КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ
VALVE DEVICE FOR ROD-TYPE DEEP-WELL PUMPS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин, в том числе наклонно направленных.
Известен «Скважинный штанговый насос» (а.с. СССР №1525319, МПК F04В 47/02, F04В 21/04, опубл. в Бюл. №44 от 30.11.1989 г.), содержащий цилиндр, размещенный в полости цилиндра полый плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, установленные соответственно в полостях цилиндра и плунжера и снабженные седлом, запорным элементом и полой клеткой, причем полая клетка всасывающего клапана выполнена соосно с расположенным на ней штоком и установлена подвижно в осевом направлении и подпружинена относительно его седла, а со стороны своего нижнего торца снабжена расположенным эксцентрично ее оси выступом, обращенная к запорному элементу поверхность которого выполнена овальной, причем шток и выступ установлены с возможностью взаимодействия соответственно с запорными элементами нагнетательного и всасывающего клапанов при допускании штанг.
Недостатком скважинного штангового насоса является низкая надежность его работы, связанная с тем, что при взаимодействии овальной поверхности выступа с запорным органом (шариком) всасывающего клапана основная часть усилия от взаимодействия выступа с шариком направлена вниз, то есть прижимает шарик к седлу, и лишь небольшая часть равнодействующей, направленная перпендикулярно оси перемещения выступа, способствует выталкиванию шарика из седла, причем в первоначальный момент движения шарик должен начать перемещение вверх, чтобы выйти из седла. Кроме того, при допускании плунжера открыт нагнетательный клапан, и давление столба жидкости в колонне лифтовых труб со значительным усилием поджимает шарик к седлу, что затрудняет небольшой части равнодействующей силы, направленной перпендикулярно оси клапана, вытолкнуть шарик из седла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Клапанное устройство для скважинных штанговых насосов» (а.с. СССР №1476109, МПК Е21В 34/00, опубл. в Бюл. №16 от 30.04.1989 г.), содержащее цилиндрический корпус с осевым отверстием, в котором установлены всасывающий и нагнетательный клапаны, каждый из которых имеет седло и шар, снабженное размещенным под нагнетательным клапаном штоком и установленным в корпусе, жестко связанным со штоком и подпружиненным относительно корпуса стаканом, установленным под стаканом с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной оси корпуса, коромысла с фасонными канавками, фиксатором, установленным с возможностью взаимодействия с корпусом, и клином, шарнирно связанным с коромыслом и установленным с возможностью взаимодействия с шаром всасывающего клапана, и подпружиненным относительно стакана рычагом, установленным с возможностью поочередного взаимодействия с фасонными канавками коромысла.
Однако в наклонно направленной скважине расположение всасывающего клапана может оказаться таким, что нижний конец клина уже при работе насоса отклонится до взаимодействия с шариком, будет мешать его перемещениям при открытии-закрытии клапана, что приводит к потере производительности насоса, снижению надежности его работы и сужению области применения клапанного устройства.
Технической задачей изобретения является повышение надежности работы клапанного устройства за счет того, что клин при любом наклоне и расположении всасывающего клапана не может взаимодействовать с шариком во время работы насоса, и расширение области его применения за счет возможности использования в наклонно направленных скважинах.
Техническая задача решается клапанным устройством для скважинных штанговых насосов, содержащим цилиндрический корпус с осевым отверстием, в котором установлены всасывающий и нагнетательный клапаны, каждый из которых имеет седло и шар, шток, расположенный под нагнетательным клапаном и жестко связанный с подпружиненным вверх относительно корпуса стаканом, толкатель и клин, установленный с возможностью взаимодействия с шаром всасывающего клапана.
Новым является то, что в корпусе выше седла всасывающего клапана выполнен продольный канал с боковым отверстием внизу под клин, а толкатель выполнен в виде стержня, который сверху жестко соединен со стаканом и вставлен в канал с возможностью ограниченного продольного перемещения, причем клин выполнен с возможностью взаимодействия с верхней кромкой бокового отверстия при перемещении толкателя вверх.
На фиг.1 схематично показано клапанное устройство при открытом положении всасывающего клапана, на фиг.2 - то же, при его закрытом положении.
Клапанное устройство для скважинных штанговых насосов (см. фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 с осевым отверстием 2, в котором установлены всасывающий клапан 3, имеющий седло 4 и шар 5, и нагнетательный клапан 6, имеющий седло 7 и шар 8. Под нагнетательным клапаном 6 расположен шток 9, жестко связанный со стаканом 10. В корпусе 1 выше седла 4 всасывающего клапана 3 выполнен продольный канал 11, в котором расположен толкатель 12, выполненный в виде стержня. Толкатель 12 сверху жестко соединен со стаканом 10, например через выступ 13, выполненный на стакане 10, и вставлен в канал 11 с возможностью ограниченного продольного перемещения. Например, ход толкателя 12 вверх (см. фиг.2) может быть ограничен установленным на корпусе 1 упором 14, взаимодействующим с кольцевым буртиком 15, выполненным на втулке 16, установленной на толкателе 12, а вниз - выступом 13 (см. фиг.1) стакана 10, который взаимодействует с упором 14.
Стакан 10 и жестко соединенный с ним толкатель 12 подпружинены вверх относительно корпуса 1 пружиной 17, которая может быть установлена, например, на толкателе 12 и располагаться в продольном канале 11, или может быть расположена под стаканом 10 (на фиг. не показано).
Внизу продольного канала 11 выполнено боковое отверстие 18 (см. фиг.2), в котором расположен шарнирно связанный с толкателем 12 (например, через ось 19) клин 20 с возможностью взаимодействия с шаром 5 всасывающего клапана 3 при перемещении толкателя 12 вниз (см. фиг.1) и с верхней кромкой 21 (см. фиг.2) бокового отверстия 18 при перемещении толкателя 12 вверх.
Клапанное устройство работает следующим образом.
При работе насоса клапанное устройство находится в положении, указанном на фиг.2. Толкатель 12 и жестко связанный с ним стакан 10 находятся в крайнем верхнем положении относительно корпуса 1 за счет действия пружины 17. Клин 20, соединенный с толкателем 12 через ось 19, находится в боковом отверстии 18 и взаимодействует с его верхней кромкой 21. За счет этого взаимодействия клин 20 при любом положении клапанного устройства в наклонно направленной скважине при работе насоса не может произвольно отклониться до взаимодействия с шаром 5 всасывающего клапана 3 и мешать его перемещениям, что повышает надежность работы клапанного устройства и расширяет область его применения за счет возможности использования в наклонно направленных скважинах.
При опускании плунжера 22 до упора вниз шар 8 нагнетательного клапана 6 взаимодействует со штоком 9, который приподнимает его над седлом 7. Нижний конец плунжера 22 упирается в стакан 10 и перемещает его, жестко связанный с ним через выступ 13 толкатель 12 и шарнирно связанный с толкателем 12 клин 20 вниз. Втулка 16, установленная на толкателе 12 в продольном канале 11, также перемещается вниз, а ее кольцевой буртик 15 взаимодействует с пружиной 17 и сжимает ее. Перемещение вниз осуществляется до взаимодействия выступа 13 с упором 14. При этом клин 20 отклоняется и выталкивает шар 5 из седла 4.
Таким образом, происходит открытие нагнетательного 6 и всасывающего 3 клапанов, что позволяет произвести их промывку без извлечения насоса на поверхность.
Кроме того, в ряде случаев (например, при одновременной раздельной эксплуатации двух пластов или при подъеме продукции по эксплуатационной колонне скважины), когда полость эксплуатационной колонны разобщена пакером, а отбор продукции скважины ведется из пласта, расположенного под пакером, применение клапанного устройства позволяет сообщить над- и подпакерную полости скважины и произвести замеры давления эксплуатируемого пласта.