СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
DOWNHOLE ROD PUMP

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для добычи высоковязких жидкостей из скважин.
Известен невставной дифференциальный штанговый насос, содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, причем верхняя ступень плунжера снабжена шариковым нагнетательным клапаном. Нижняя ступень плунжера меньшего диаметра выполнена в виде монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса с кольцевым тарельчатым всасывающим клапаном [Патент РФ №2273767].
Недостатком насоса является неуправляемый шариковый нагнетательный клапан, который может зависать в высоковязкой жидкости. Кроме того, для замены основных узлов насоса требуется подъем насосно-компрессорных труб.
Известен шариковый клапан для высоковязких нефтей с принудительным закрытием, содержащий подпружиненный кольцевой прижимной элемент и центральный стержень. При открытии клапана вязкая жидкость отжимает кольцевой элемент, а шарик свободно перемещается в пространстве, ограниченном центральным штырем и стенками клапана, обеспечивая равномерный износ шарика и седла клапана. При закрытии клапана пружина посредством кольцевого элемента прикладывает к шарику дополнительное усилие, обеспечивающее принудительное закрытие клапана [Патент РФ на полезную модель №76693].
В предлагаемом изобретении нами использован указанный клапан.
Наиболее близким техническим решением, выбранным нами в качестве прототипа, является невставной дифференциальный штанговый насос, содержащий связанные с колонной труб верхний и нижний цилиндры с соединенными между собой толкателем плунжерами, причем нижний цилиндр выполнен подвижным. Управляемый тарельчатый нагнетательный клапан соединен с колонной штанг и при помощи штока соединен с нижним заглушенным плунжером. Нижний цилиндр выполнен с возможностью перемещения на величину хода управляемого всасывающего клапана, запорный орган которого установлен на верхнем конце нижнего цилиндра, а седло - на нижнем конце верхнего цилиндра [Патент РФ №2313696].
Недостатком насоса является невозможность подъема всасывающего клапана на штангах. Кроме того, значительный вес нижнего цилиндра создает значительное сопротивление открытию всасывающего клапана, что снижает коэффициент заполнения насоса.
Задачей изобретения является создание дифференциального штангового насоса с управляемыми клапанами для добычи высоковязкой жидкости с вставными верхним насосом, нижним плунжером и клапаном.
Для успешного решения поставленной задачи в скважинном штанговом насосе, содержащем колонну штанг, верхний цилиндр с плунжером и управляемым клапаном, нижний цилиндр с плунжером и управляемым клапаном тарельчатого типа, шток, верхний цилиндр снабжен замком, а нижний цилиндр соединен с колонной труб через патрубок и замковую опору, причем соединенный с колонной штанг верхний плунжер, содержащий подпружиненный шариковый клапан, с помощью штока соединен с запорным органом нижнего клапана, седло которого установлено на нижнем плунжере, выполненном с возможностью перемещения на величину хода запорного органа.
Указанные признаки позволяют устранить недостатки, присущие прототипу, за счет возможности посадки в замковую опору верхнего насоса, снабженного управляемым шариковым клапаном, и нижнего плунжера с управляемым клапаном тарельчатого типа.
Нам не известны скважинные штанговые насосы, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого насоса требованиям, предъявляемым к изобретениям.
На фиг.1 схематично изображен скважинный штанговый насос, на фиг.2 - узел 9, изображенный на фиг.1, на фиг.3 - узел 17, изображенный на фиг.1.
Скважинный штанговый насос содержит верхний цилиндр 1 меньшего диаметра, снабженный замком 2. Нижний цилиндр 3 соединен с колонной насосно-компрессорных труб 4 через патрубок 5 и замковую опору 6. Верхний плунжер 7, соединенный с колонной штанг 8, содержит верхний подпружиненный шариковый клапан 9. Пружина 10 посредством кольцевого элемента 11 прикладывает прижимающее усилие к шарику 12 клапана 9, в исходном положении прижимая его к седлу 13. Ход шарика 12 ограничен центральным штырем 14. Верхний плунжер 7 с помощью штока 15 соединен с запорным органом 16 тарельчатого типа нижнего клапана 17, седло 18 которого установлено на нижнем плунжере 19. Перемещение нижнего плунжера 19 относительно запорного органа 16 ограничено ограничителем хода 20.
Штанговый дифференциальный насос работает следующим образом.
После спуска колонны труб 4 вместе с нижним цилиндром 3 спускают на штангах 8 остальные элементы насоса до посадки замка 2 в замковую опору 6.
При ходе вверх колонны штанг 8 верхний плунжер 7 перемещается в верхнем цилиндре 1 и соединенный с ним шток 15 прижимает запорный орган 16 к седлу 18 клапана 17 нижнего плунжера 19, увлекая его вверх. В полости над плунжером 19 образуется избыточное давление, в результате воздействия которого шарик 12 клапана 9 перемещается вверх. Происходит нагнетание жидкости, причем вследствие значительной ее вязкости кольцевой элемент 11 перемещается вверх до упора, преодолевая усилие пружины 10, а шарик 12 свободно перемещается в пространстве, ограниченном сверху штырем 14.
При ходе вниз колонна штанг 8 перемещает верхний плунжер 7, посредством штока 15 перемещает запорный орган 16 вниз, открывая клапан 17, и посредством ограничителя хода 20 перемещает вниз нижний плунжер 19 в нижнем цилиндре 3. Шариковый клапан 9 закрывается с помощью подпружиненного кольцевого элемента 11 и в закрытом положении прижат к седлу 13 разностью между давлением в насосно-компрессорных трубах и гидростатическим давлением в скважине. Эта разность давления действует на верхний плунжер 7, создавая на штанги дополнительную нагрузку, направленную вниз и препятствующую их зависанию и сжатию, в особенности в высоковязких жидкостях.
Далее цикл работы насоса повторяется.
Предлагаемое устройство штангового насоса позволяет производить замену всех основных узлов насоса за исключением нижнего цилиндра без подъема колонны насосно-компрессорных труб и исключить зависание клапанов и штанг в высоковязких жидкостях.