СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС С ПОДВИЖНЫМ ЦИЛИНДРОМ
WELL SUCKER-ROD PUMP WITH MOVABLE CYLINDER

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при механизированной добыче нефти.
Известен глубинный (вставной) насос с подвижным цилиндром и неподвижным плунжером, содержащий неподвижный плунжер, жестко связанный с устройством закрепления его нижней части, при этом цилиндр в своей верхней части снабжен нагнетательным клапаном, жестко связан с колонной штанг и охватывает неподвижный плунжер, с возможностью возвратно-поступательного движения (см. «Глубиннонасосная добыча нефти», Н.Д. Дрэготеску, М., изд-во Недра, 1966 г., рис. 177, стр. 254).
Недостатком такого насоса являются относительно малые проходные сечения всасывающего клапана, содержащего стандартный комплект (село-шарик), а также то, что работа такого клапана основана на принципе «вакуумирования» полости цилиндра.
Наиболее близким по технической сущности является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр, плунжер, шток, в верхней части плунжера установлен всасывающий клапан, в верхней части цилиндра размещен нагнетательный клапан, при этом цилиндр выполнен подвижным, плунжер выполнен неподвижным, запорный элемент всасывающего клапана связан с подвижным цилиндром, выполнен с участком сферической поверхности и закреплен на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках, а запорный элемент нагнетательного клапана установлен на штоке (патент RU №2561935, F04B 47/00, опубл. 10.09.2015).
Его недостатками являются относительная сложность конструкции, малые проходные сечения клапанных узлов и сложность монтажа насоса.
Технической задачей предлагаемого скважинного штангового насоса с подвижным цилиндром является упрощение конструкции и монтажа насоса, повышение эксплуатационной надежности и повышение добывных возможностей насоса за счет увеличения проходных сечений клапанных узлов.
Указанная задача решается скважинным штанговым насосом с подвижным цилиндром, содержащим неподвижный плунжер, жестко связанный с устройством закрепления его нижней части, цилиндр, снабженный шариковым нагнетательным клапаном в его верхней части, жестко связанный с колонной насосных штанг, охватывающий неподвижный плунжер с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом неподвижный плунжер в своей верхней части снабжен заборным клапаном принудительного срабатывания, содержащем оправку, жестко связанную с верхней частью неподвижного плунжера посредством клетки-переводника, на которой установлен с относительной продольной подвижностью плунжерный элемент, нижний конец которого оснащен упрочненной втулкой, герметично взаимодействующей, при ходе колонны штанг с цилиндром вниз, с опорным седлом, закрепленным в нижней части оправки, но выше клетки-переводника.
Новым является то, что заборная полость цилиндра не «вакуумируется», а заполняется под воздействием пластового давления, за счет принудительного срабатывания заборного клапана, а также то, что заборный клапан с принудительным срабатыванием имеет большее проходное сечение, по сравнению со стандартными клапанными узлами, содержащими пару «село-шарик», при тех же внешних габаритах.
Совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленные задачи.
На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез скважинного штангового насоса с подвижным цилиндром (ход насоса вверх (заполнение полости цилиндра)); на фиг. 2 - сечение А-А (см. фиг. 1).
Скважинный штанговый насос с подвижным цилиндром (см. фиг. 1) содержит цилиндр 1, жестко связанный с колонной штанг 2, в верхней части которого закреплен клапан нагнетательный 3. Во внутренней полости цилиндра 1 размещена сборка, которая содержит оправку 4 с упором верхнего плунжерного элемента 5, на которой установлен плунжерный элемент 6, подвижный относительно оправки 4. Нижняя часть плунжерного элемента 6 оснащена упрочненной втулкой 7, а нижняя часть оправки 4 оснащена упрочненным опорным седлом 8, которые герметично взаимодействуют при движении колонны штанг с плунжерной сборкой вверх. Нижняя часть оправки 4 при этом жестко связана с неподвижным плунжером 9 посредством клетки-переводника 10. Неподвижный плунжер 9 связан полой штангой 11, длина которого равна длине хода насоса, с устройством удерживающим 12 (цанговым, манжетным или иным), фиксирующимся в ответной части этого устройства, спускаемом в составе колонны насосных труб 13, при этом нижняя часть цилиндра 1 оснащена упором цилиндра 14, внутренний диаметр которого меньше внешнего диаметра неподвижного плунжера 9.
Работает насос следующим образом. При ходе колонны штанг 2 с цилиндром 1 вверх клапан нагнетательный (шариковый) 3 закрыт, осуществляется подача скважинной продукции на дневную поверхность, колонна штанг 2 нагружена растягивающими усилиями. Заборный клапан (оправка 4 с относительно подвижным плунжерным элементом 6) при этом открыт (причем - принудительно), так как цилиндр 1 движется вверх, а трение между цилиндром 1 и плунжерным элементом 6 обеспечивает открытие клапана заборного. Пластовая продукция при этом заполняет полость цилиндра 1 под воздействием пластового давления, а не за счет вакуумирования этой полости, как в насосах стандартного исполнения, с клапанными узлами «седло-шарик».
Ход колонны штанг 2 с цилиндром 1 вниз обеспечивает принудительное закрытие заборного клапана, а клапан нагнетательный (шариковый) 3 при этом открывается, и порция пластовой продукции выдавливается из полости цилиндра 1, в то же время плунжерный элемент 6 смещается вниз вдоль оправки 4, втулка упрочненная 7, закрепленная в нижней части плунжерного элемента 6, герметично взаимодействует с опорным седлом 8, закрепленным в нижней части оправки 4. Сопротивление движению колонны штанг 2 с цилиндром 1 вниз составляет трение плунжерного элемента 6 и неподвижного плунжера 7 о внутреннюю поверхность цилиндра, а так как их общая длина меньше, чем длина плунжера стандартного насоса, то и сопротивление движению колонны штанг 2 с цилиндром 1 заметно меньше.
Таким образом, достигаются поставленные задачи: повышается эксплуатационная надежность насоса, расширяются технические характеристики насоса, в частности возможность эксплуатации скважин с высоковязкой продукцией.