СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области насосного оборудования и может быть использована для подъема жидкости с большой глубины.
Известен погружной насосный агрегат, включающий корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы, при этом полый шток располагается в маслозаполненной эластичной оболочке (Патент РФ №2347947 от 2007.09.04).
Недостатками насосного агрегата является: быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка качения, обусловленную способом закрепления винта только в нижнем положении, а также несоответствие требуемых динамических нагрузок возникающих при работе передачи винт-гайка качения.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является скважинная насосная установка, включающая насосно-компрессорные трубы (НКТ), плунжерный насос, содержащий цилиндр, полый и ступенчатый плунжер, приводную штангу, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость через нижнее отверстие приемной камеры, через внутренний сквозной канал, выполненный в плунжере и всасывающий клапан, установленный в верхней части плунжера (Патент РФ №2532475 от 2013.07.02).
При такой конструкции дифференциального плунжерного насоса, когда всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера, а нижняя ступень плунжера выполнена полой, увеличивается площадь поперечного сечения нижней ступени плунжера, что приводит к увеличению нагрузки при ходе плунжера вверх и уменьшает срок службы установки. С другой стороны, уменьшение проходного канала нижней ступени плунжера увеличивает гидравлические потери на входе во всасывающий клапан и приводит к уменьшению коэффициента наполнения насоса и к падению производительности насосной установки.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение подачи дифференциального плунжерного насоса.
Поставленный технический результат достигается тем, что скважинная насосная установка, включающая дифференциальный плунжерный насос, приводимый в действие с помощью электродвигателя через передачу винт-гайка качения и приводную штангу, содержащий перепускной и нагнетательный клапаны, цилиндр, ступенчатый полый плунжер, в верхней части которого расположен всасывающий клапан, а нижняя ступень имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость, согласно изобретению, нижняя ступень плунжера выполнена в виде монолитного штока, имеющего ограниченное осевое перемещение относительно верхней ступени, и связана с приводной штангой, всасывающий клапан размещен в верхней части цилиндра, а перепускной клапан выполнен тарельчатым, причем, его седло расположено в верхней ступени плунжера, а плоская тарелка, находящаяся над седлом, жестко связана с нижней ступенью.
Сущность предлагаемой установки заключаются в том, что в конструкции дифференциального плунжерного насоса нижняя ступень плунжера выполнена с минимальным сечением, в результате чего уменьшается нагрузка при ходе плунжера вверх, а путем уменьшения гидравлических потерь в клапане и подводящих к нему каналах увеличивается коэффициент наполнения насоса и увеличивается производительность насосной установки.
На чертеже представлена принципиальная схема скважинной насосной установки.
Скважинная насосная установка состоит из дифференциального плунжерного насоса 1, привода типа винт-гайка качения 2 и реверсивного электродвигателя 3.
Насос 1 имеет цилиндр 4, внутри которого размещен плунжер 5, кинематически связанный через приводную штангу 6 и передачу винт-гайка качения 2 с реверсивным электродвигателем 3.
Плунжер 5 имеет возможность совершать в цилиндре 4 возвратно-поступательные перемещения и выполнен ступенчатым, причем диаметр верхней ступени 7 больше диаметра нижней ступени 8. Нижняя ступень 8 герметизирована в цилиндре 4 механическим уплотнением 9, в результате чего в нижней части цилиндра 4 образовалась кольцевая нагнетательная полость 10. В верхней части цилиндра 4 выполнена надплунжерная всасывающая полость 11. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость 11 через отверстие 12 и через всасывающий клапан 13.
Перепускной клапан 14 выполнен тарельчатым, причем его седло 15 расположено в верхней ступени 7 плунжера 5, а плоская тарелка 16, находящаяся над седлом 15, жестко связана с нижней ступенью 8 плунжера 5, выполненного с ограничителем хода 17.
Для сообщения между нагнетательной полостью 10 и насосно-компрессорными трубами (НКТ) 18 в нижней части цилиндра 4 выполнено отверстие 19 и размещенный в кожухе 20 цилиндр 4 образует кольцевой канал 21. В верхней части кожуха 20 установлен нагнетательный клапан 22.
Скважинная насосная установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 вращение его вала передается на передачу винт-гайка качения 2, которая превращает вращательное движение в возвратно поступательное, и которое через приводную штангу 6 передается плунжеру 5. При перемещении плунжера 5 вниз перепускной клапан 14 закрывается, давление в надплунжерной всасывающей полости 11 снижается, всасывающий клапан 13 открывается, и через него в надплунжерную полость 11 начинает поступать пластовая жидкость. При этом жидкость, находящаяся в нагнетательной полости 10, вытесняется через отверстие 19, кольцевой канал 21 и нагнетательный клапан 22 в НКТ 18. При ходе плунжера 5 вверх перепускной клапан 14 открывается, при этом длина хода клапана 14 обеспечивается ограничителем хода 17 и жидкость из надплунжерной всасывающей полости 11 поступает в нагнетательную полость 10. В связи с тем, что объем вытесняемой жидкости в надплунжерной всасывающей полости 11 больше, чем в нагнетательной полости 10, часть жидкости поступает через отверстие 19, кольцевой канал 21 и нагнетательный клапан 22 в НКТ 18.
Как видно из описания принципа работы установки, при ходе плунжера вверх в надплунжерной и нагнетательной полостях давление одинаковое и равно давлению жидкости в НКТ, следовательно, действующая сила на плунжер определяется произведением площади поперечного сечения нижней ступени на давление жидкости в НКТ.
Преимущества предлагаемой скважинной насосной установки заключаются в том, что повышается подача дифференциального плунжерного насоса, конструкция которого обеспечивает надежность и долговечность работы установки.