БЕСШТАНГОВАЯ СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при откачке скважинной продукции с помощью насосов объемного действия, приводимых в действие погружными механическими или гидравлическими двигателями или погружными линейными электродвигателями.
Известны гидроприводные скважинные насосы одностороннего действия, двустороннего действия и дифференциального действия (см. книгу Ивановский В.Н. и др., Скважинные насосные установки для добычи нефти. - М: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002 - стр. 735-750).
Известна скважинная насосная установка одностороннего действия с линейным электродвигателем (см. патент РК. №2385911, кл. F04B 49/06, 27.10.1978), где вся нагрузка от действия давления жидкости и сил трения передается на привод только при ходе вверх, ход вниз холостой. Таким образом, для того, чтобы обеспечить необходимую подачу при ограниченных диаметром скважины размером скважинного насоса приводной двигатель насоса должен создать очень большое усилие. Как результат надежность работы указанных выше скважинных насосов с длинномерным плунжером и щелевым уплотнением очень низкая.
Насосы двустороннего действия сложны по конструкции и ненадежны в работе.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является бесштанговая скважинная насосная установка дифференциального действия, содержащая привод и цилиндрический корпус, в котором установлены цилиндр с размещенным в нем на штоке полым поршнем, образующим в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, и всасывающий клапан, установленный в нижней части подпоршневой полости цилиндра, а в нижней части полого поршня установлен напорный клапан, при этом цилиндрический корпус подвешен на колонне напорных труб и сообщен с внутренним пространством скважины через входной фильтр (см. авторское свидетельство СССР №107709, кл. F04B 47/00, 01.01.1957).
Основной недостаток данной скважинной насосной установки заключается в том, что штоковая полость соединена боковым каналом с затрубным пространством, являющимся напорной линией насоса. Это значительно усложняет всю конструкцию скважины, требует установки пакера в скважине и снижает надежность работы насосной установки. В данном насосе используются ненадежные щелевые уплотнения плунжера.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность уменьшить длину скважинной насосной установки с соответствующим уменьшением ее материалоемкости, а также повысить надежность работы установки за счет обеспечения равномерности подачи насоса и снижения нагрузки на поршень.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что бесштанговая скважинная насосная установка дифференциального действия содержит привод и цилиндрический корпус, в котором установлены цилиндр с размещенным в нем на штоке полым поршнем, образующим в цилиндре подпоршневую и надпоршневую полости, и всасывающий клапан, установленный в нижней части подпоршневой полости цилиндра, а в нижней части полого поршня установлен напорный клапан, при этом цилиндрический корпус подвешен на колонне напорных труб и сообщен с внутренним пространством скважины через входной фильтр, цилиндр установлен с возможностью осевого возвратно поступательного перемещения в корпусе от расположенного ниже цилиндра привода, поршень установлен в цилиндре неподвижно на выполненном полым штоке, верхний конец которого закреплен в перегородке, отделяющей внутреннее пространство корпуса в его верхней части от колонны напорных труб, наружная поверхность поршня уплотнена относительно внутренней поверхности цилиндра механическим уплотнением, надпоршневая полость сообщена с колонной напорных труб через полый шток, в верхней части цилиндра установлено механическое уплотнение полого штока.
Входной фильтр, предпочтительно, выполнен щелевым и установлен в верхней части корпуса.
Всасывающий и напорные клапаны, предпочтительно, выполнены с пружинной или магнитной или электромагнитной нагрузкой для принудительного закрытия клапана.
В корпусе выше полого штока может быть установлено комбинированное сливное устройство, состоящее из разрушаемого полого штуцера, который с одного конца гидравлически сообщен с внутренним пространством скважины, а со стороны другого конца закрыт калиброванной разрывной мембраной.
Установка, предпочтительно, снабжена верхним напорным клапаном, установленным в верхней части полого штока.
В ходе проведенного исследования было установлено, что описанная выше конструкция бесштанговой скважинной насосной установки за счет дифференциальной схемы установки обеспечивает равномерность подачи насоса, причем подача происходит при ходе вверх и ходе вниз, а кроме того, достигается снижение нагрузки на поршень во столько раз, во сколько площадь поперечного сечения поршня со стороны подпоршневой полости больше площади поперечного сечения поршня со стороны надпоршневой полости. Снижение нагрузки приводит к уменьшению габаритов привода и значительному снижению материалоемкости заявленного устройства.
При всем этом удалось добиться уменьшения влияния газовой составляющей откачиваемой из скважины среды на работу установки за счет расположения входа откачиваемой из скважины среды в верхней части корпуса, при этом жидкость по кольцевому каналу направляется к всасывающему клапану, а газ уходит вверх в затрубное пространство скважины). Кроме того, надежность работы установки дополнительно повышается за счет применения малогабаритных, но эффективных механических уплотнений цилиндра и штока, что позволяет работать в самых тяжелых условиях (песок, вода, сероводород, газ и пр.), при этом описанная конструкция установки позволяет использовать различные виды привода, в частности гидравлический, пневматический приводы и линейный электрический.
На чертеже схематически представлен продольный разрез бесштанговой скважинной насосной установки.
Бесштанговая скважинная насосная установка дифференциального действия содержит привод 1 и цилиндрический корпус 2, в котором установлены цилиндр 3 с размещенным в нем на штоке 4 полым поршнем 5, образующим в цилиндре 3 подпоршневую 6 и надпоршневую 7 полости, и всасывающий клапан 8, установленный в нижней части подпоршневой полости 6 цилиндра 3.
В нижней части полого поршня 5 установлен напорный клапан 9.
Цилиндрический корпус 2 подвешен на колонне напорных труб 10 и сообщен с внутренним пространством скважины через входной фильтр 11.
Цилиндр 3 установлен с возможностью осевого возвратно поступательного перемещения в корпусе 2 от расположенного ниже цилиндра 3 привода 1. Поршень 5 установлен в цилиндре 3 неподвижно на выполненном полым штоке 4, верхний конец которого закреплен в перегородке 12, отделяющей внутреннее пространство корпуса 2 в его верхней части от колонны напорных труб 10.
Наружная поверхность поршня 5 уплотнена относительно внутренней поверхности цилиндра 3 механическим уплотнением 13, а надпоршневая полость 7 сообщена с колонной напорных труб 10 через полый шток 4.
В верхней части цилиндра 3 установлено механическое уплотнение 14 полого штока 4.
Входной фильтр 11 выполнен щелевым и установлен в верхней части корпуса 2.
Всасывающий 8 и напорные 9 клапаны выполнены с пружинной или магнитной или электромагнитной нагрузкой (не показано на чертеже) для принудительного закрытия клапана, соответственно, 8 и 9.
В корпусе 2 выше полого штока 4 установлено комбинированное сливное устройство 15, состоящее из разрушаемого полого штуцера 16, который с одного конца гидравлически сообщен с внутренним пространством скважины, а со стороны другого конца закрыт калиброванной разрывной мембраной 17.
Установка снабжена верхним напорным клапаном 18, установленным в верхней части полого штока 4.
Бесштанговая скважинная насосная установка дифференциального действия работает следующим образом.
При движении привода 1 вверх вместе с ним перемещается вверх цилиндр 3. При этом всасывающий клапан 8 закрывается, а нагнетательный клапан 9 открывается и из подпоршневой полости 6 откачиваемая из скважины среда поступает в надпоршневую полость 7 цилиндра. Далее при движении привода 1 вниз всасывающий клапан 8 открывается и из затрубного пространства скважины через входной фильтр 11 и кольцевое пространство в корпусе 2 вокруг цилиндра 3 из скважины в цилиндр 3 в его подпоршневую полость 6 поступает откачиваемая жидкая среда. Одновременно напорный клапан 9 закрывается и откачиваемая из скважины среда из надпоршневой полости 7 через полый шток 4 и верхний напорный клапан 18 выдавливается в колонну напорных труб 10, по которой поступает потребителю. Затем привод 1 перемещает цилиндр 3 вверх и таким образом повторяется описанный выше цикл работы дифференциального штангового насоса.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется откачка из скважин различных жидких сред.