Свидетельство России №11846, МПК F04B 47/02, опубл. 16.11.199 г., принятый за прототип, содержащий корпус, в котором соосно размещена поршневая система в виде нижнего и верхнего плунжеров с центральными отверстиями, один над другим последовательно соединенных жестко между собой посредством штока, ступенчатый цилиндр, закрепленные на колонне насосные штанги, кольцевую и рабочую полости, всасывающий и нагнетательный клапаны. Верхний и нижний плунжеры выполнены полыми, при этом диаметр верхнего плунжера выполнен меньшего диаметра нижнего.
Шток, связывающий жестко плунжеры друг с другом, выполнен в виде сплошного стержня, при этом длина его выполнена больше длины каждого из плунжеров. Нагнетательный клапан установлен на верхнем плунжере. Всасывающий клапан установлен на приеме насоса. Нижний плунжер снабжен установленным в его верхней части тарельчатым клапаном в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью. При этом запорный элемент жестко соединен с нижним концом штока, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером. На наружной поверхности обоих плунжеров закреплены с возможностью раскрытия полиамидные насадки. К верхней части корпуса присоединена насосно-комнрессорная труба, сверху которой жестко и герметично закреплен привод. При этом привод соединен с верхним плунжером посредством передаточного элемента. В качестве передаточного элемента использована колонна насосных штанг.
Основной недостаток известного насоса в том, что из-за наличия штока, выполненного в виде сплошного металлического стержня и необходимости приведения его в движение для подъема жидкости из скважины, увеличивается его металлоемкость, снижается его пропускная способность и как следствие эффективность. Для эксплуатации такого насоса требуется большое количество потребляемой энергии.
Наличие конструктивных элементов, таких как тарельчатый клапан в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью, полиамидные насадки и др. усложняют конструкцию насоса в целом.
Кроме того, эксплуатация известного насоса возможна лишь на скважинах вертикальных и прямолинейных наклонно-направленных, но затруднена на скважинах сложного рельефа, имеющего кривизну, что ограничивает область его использования.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы насоса за счет снижения потребляемой энергии, повышения его пропускной способности, а также снижение металлоемкости при одновременном упрощении конструкции и расширение области его применения за счет использования на скважинах сложного рельефа.
Глубинный насос содержит корпус, в котором соосно размещены верхний и нижний поршни разного диаметра с центральными отверстиями, которые жестко связанны между собой соединительным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны. Причем диаметр верхнего поршня выполнен меньше диаметра нижнего поршня. К верхней части корпуса присоединена колонна насосно-компрессорных труб, сверху которой жестко и герметично закреплен привод. При этом привод соединен с верхним поршнем посредством передаточного элемента. Нагнетательный клапан установлен на верхнем поршне, а всасывающий клапан - на нижнем поршне. В отличие от прототипа он содержит упругий элемент, установленный снизу под нижним поршнем, буферную емкость с наполненной откачиваемой жидкостью, присоединенной нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб посредством питательной трубы. Соединительный элемент выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы. В качестве передаточного элемента использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход поршней соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем меньше силы упругости упругого элемента.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются:
- наличие новых конструктивных элементов, а именно упругий элемент, буферная емкость с наполненной откачиваемой жидкостью емкость и их взаиморасположение в конструкции насоса;
- иная форма выполнения соединительного элемента в виде перфорированной трубы с определенным расположением отверстий, а также в качестве передаточного элемента вместо штока использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход поршней соответствующего заданной производительности насоса;
- соотношение параметров, характеризующих силу давления столба жидкости над нижним поршнем, которая меньше силы упругости упругого элемента.
На чертеже изображен общий вид заявляемого глубинного насоса. Он содержит корпус 1, в котором соосно размещены верхний 2 и нижний 3 поршни разного диаметра с центральными отверстиями, которые жестко связанны между собой соединительным элементом 4, всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны. Причем диаметр верхнего поршня 2 выполнен меньше диаметра нижнего поршня 3. К верхней части корпуса 1 присоединена колонна насосно-компрессорных труб 7, сверху которой жестко и герметично закреплен привод 8 с вспомогательным поршнем 9, который соединен с верхним поршнем 2 посредством передаточного элемента 10. Нагнетательный клапан 6 установлен на верхнем поршне 2, а всасывающий клапан 5 - на нижнем поршне 3. Упругий элемент 11 установлен снизу под нижним поршнем 3. Буферная емкость 12 с наполненной откачиваемой жидкостью 13 присоединена нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб 7 (КНКТ). посредством питательной трубы 14. Соединительный элемент 4 выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы. В качестве передаточного элемента 10 использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход верхнего 2 и нижнего 3 поршней, соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем 3 меньше силы упругости упругого элемента 11. Буферная емкость 12 соединена с накопителем (на чертеже не показана) посредством трубы 15. Глубинный насос расположен в обсадной колонне 16. На линии 17 показана граница между корпусом 1 и КНКТ 7.
Заявляемый глубинный насос работает следующим образом.
Перед началом работы вся система глубинного насоса заполняется жидкостью через буферную емкость 12. В исходном крайнем верхнем положении вспомогательного поршня 9 привода 8 нагнетательный клапан 6 находится в закрытом состоянии за счет гидростатического давления столба жидкости в КНКТ 7. Всасывающий клапан 5 закрыт за счет гидростатического давления жидкости между верхним 2 и нижним 3 поршнями. Под нижним поршнем 3 находится перекачиваемая жидкость, а упругий элемент 11 находится в исходном положении.
Движение вниз вспомогательного поршня 9 привода 8 оказывает воздействие на упругий элемент 11 посредством передаточного элемента 10 в виде откачиваемой жидкости через верхний поршень 2, соединительный элемент 4 в виде перфорированной трубы и нижний поршень 3. Увеличение давления в КНТК 7 влечет за собой сжатие упругого элемента 11, находящегося под нижним поршнем 3. При этом нагнетательный клапан 6 находится в закрытом положении, а всасывающий клапан 5 открывается за счет создания разрежения между верхним 2 и нижним 3 поршнями. Перекачиваемая жидкость поступает через открытый всасывающий клапан 5 и центральное отверстие нижнего поршня 3 в пространство между поршнями 2 и 3. При движении вверх вспомогательного поршня 9 привода 8 поршни 2 и 3 также поднимаются под действием упругого элемента 11, который стремиться в исходное положение. При этом всасывающий клапан 5 закрывается вследствие повышения давления между поршнями 2 и 3, а нагнетательный клапан 6 открывается. Перекачиваемая жидкость из пространства между поршнями 2 и 3, проходя через отверстия перфорированной трубы соединительного элемента 4, центральное отверстие верхнего поршня 2, нагнетательный клапан 6 в КНКТ 7, затем в накопитель через буферную емкость 12. Амплитудой движения поршневой системы можно регулировать объем перекачиваемой жидкости, т.к. объем всасываемой жидкости больше объема, затраченного для обеспечения хода поршней 2 и 3 вниз.
В случае использования заявляемого насоса на скважинах сложного рельефа, например, имеющего изгиб, не возникает необходимости в изменении конструкции насоса, а принцип его работы сохраняется.
Использование заявляемой полезной модели позволит повысить эффективность работы насоса за счет снижения потребляемой энергии, повышения его пропускной способности. Также снизить металлоемкость за счет использования откачиваемой жидкости вместо штока, выполненного в виде сплошного металлического стержня при одновременном упрощении конструкции насоса. Кроме того, расширяются области применения насоса за счет возможности использования на скважинах сложного рельефа.