СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
DOWNHOLE ROD PUMP

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения в установках глубинных штанговых насосов для повышения надежности работы и увеличения их рабочего ресурса.
Известна конструкция штангового насоса, в которой применен один всасывающий и один нагнетательный клапаны, с целью увеличения ресурса работы насоса (Бухаленко Е.И., Вершковой В.В., Джафаров Ш.Т. О. и др. Нефтепромысловое оборудование (справочник). М.: Недра, 1990, с.77-84).
Однако при работе штанговых насосов и различных габаритах всасывающего и нагнетательного клапанов (шар, седло) ресурсы работы последних отличаются друг от друга, то есть всасывающий клапан изнашивается, как показывает практика, в два раза быстрее, чем нагнетательный, что в целом снижает ресурс работы всего штангового насоса.
Однако механизм работы всасывающих клапанов в режиме открытия-закрытия не способствует увеличению ресурса работы, поскольку при нагревании жидкости и посадке, примем условно, верхнего и нижнего клапанов на седла, имеет место неравномерный режим работы. А именно, между нижним и верхним клапанами существует разделение гидростатического перепада давлений со снижением удельных нагрузок на контакте шар-седло и с сохранением эрозионного износа клапанных пар при протекании пластовой жидкости через щель между шарами и седлами. Тем самым в работе (Писарик М.Н. Проблемы повышения эффективности добычи нефти на основе комплексного исследования гидравлики и работоспособности скважинных штанговых насосов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ивано-Франковский институт нефти и газа. Ивано-Франковск, 1992, с.14; Абрамов Е.А., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода (справочник). Киев: Техника, 1969, с.137-139).
Известен клапанный узел штангового узла между клеткой верхнего клапана, включающего седло и шар, и клеткой нижнего клапана с седлом и шаром. Внутри полого корпуса установлен кольцевой поршень с полым штоком, образующим с ним кольцевую камеру, которая гидравлически связана дросселирующим каналом с осевым каналом штока и дросселирующим каналом в полом корпусе с его внешней поверхностью. В кольцевом поршне телескопически установлена подпружиненная относительно полого корпуса втулка с головкой, связанные между собой тарированным срезным элементом. Между втулкой и полым корпусом образована камера, гидравлически связанная радиальными отверстиями с внутренней полостью устройства. Кольцевые зазоры между полым корпусом, кольцевым поршнем и полым штоком перекрыты уплотнительными кольцами (RU2235903C, 10.09.2004).
Недостатками данного изобретения является сложность конструкции, наличие пружины, что в условиях коррозионно-абразивной среды значительно снижает надежность конструкции. Наличие в откачиваемой жидкости механических и асфальто-смолистых и парафинистых примесей может привести к закупориванию дросселирующих каналов, и как следствие - отказ работоспособности конструкции.
Известна конструкция штангового насоса, принятая за прототип.
Насос содержит цилиндр, снабженный всасывающим клапаном и уплотнительным устройством, полый плунжер с напорным клапаном. Насос снабжен дополнительным уплотнительным устройством. Длина плунжера намного превосходит плунжеры обычных насосов с уплотнением кольцевого зазора за счет его минимизации. Внутренняя полость плунжера над напорным клапаном постоянно гидравлически связана каналом с осевым каналом цилиндрического корпуса (RU2007618C,15.02.1994).
При работе насоса в режиме подачи пластовой жидкости, в момент перемещения плунжера вверх, происходит закрытие напорного клапана путем посадки шара на седло с упругим взаимодействием с последним и отскоком, что приводит к дополнительным потерям пластовой жидкости и ускоренному износу как шара, так и седла за счет пропуска в этот момент через зазор абразивосодержащей жидкости. В зависимости от глубины установки штангового насоса контактные давления изменяются в большую сторону с глубиной.
При использовании шаров большого диаметра и малой площади их контакта с седлом контактные давления могут достигать критических значений.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности работы скважинного штангового насоса для добычи нефти за счет увеличения ресурса нагнетательных клапанов.
Технический результат достигается тем, что насос содержит цилиндр с всасывающим клапаном и уплотнительным устройством, полый плунжер выполнен сборным из нескольких секций с расположением в месте их соединения напорных клапанов, причем осевой канал каждой секции постоянно гидравлически связан отверстием с осевым каналом цилиндра.
Конструкция скважинного штангового насоса поясняется чертежами, где на фиг.1 - конструкция насоса в разрезе в исходном положении деталей; на фиг.2 - конструкция устройства в положении подачи пластовой жидкости плунжером.
Предлагаемый скважинный штанговый насос состоит из цилиндра 1 с всасывающим клапаном 2, плунжера 3, установленного в осевом канале 4 цилиндра 1 и выполненного сборным, состоящим из нескольких секций, в месте соединения которых установлены нагнетательные клапаны 5, состоящие из шаров 6 и седел 7.
Полости плунжера 3 над каждым нагнетательным клапаном 5 постоянно гидравлически связаны отверстиями 8 с внешней средой. Кольцевой зазор между цилиндром 1 и плунжером 3 перекрыт уплотнительным устройством 9. Плунжер 3 связан через колонну насосных штанг 10 с наземным приводом.
Работа скважинного насоса.
На фиг.1 - положение, где плунжер 3 занимает крайнюю нижнюю точку в цилиндре 1. Шары 6 установлены на седлах 7. Полость плунжера 3 над верхним шаровым клапаном 5 постоянно гидравлически связана с полостью цилиндра 1 над местом установки уплотнительного устройства 9.
При перемещении плунжера 3 вверх, путем натяжения штанг 10, через уплотнительное устройство 9 проходит его верхняя секция, с входом во взаимодействие последующей секции. При этом все шары 6 находятся на седлах 7, и их посадка не сопровождается динамическими нагрузками.
При прохождении последующей секции относительно уплотнительного устройства 9 гидростатическое давление воспринимается шаром 6 на седле 7 через канал 8. Шар 6 на седле 7 верхней секции в этом случае выключается от действия гидростатического давления столба пластовой жидкости, в осевом канале труб лифтовой колонны. Аналогично происходит нагружение гидростатическим давлением шара 6 на седле 7 каждой последующей секции плунжера 3 при расположении отверстия 8 над уплотнительным устройством 9.
При перемещении плунжера 3 вниз относительно уплотнительного устройства 9 происходит отрыв каждого шара 6 от седла 7 в секциях с обеспечением пропуска жидкости в полость цилиндра 1 над всасывающим клапаном 2, жидкость подается внутрь плунжера 3 также через отверстия 8 в каждой секции.
При перемене направления движения плунжера 3 на обратное, происходит закрытие посадка шара 6 на седло 7 нагнетательного клапана 5 в каждой секции, с открытием шара всасывающего клапана 2 с заполнением полости цилиндра 4 пластовой жидкостью. Посадка шара 6 на седло 7 второй и последующей секций происходит без удара и динамической нагрузки.