СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
WELL SUCKER-ROD PUMP

Изобретение относится к области механизированной добычи нефти, в частности к добыче нефти скважинными штанговыми насосами.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий рабочую пару плунжер-цилиндр с установленными в них соответственно нагнетательным и всасывающим клапанами, фильтр механических примесей. Последний связан с приемом насоса и снабжен снизу емкостью предварительного накопления механических примесей. Фильтр представляет собой концентрически расположенные трубы, сообщающие забой скважины с приемом насоса. Емкость предварительного накопления мехпримесей выполнена в виде продолжения внешней трубы фильтра и снабжена подпружиненным клапаном, установленным в нижней части емкости. Расстояние от насоса до подпружиненного клапана больше, чем расстояние от насоса до интервала перфорации (Патент РФ №2360145, 2009 г.).
Однако вероятность попадания мехпримесей в полость насоса высока, вследствие высокой скорости течения флюида во внутренней трубе фильтра, а закрытие подпружиненного клапана происходит с запаздыванием из-за чрезмерного его открытия.
Известен глубинный штанговый насос для добычи нефти, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном (Патент РФ №2144623, 2000 г.).
Данное устройство предполагает использование плунжера большой длины, что ведет к интенсивному износу скважинного насоса.
Наиболее близким по технической сущности является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр со всасывающим клапаном, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном. На поверхность плунжера перпендикулярно его оси нанесены волнообразные замкнутые канавки и наплывы, распределенные равномерно по длине плунжера с шагом не менее чем полтора диаметра плунжера, причем наплывы имеют высоту не более величины зазора на сторону, предусмотренного классом посадки насоса. Фильтр механических примесей в виде концентрично установленных труб и емкость предварительного накопления механических примесей (Патент РФ №2365786, 2009 г.).
Недостатком данного устройства является подверженность наплывов быстрому износу из-за их небольшой величины, вследствие этого насечки теряют свое функциональное назначение.
Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются повышение эффективности защиты скважинного насоса от мехпримесей и долговечности плунжера, снижение утечек в плунжерной паре турбулизацией потока.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является повышение надежности работы насоса; защита скважинного насоса от мехпримесей путем применения фильтра со сниженной скоростью восходящего потока жидкости, достигаемым увеличением площади поперечного сечения внутренней трубы фильтра по сравнению с площадью поперечного сечения кольцевого пространства фильтра; снижение утечек в плунжерной паре цилиндра насоса турбулизацией потока, создаваемой специальной формой канавок.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с всасывающим клапаном, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном, на наружной поверхности плунжера перпендикулярно к оси нанесены замкнутые канавки, фильтр механических примесей в виде концентрично установленных труб и емкость предварительного накопления упомянутых механических примесей, согласно изобретению поперечный разрез канавок имеет форму усеченной наклонной плоскостью параболы, ось симметрии которой образует острый угол с осью плунжера в направлении к выкиду насоса, причем глубина канавок не больше одной двадцатой наружного диаметра плунжера, внутренняя площадь поперечного сечения концентрично установленных труб фильтра больше, чем площадь поперечного сечения между наружным диаметром внутренней трубы и внутренним диаметром наружной концентрично установленной трубы, а прием внутренней трубы снабжен круглым диском, установленным перпендикулярно к оси насоса на кронштейне, длина наружной трубы выполнена так, что диск оказывается внутри этой трубы, причем клапан емкости предварительного накопления мехпримесей снабжен ограничителем хода Г-образной формы.
На фиг. 1 представлена схема скважинного насоса.
На фиг. 2 представлен увеличенный фрагмент схемы.
На фиг. 3 представлена канавка поверхности плунжера скважинного насоса.
На фиг. 4 представлено расположение канавки на поверхности плунжера скважинного насоса.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1 со всасывающим клапаном 2, установленный в цилиндре 1 с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер 3 с нагнетательным клапаном 4, на наружной поверхности плунжера 3 перпендикулярно к оси нанесены замкнутые канавки 5, фильтр 6 механических примесей в виде концентрично установленных труб 7, 8 и емкость 9 предварительного накопления упомянутых механических примесей. Поперечный разрез канавок 5 имеет форму усеченной наклонной плоскостью 10 параболы 11, ось симметрии 12 которой образует острый угол α с осью 13 плунжера 3 в направлении к выкиду 14 насоса, причем глубина канавок 5 не больше одной двадцатой наружного диаметра плунжера 3, внутренняя площадь поперечного сечения внутренней трубы 7 фильтра 6 больше, чем площадь поперечного сечения между наружным диаметром внутренней трубы 7 и внутренним диаметром наружной концентрично установленной трубы 8, а прием внутренней трубы 7 снабжен круглым диском 15, установленным перпендикулярно к оси насоса на кронштейне 16, длина наружной трубы 8 выполнена так, что диск 15 оказывается внутри этой трубы 8, причем клапан 17 емкости 9 предварительного накопления мехпримесей снабжен ограничителем хода 18 Г-образной формы.
Работа скважинного штангового насоса осуществляется следующим образом. При ходе плунжера 3 вверх всасывающий клапан 2 открывается, нагнетательный клапан 4 закрывается, полость цилиндра 1 под плунжером 3 заполняется нефтью, проходящей через фильтр 6. Причем происходит улучшение фильтрации за счет снижения восходящего потока нефти, достигаемого увеличением площади поперечного сечения внутренней трубы 7 фильтра 6 по сравнению с площадью поперечного сечения кольцевого пространства фильтра 6, образованного наружным диаметром внутренней трубы 7 и внутренним диаметром наружной концентрично установленной трубы 8. В процессе отсеивания мехпримесей происходит их отражение от круглого диска 15, установленного на кронштейне, что дополнительно защищает рабочие органы насоса и позволяет мехпримесям осаждаться в емкости 9 предварительного накопления, при заполнении которой открывается клапан 17 и происходит сброс упомянутых мехпримесей. Ограничитель хода 18 Г-образной формы предохраняет от чрезмерного открытия и позволяет вернуться клапану 17 в рабочее состояние.
Плунжер 3 движется вниз, всасывающий клапан 2 закрывается, нагнетательный клапан 4 открывается и нефть из пространства под плунжером 3 попадает в насосно-компрессорные трубы (на схеме не обозначены), соединенные с цилиндром 1.
Канавки 5, поперечный разрез которых имеет форму усеченной наклонной плоскостью 10 параболы 11, ось симметрии 12 которой образует острый угол α с осью 13 плунжера 3 в направлении к выкиду 14 насоса, а глубина канавок 5 не больше одной двадцатой наружного диаметра плунжера 3, позволяют снизить утечки в плунжерной паре цилиндра насоса турбулизацией потока, создаваемой указанной специальной формой канавок 5. Кроме того, в канавках 5 постоянно удерживается смазка, что позволяет избежать «сухого трения» в плунжерной паре и интенсивного износа.
Таким образом, осуществляется защита скважинного насоса от мехпримесей и снижение утечек в плунжерной паре турбулизацией потока перекачиваемой нефти, тем самым достигается повышение долговечности и производительности насоса.