ВСАСЫВАЮЩИЙ КЛАПАН ГЛУБИННОГО НАСОСА
DOWNHOLE PUMP SUCTION VALVE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в штанговых глубинных насосах.
Известен «Поршневой насос» (А.с. №500372 М. Кл. F04B 47/02, опубл. 25.01.1976 г., бюл. №3), включающий цилиндр с всасывающим клапаном и поршень с нагнетательным клапаном с эластичным элементом, выполненным в виде эластичной мембраны, перекрывающей проходные каналы в теле поршня, выполненные в виде продольных окон в боковой стенке гладкого полого конца поршня, имеющего уменьшенный диаметр. Эластичная мембрана выполнена в виде втулки, закрепленной внутри конца поршня и имеющей продольные надрезы, смещенные относительно продольных окон поршня. Запорный элемент всасывающего клапана выполнен в виде закрепленной в цилиндре дополнительной эластичной втулки с надрезами для перекрытия окон в цилиндре, имеющей диаметр, больший диаметра глухого полого конца поршня, проходящего в упомянутую втулку цилиндра при ходе плунжера вниз.
Недостатком устройства является низкая надежность работы клапанов, связанная, во-первых, с отсутствием фильтра перед входами в продольные окна цилиндра, куда при всасывании могут попасть механические включения и не позволить эластичной мембране герметично перекрыть окно всасывающего или нагнетательного клапана, а во-вторых, с отсутствием ограничителя отгиба эластичной мембраны всасывающего клапана, что может привести к взаимодействию эластичной мембраны с плунжером при его ходе вверх, так как в это время давлением жидкости мембрана отгибается внутрь цилиндра и может быть повреждена плунжером.
Наиболее близким по технической сущности является «Всасывающий клапан глубинного насоса» (RU №2237194 МПК F04B 47/00, F04B 53/10, F16K 15/14, F04D 13/10, опубл. 27.09.2004 г., бюл. №27), включающий корпус, седло, запорный орган, сбивной штифт и уплотнения. Запорный орган выполнен в виде эластичной кольцевой оболочки, охватываемой седлом и состоящей из замкового и уплотнительного участков. Уплотнительный участок разделен на секторы с зазорами между собой, имеющие форму, подобную форме шарового сегмента, обращенные выпуклой стороной к центру. Замковый участок выполнен в виде кольцевого клина, острие которого направлено в сторону насоса, и сопряжен плавно с уплотнительным участком через тонкую сплошную перемычку. Седло представляет собой цилиндрический патрубок, снабженный продольными окнами по количеству секторов уплотнительного участка, поперечные стенки которых наклонены к оси насоса и образуют с ней острый угол в направлении подъема жидкости. Клапан снабжен замком, верхняя часть которого соединена с седлом. На наружной поверхности замка выполнены гнезда под замковый и уплотнительный участки. Уплотнительные участки запорного органа напротив продольных окон седла армированы металлическими пластинами.
Недостатками устройства являются:
- низкая надежность работы, связанная с отсутствием фильтра перед входом жидкости в продольные окна клапана, куда при всасывании может попасть механическое включение и не позволить уплотнительному участку запорного органа герметично перекрыть окно;
- сложная конструкция прессформы, необходимая для изготовления запорного органа, уплотнительный участок которого разделен на секторы с зазорами между собой, имеющие форму, подобную форме шарового сегмента, высокая трудоемкость ее изготовления, а также высокая трудоемкость изготовления продольных окон на корпусе клапана и обработки их внутренних кромок;
- низкий коэффициент наполнения насоса при использовании клапана, поскольку его конструкция не позволяет опустить плунжер ниже всасывающего клапана с целью снижения (исключения) величины мертвого объема насоса.
Техническими задачами изобретения являются повышение надежности работы клапана за счет предотвращения попадания под его уплотнительный элемент механических включений, снижение трудоемкости изготовления его составных частей, а также повышение коэффициента наполнения насоса при использовании клапана.
Техническая задача решается всасывающим клапаном глубинного насоса, включающим корпус с входными окнами, седло, запорный орган в виде эластичной кольцевой оболочки, прилегающей к седлу и закрепленной в корпусе замком с ограничителем.
Новым является то, что эластичная кольцевая оболочка запорного органа выполнена в виде цилиндрической втулки с наружным утолщением, входные окна снаружи оснащены фильтром, седло выполнено в виде внутренней кольцевой проточки корпуса, который снабжен внутренним кольцевым каналом, сообщающим входные окна с седлом, а ограничитель выполнен в виде наружного кольцевого сужения замка, причем минимальные внутренние диаметры элементов клапана превышают наружный диаметр плунжера насоса.
На чертеже схематично показан общий вид всасывающего клапана глубинного насоса.
Клапан содержит корпус 1 с входными окнами 2, седло 3, выполненное в виде внутренней кольцевой проточки корпуса 1, запорный орган 4 в виде эластичной кольцевой оболочки, имеющей форму цилиндрической втулки 5 с наружным утолщением 6. Запорный орган 4 закреплен в корпусе 1 замком 7 с ограничителем 8. Снаружи входные окна 2 оснащены фильтром 9. Внутри корпуса 1 выполнен кольцевой канал 10, сообщающий входные окна 2 с седлом 3. Замок 7 соединен с корпусом 1, а ограничитель 8 выполнен в виде наружного кольцевого сужения замка 7. Внутренние диаметры замка 7 и корпуса 1 превышают наружный диаметр плунжера (на чертеже не показан).
Всасывающий клапан глубинного насоса работает следующим образом.
Всасывающий клапан устанавливают между нижним концом цилиндра насоса и удлинительным патрубком с заглушенным нижним концом (на чертеже не показаны) и с внутренним диаметром, превышающим наружный диаметр плунжера. При ходе плунжера вверх в полости цилиндра под плунжером образуется разрежение. Под действием давления столба жидкости в скважине (на чертеже не показана) эластичная кольцевая оболочка запорного органа 4, выполненная в виде цилиндрической втулки 5, сжимается и жидкость из скважины через фильтр 9, входные окна 2, кольцевой канал 10 и седло 3 поступает в полость 11 клапана и заполняет полость цилиндра под плунжером.
При ходе плунжера вниз эластичная кольцевая оболочка запорного органа 4 прилегает к седлу 3 и перекрывает сообщение полости 11 клапана со скважиной, а жидкость из цилиндра через нагнетательный клапан плунжера вытесняется в колонну насосно-компрессорных труб (на чертеже не показаны). Далее, после достижения плунжером крайнего нижнего рабочего положения описанный цикл работы повторяется.
Выполнение кольцевой оболочки запорного органа 4 в виде цилиндрической втулки 5 с наружным утолщением 6 позволяет упростить конструкцию запорного органа и снизить трудоемкость его изготовления. Надежное закрепление запорного органа 3 в корпусе 1 производится за счет размещения наружного утолщения 6 в соответствующей его форме проточке 12 корпуса 1 и фиксирования его в этом положении замком 7, поджимающим запорный орган 4 изнутри к корпусу 1.
Выполнение седла 3 в виде внутренней кольцевой проточки корпуса 1 также позволяет упростить конструкцию седла 3 и снизить трудоемкость его изготовления. Кроме того, поскольку длина кольцевой проточки седла 3 соответствует всему периметру образующей ее окружности, то для обеспечения достаточного проходного сечения седла 3 (не менее, чем проходное сечение седла стандартного шарикового клапана для насоса соответствующего типоразмера) оно может быть выполнено шириной не более 3-4 мм, что позволяет исключить применение каких-либо армирующих кольцевую оболочку элементов с целью предотвращения чрезмерной деформации эластичной кольцевой оболочки запорного органа 4 в полость седла 3 при ходе плунжера вниз и нагнетании жидкости в колонну насосно-компрессорных труб (на чертеже не показаны). При этом уменьшается толщина эластичной кольцевой оболочки запорного органа 4 и, соответственно, уменьшаются наружные габариты клапана.
Ограничитель 8, выполненный в виде наружного кольцевого сужения замка 7, предотвращает возможное взаимодействие цилиндрической втулки 5 с плунжером при отклонении ее внутрь клапана напором жидкости при ходе плунжера вверх, что повышает надежность работы клапана.
Кольцевой канал 10, выполненный внутри корпуса 1, например, путем применения технологического элемента 13, позволяет расположить приемные окна 2 на некотором расстоянии от седла 3 и установить снаружи их фильтр 9, выполненный, например, в виде втулки с множеством отверстий малого диаметра и закрепленный на корпусе 1 с помощью, например, гайки 14, не увеличивая при этом наружный диаметр клапана, что очень важно в ограниченном по диаметру пространстве скважины.
Минимальные внутренние диаметры элементов клапана превышают наружный диаметр плунжера насоса, что позволяет опускать плунжер во время работы насоса ниже входных окон 2, что исключает величину мертвого пространства и его отрицательного влияния при работе насоса особенно в скважинах с высоким газовым фактором или низким динамическим уровнем.
Такое выполнение всасывающего клапана позволяет повысить надежность его работы за счет применения фильтра, предотвращающего попадание механических включений во внутреннюю полость клапана, упростить конструкцию корпуса, седла и запорного органа и снизить трудоемкость их изготовления, а также повысить коэффициент наполнения насоса за счет исключения мертвого пространства в насосах, поскольку конструкция всасывающего клапана позволяет при работе насоса опускать нижний конец плунжера ниже его входных окон.