Дифференциальная штанговая насосная установка
DIFFERENTIAL SUCKER ROD PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при механизированной добыче высоковязкой нефти.
Известна штанговая насосная установка (патент RU №2175402, МПК F04B 47/00, опубл. 27.10.2001 г., бюл. № 30,), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещённым вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. При этом всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большого диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения, которая больше площади поперечного сечения клапанов. При этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров. Груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана.
К недостаткам данной установки можно отнести то, что во всасывающем клапане использована пара "седло- шарик", что существенно ограничивает проходные сечения клапанного узла, а это значит дополнительные гидравлические сопротивления в клапанном узле. Кроме того, комплект грузов увеличивает габариты насоса, в какой-то мере осложняя работы по монтажу и демонтажу насоса.
Известен также скважинный штанговый насос для добычи высоковязкой нефти (патент RU №2716998, МПК F04B 47/00, опубл. 17.03.2020 г., бюл. № 8), содержащий колонны насосных труб и штанг, цилиндры с установленными одна над другой ступенями разного диаметра и два полых плунжера, связанных между собой, подвижно размещённых в цилиндрах и имеющих всасывающий и нагнетательный клапаны. Полость цилиндра большого диаметра сообщена с полостью верхнего полого плунжера через окна переводника. Всасывающий клапан выполнен в виде диска, жёстко связанного с оправкой, центрирующей диск относительно внутреннего отверстия седла. Нагнетательный шариковый клапан установлен в верхней части полого плунжера меньшего диаметра и имеет наружный диаметр корпуса больше наружного диаметра плунжера.
Недостатком такого насоса является то, что дисковый всасывающий клапан работает за счёт перепада давления между подклапанной и надклапанной полостями.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение эффективности работы насоса за счёт обеспечения принудительного срабатывания дискового всасывающего клапана, увеличения проходных сечений верхнего шарикового клапана, уменьшения объёма вредного пространства, а также повышение надёжности работы узла крепления насоса за счёт использования комбинированной замковой опоры.
Технические задачи решаются дифференциальной штанговой насосной установкой, содержащей колонны насосных труб и штанг, два цилиндра разного диаметра, два полых плунжера, связанных между собой муфтой-переводником и размещенных в соответствующих цилиндрах, всасывающий клапан в виде диска, жестко связанный с оправкой, центрирующей диск относительно внутреннего отверстия седла клапана, полость цилиндра большого диаметра сообщена с полостью верхнего полого плунжера через окна переводника, размещенного ниже всасывающего клапана, опору замковую.
Новым является то, что полый плунжер малого диаметра в верхней части оснащён шариковым клапаном увеличенного типоразмера и имеет длину, равную сумме длин хода насоса и цилиндра малого диаметра, а также
верхняя часть всасывающего клапана оснащена элементом золотниковым с окнами в верхней части, при этом элемент золотниковый при ходе полого плунжера вниз герметично взаимодействует с внутренней полостью полого плунжера, а при ходе вверх скважинная жидкость через окна перетекает через полый плунжер малого диаметра и шариковый клапан увеличенного типоразмера в полость колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), а также оправка центрирующая соединена штоком с элементом плунжерным, имеющим наружный диаметр такой же, как и полый плунжер большого диаметра, и расположенным вне полости полого плунжера большого диаметра, при этом нижняя часть цилиндра большого диаметра оснащена замковой опорой, содержащей дорн анкерный, кольцо уплотнительное, втулку, манжету  и ниппель, при этом корпус шарикового клапана увеличенного типоразмера жёстко связан с колонной насосных штанг.
На фиг. 1 представлена схема продольного разреза насоса (ход вниз-заполнение цилиндра).
На фиг. 2 - схема продольного разреза насоса (ход вверх-нагнетание).
На фиг. 3 - поперечное сечение - А-А (см. фиг. 2).
На фиг. 4 - продольное сечение опоры комбинированной.
Дифференциальная штанговая насосная установка содержит цилиндр малого диаметра короткий 1 (см. фиг. 1), соединённый с цилиндром большого диаметра 2 муфтой-переводником 3. Полый плунжер малого диаметра 4 и нижний полый плунжер 5 большого диаметра, подвижно расположенные в соответствующих им цилиндрах 1 и 2, жёстко связаны между собой переводником 6 с окнами. При этом полый плунжер малого диаметра 4 в верхней части оснащён шариковым клапаном увеличенного типоразмера 7 и имеет длину, равную длине хода насоса плюс длина цилиндра малого диаметра 1. Ниже переводника 6 с окнами установлен клапан всасывающий дисковый 8. Клапан всасывающий дисковый 8 содержит диск 9, корпус 10, седло 11, оправку  центрирующую 12, а верхняя часть оснащена элементом золотниковым 13, в верхней части которого выполнены окна 14. При этом элемент золотниковый 13 при ходе полого плунжера 4 вниз герметично взаимодействует с внутренней полостью полого плунжера 4, а при ходе вверх - скважинная жидкость через окна 14 перетекает через полый плунжер 4 и шариковый клапан увеличенного типоразмера 7 в полость колонны НКТ (на фиг. 1, 2 не показана). Оправка центрирующая 12 имеет продольные выборки 15, а получающиеся продольные рёбра (направляющие) 16 обеспечивают центрирование оправки относительно седла 11. В свою очередь, оправка центрирующая 12 соединена штоком 17 с элементом плунжерным 18, имеющим наружный диаметр такой же, как и полый плунжер 5, и расположенным вне полости полого плунжера 5. Нижняя часть цилиндра 2 оснащена замковой опорой 19. Опора замковая 19 содержит дорн анкерный 20, кольцо уплотнительное 21, втулку 22, манжету 23 и ниппель 24.
Корпус шарикового клапана увеличенного типоразмера 7 жёстко связан с колонной насосных штанг 25, совершающей возвратно- поступательное движение.
Работает штанговая насосная установка следующим образом.
В скважину (на фиг. 1, 2 не показана) насос спускают на колонне штанг 25 в требуемый интервал до посадки замковой опоры комбинированного типа 19 в якорный башмак (на фиг. 1, 2 не показан).
При ходе колонны штанг 20 с плунжерной сборкой (состоящей из шарикового клапана 7, полого плунжера малого диаметра 4, окон 14, переводника 6, клапана всасывающего дискового 8, полого плунжера 5, диска 9, корпуса 10, седла 11, штока 17 и элемента плунжерного 18) вверх дисковый всасывающий клапан 8 закрывается под действием избыточного давления в полости цилиндра большого диаметра 2 и подтормаживающего воздействия элемента плунжерного 18, а шариковый клапан 7 открывается, порция скважинной жидкости при этом выдавливается  в полость насосных труб (на фиг. 1, 2 не показана), добываемая жидкость и колонна штанг 20 движутся синхронно к устью скважины.
При ходе колонны штанг 25 и плунжерной сборки вниз столб жидкости в колонне насосных труб удерживается клапаном шариковым 7, клапан всасывающий дисковый 8 открывается под воздействием забойного давления, так как давление столба жидкости воспринимается клапаном удерживающим шариковым 7 и подтормаживающего воздействия элемента плунжерного 18. При этом давление столба жидкости при закрытом удерживающем шариковом клапане 7 суммируется с весом колонны штанг, что в итоге обеспечивает стабильную работу насоса в целом, исключая при этом эффект "зависания" штанговой колонны.
Дифференциальная штанговая насосная установка повышает эффективность работы насоса за счёт обеспечения принудительного срабатывания дискового всасывающего клапана, увеличения проходных сечений верхнего шарикового клапана, уменьшения объёма вредного пространства, а также повышает надёжность работы узла крепления насоса за счёт использования комбинированной замковой опоры.