Скважинный штанговый насос

Полезная модель относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, а именно - к насосам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин с приводным устройством, расположенным на поверхности земли, и может быть использована для добычи высоковязкой нефти.
Известен скважинный штанговый насос (патент RU2561935, MIIK F04B 47/00 (2006.01), опубл. 2015 г. ), содержащий подвижный цилиндр, неподвижный плунжер, шток, в верхней части плунжера установлен всасывающий клапан, в верхней части цилиндра размещен нагнетательный клапан, запорный элемент всасывающего клапана связан с подвижным цилиндром, выполнен с участком сферической поверхности и закреплен на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках, а запорный элементнагнетательного клапана установлен на штоке.
Недостатком такого насоса является сложность конструкции и низкая надежность работы при добыче высоковязкой нефти, что объясняется наличием большого количества деталей и узлов, работающих в осложненных условиях и ненадежностью всасывания высоковязкой жидкости в нагнетательную камеру насоса.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является скважинный штанговый насос (патент RU2321772, МПК F04B 47/02 (2006.01), опубл. 2008 г. ), содержащий неподвижный цилиндр и устанавливаемый в скважине с возможностью перемещения относительно колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) цилиндр с открытой донной частью, в котором установлен неподвижный полый плунжер.В верхней части подвижного цилиндра установлен нагнетательный клапан,корпус которого соединен со штоком. В верхней части подвижного цилиндра размешен нагнетательный клапан. Плунжер выполнен полым и соединен снизу с приемным полым патрубком с образованием кольцевой разрядной камеры.
Недостатком является сложность конструкции и низкая надежность работы при добыче высоковязкой нефти, что объясняется наличием большого количества деталей и узлов, работающих в осложненных условиях, возможным попаданием механических частиц между подвижным цилиндром инеподвижным плунжером или между подвижным цилиндром и приемным полым патрубком, и ненадежностью всасывания высоковязкой жидкости в нагнетательную камеру насоса. Кроме того, возможны отказы в работе нагнетательного клапана, открывающегося под действием давления скважинной жидкости при перекачивании высоковязких сред.
Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является упрощение конструкции и повышение надежности работы насоса при добыче высоковязкой нефти.
Поставленная техническая проблема решается за счет усовершенствования скважинного штангового насоса, содержащего устанавливаемый в скважине с возможностью перемещения относительно колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) цилиндр с открытой донной частью, в котором установлен неподвижный полый плунжер, полость которого гидравлически сообщена с колонной НКТ, нагнетательный клапан.
Это усовершенствование заключается в том, что насос снабжен соединяемым с колонной штанг штоком с запорным элементом открытой донной части, установленным с возможностью перемещения вниз относительно цилиндра для открытия его донной части, дальнейшего совместного с цилиндром перемещения вниз и перемещения вверх до закрытия донной части и совместного с цилиндром перемещения вверх, при этом нагнетательный клапан установлен в канале, соединяющем подплунжерную полость с полостью плунжера.
Такое конструктивное выполнение насоса обеспечивает возможность погружения в пласт цилиндра с открытой донной частью и надежного заполнения полости цилиндра вязкой нефтью, перекрытия открытой донной части для обеспечения возможности вытеснения плунжером нефти, находящейся в полости цилиндра при движении цилиндра вверх через открытый нагнетательный клапан.
Кроме того, в штоке и запорном элементе могут быть выполнены каналы для подачи пара и другого теплоносителя или химического реагента, что повышает надежность работы насоса за счет снижения вязкости нефти при ее нагреве или химическом воздействии.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен заявляемы скважинный штанговый насос в крайнем нижнем положении штока.
Скважинный штанговый насос содержит устанавливаемый в скважине с возможностью перемещения относительно колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 цилиндр 2 с открытой донной частью, в котором установлен неподвижный полый плунжер 3, полость 4 которого гидравлически сообщена с колонной НКТ 1, нагнетательный клапан 5. Насос снабжен соединяемым с колонной штанг 6 штоком 7 с запорным элементом 8 открытой донной части, установленным с возможностью перемещения вниз относительно цилиндра 2 для открытия его донной части, дальнейшего совместного с цилиндром 2 перемещения вниз (при взаимодействии с ограничителем 9, жестко соединенным с цилиндром 2), перемещения вверх до закрытия донной части и совместного с цилиндром 2 перемещения вверх. Нагнетательный клапан 5 установлен в канале 12, соединяющем подплунжерную полость 10 с полостью 4 плунжера 3. В приведенном варианте в штоке 7 и запорном элементе 8 выполнены каналы 11 для подачи теплоносителя или химического реагента.
Заявляемый скважинный насос работает следующим образом. Насос устанавливают в скважине, закрепляя плунжер 3 неподвижно относительно НКТ 1, шток 7 соединяют с колонной насосных штанг 6, соединенных с наземным приводом (не показан). При работе привода колонна штанг 6 и соединенный с ней шток 7 с запорным элементом 8 совершают возвратно-поступательное перемещение. При движении вниз (фиг. 1) шток 7 перемещается вниз относительно цилиндра 2, отводя запорный элемент 8 и открывая его донную часть. При дальнейшем перемещении вниз шток 7 упирается в ограничитель 9, жестко соединенный с цилиндром 2, и перемещается вниз вместе с цилиндром 2, который погружается в пласт вязкой нефти. После этого шток 7 с запорным элементом 8 перемещается вверх (фиг. 2) до упора в донную часть цилиндра 2 для ее закрытия, дальнейшее перемещение штока 7 вверх происходит вместе с цилиндром 2, полость которого заполнена вязкой нефтью, а донная часть закрыта запорным элементом 8. При дальнейшем перемещении цилиндра 2 вверх (фиг. 3) относительно плунжера 3 в подплунжерной полости 10 увеличивается давление, под действием которого открывается нагнетательный клапан 5 и нефть из полости 10 вытесняется через открытый клапан 5 в полость 4 плунжера 3 и далее по колоне НКТ на поверхность. Далее шток 7 начинает движение вниз и цикл работы насоса повторяется. Надежность работы насоса повышается за счет снижения вязкости нефти при ее нагреве теплоносителем или воздействии химическим реагентом, который подается в каналы 11.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет упростить конструкцию насоса и повысить надежность его работы при добыче высоковязкой нефти за счет надежного заполнения полости цилиндра вязкой нефтью, перекрытия открытой донной части для обеспечения возможности вытеснения плунжером нефти, находящейся в полости цилиндра при движении цилиндра вверх через открытый нагнетательный клапан.