ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС

Предложение относится к технике добычи нефти, в частности, к диференциальным штанговым насосам, и может быть использовано для откачки из скважин высоковязких жидкостей.
Известен штанговый насос для добычи высоковязкой нефти (см. патент RU 55892, F04В 47/00, 2006), содержащий цилиндр, всасывающий клапан, выполненный нормально закрытым и поджатым к седлу, плунжер, нагнетательный шток-клапан с толкателем, взаимодействующим с плунжером.
Недостатком известного штангового насоса для добычи высоковязкой нефти является затрудненное заполнение цилиндра насоса высоковязкой жидкостью из-за больших гидравлических сопротивлений во всасывающем клапане.
Наиболее близкий к предлагаемому дифференциальному штанговому насосу, по технической сути и достигаемому результату является дифференциальный штанговый насос (см. патент RU 39366, F04В 47/00, 2004), содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлен связанный с колонной насосных штанг дифференциальный плунжер, верхняя большего диаметра ступень которого полая и снабжена нагнетательным клапаном, а нижняя выполнена в виде монолитного штока, герметично проходящего через отверстие в тарельчатом всасывающем клапане, выполненном соосно с цилиндром.
Известный дифференциальный штанговый насос позволяет поднимать высоковязкую продукцию из скважин, однако ход колонны штанг вниз затрудняют значительные гидравлические сопротивления в нагнетательном клапане, срабатывание которого к тому же осуществляется с запаздыванием.
Технической задачей предлагаемого устройства является повышение эффективности и надежности работы дифференциального насоса за счет облегчения хода колонны штанг вниз и более четкого срабатывания нагнетательного клапана.
Поставленная техническая задача решается тем, что в предлагаемом дифференциальном насосе, содержащем связанный с колонной насосных труб цилиндр, в котором установлены связанные с колонной насосных штанг плунжеры, причем верхний плунжер большего диаметра имеет сквозной канал и снабжен нагнетательным клапаном, а нижний плунжер выполнен в виде монолитного штока, при этом кольцевое пространство, заключенное между стенками цилиндра и поверхностью штока, образует рабочую камеру насоса со всасывающим клапаном, выполненным в виде соосной с цилиндром тарелки с отверстием, через которое герметично пропущен монолитный шток, нагнетательный клапан выполнен в виде шток-клапана с толкателем, взаимодействующим с плунжером, соединенного сверху с колонной штанг, а снизу - с монолитным штоком, при этом клапан выполнен в виде соосной с плунжером тарелки и расположен ниже плунжера, а толкатель расположен выше плунжера, причем расстояние между клапаном и толкателем выбрано таким образом, что проходное сечение между торцом плунжера и клапаном не меньше проходного сечения между штоком и внутренней поверхностью плунжера.
Проведенные исследования показали, что выполнение нагнетательного клапана в виде шток-клапана с толкателем, взаимодействующим с плунжером, соединенного сверху с колонной штанг, а снизу - с монолитным штоком, при этом выполнение клапана в виде соосной с плунжером тарелки и расположение его ниже плунжера, расположение толкателя выше плунжера, причем выбор расстояния между клапаном и толкателем таким образом, что проходное сечение между торцом плунжера и клапаном не меньше проходного сечения между штоком и внутренней поверхностью плунжера позволяет облегчить ход колонны штанг вниз за счет снижения гидравлического сопротивления в нагнетательном клапане путем облегчения срабатывания нагнетательного клапана, увеличения его проходного сечения и уменьшения скорости проходящей через него жидкости. Кроме того, такое исполнение нагнетательного клапана обеспечивает более четкую его работу за счет принудительного срабатывания при открытии-закрытии, что устраняет запаздывание срабатывания или залипания клапана, снижается потеря хода верхнего плунжера.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого дифференциального штангового насоса позволяет облегчить ход колонны штанг вниз, устранить зависание ее при подъеме высоковязкой жидкости, обеспечить четкое срабатывание нагнетательного клапана.
На рисунке схематически представлен дифференциальный штанговый насос.
Дифференциальный штанговый насос содержит цилиндр 1, связанный с колонной насосных труб 2, в котором установлен большего диаметра плунжер 3 со сквозным каналом 4, снабженный нагнетательным клапаном в виде шток-клапана с толкателем 5, размещенным выше плунжера 3 на штоке 6, установленным в сквозном канале 4 плунжера 3. Клапан 7 шток-клапана выполнен в виде тарелки соосной с плунжером 3 и размещен ниже плунжера 3. Шток-клапан сверху соединен с колонной штанг 8, а снизу с меньшего диаметра плунжером 9, выполненным в виде монолитного штока, герметично пропущенного через отверстие в тарельчатом всасывающем клапане 10.
Дифференциальный штанговый насос работает следующим образом.
При ходе колонны штанг 8 вверх движется вверх и шток-клапан с толкателем 5 и клапаном 7, а также меньшего диаметра плунжер 9. При этом проходное сечение между торцом плунжера 3 и клапаном 7 закрывается и клапан 7 перемещает плунжер 3 вверх вместе с жидкостью над ним, которая поднимается далее по колонне насосных труб 2, а всасывающий клапан 10 открывается и жидкость через него поступает в цилиндр 1 под плунжер 3.
При ходе колонны штанг 8 вниз движется вниз шток-клапан с толкателем 5 и клапаном 7, а также меньшего диаметра плунжер 9. При этом закрывается всасывающий клапан 10, открывается проходное сечение между торцом плунжера 3 и клапаном 7 за счет того, что сила трения между цилиндром 1 и плунжером 3 удерживает плунжер 3 на месте, а клапан 7 перемещается штоком 6 вниз, затем толкатель 5 перемещает вниз плунжер 3 и жидкость в цилиндре 1 перетекает через проходное сечение между торцом плунжера 3 и клапаном 7, а также сквозной канал 4 из под плунжера 3 в полость над плунжером 3.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в повышении эффективности и надежности дифференциального штангового насоса за счет облегчения хода колоны штанг вниз и более четкого срабатывания нагнетательного клапана, что особенно актуально при подъеме высоковязкой жидкости.