САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА
SELF-ALIGNING TRAVELLING VALVE OF SUCKER ROD PUMP

Предлагаемое изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано в штанговых глубинных насосах, работающих в наклонных и горизонтальных скважинах.
Известен самоустанавливающийся всасывающий клапан глубинного насоса, выбранный в качестве аналога, включающий корпус, седло, конусный переводник, рабочий шар и второй шар, используемый в качестве груза, контактируемого с рабочим, центратор с проходными отверстиями и центральной осью, на которой эксцентрично закреплен массивный наклонный лоток-груз с наклонной и горизонтальной рабочими частями. Выбранный аналог может работать в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах. В нем второй вспомогательный шар используется в качестве груза, который своей силой тяжести давит на рабочий шар, принудительно заставляя его горизонтально перемещаться и садиться в седло, закрывая всасывающее отверстие клапана, который может работать в вертикальных скважинах и в качестве нагнетательного (патент №2382904, опубл. 27.02.2010).
Недостатками известного всасывающего клапана глубинного насоса являются: осуществление неполной очистки поверхностей шаров от налипания на них битумно-песчанистых отложений, препятствующих нормальной работе клапана и надежному закрытию отверстия в седле; консольная установка на центральном болте вращающегося массивного лотка-груза приводит к преждевременному износу болта и его люфту, что приводит к уменьшению долговечности всасывающего клапана глубинного насоса.
Известен самоустанавливающийся клапан штангового глубинного насоса, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, сочлененный с центратором, который имеет проходные отверстия, и центральной осью. На одном конце центральной оси закреплен наклонный лоток, выполненный облегченным и имеющий вогнутую внутреннюю поверхность, по которой скатывается шар под действием собственного веса. Зазор между шаром и наклонным лотком обеспечивает оптимальное перемещение шара из седла и обратно при работе штангового глубинного насоса. Седло удерживается в гнезде корпуса держателем седла. Для точной регулировки зазора путем перемещения центральной оси используется регулировочная гайка, которая накручивается на резьбовой выступ центратора и фиксируется контргайкой. На центральной оси в плоскости эксцентриситета наклонного лотка установлен массивный груз, стянутый гайкой и зафиксированный контргайкой. Стыковка самоустанавливающегося клапана со штанговым глубинным насосом осуществляется при помощи переводника. В ложе наклонного лотка выступают продольные полозья, между которыми имеются промывочные каналы. Шар располагается в ложе между опорными площадками и продольными полозьями (заявителем является ООО НПФ «Пакер»).
Недостатком известного самоустанавливающегося клапана штангового глубинного насоса является то, что при его использовании в горизонтальных скважинах в качестве нагнетательного клапана не обеспечивается достаточная герметичность и надежность работы штангового насоса: снятые в процессе работы насоса индикаторные диаграммы в горизонтальных скважинах фиксируют значительные утечки жидкости с течением времени в резьбовых соединениях.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение долговечности и обеспечение более полного самоочищения от битумно-песчанистых отложений самоустанавливающегося нагнетательного клапана, обеспечение высокой герметичности и надежности работы самоустанавливающегося нагнетательного клапана в горизонтальных скважинах.
Указанный технический результат достигается тем, что самоустанавливающийся нагнетательный клапан оснащен уплотнительными резиновыми кольцами, рабочий стальной шар размещен в корзинке, которая расположена в корпусе и имеет продольные промывочные каналы, распределенные между внутренними продольными полозьями, имеющими малую контактную поверхность и равномерно расположенными вдоль корпуса по периметру корзинки, небольшие радиальные зазоры имеются между внутренними продольными полозьями и рабочим стальным шаром, выше которого расположен контактирующий с ним более тяжелый вспомогательный, например вольфрамовый, шар.
Повышение долговечности работы и обеспечение более полного самоочищения от битумно-песчанистых отложений самоустанавливающегося нагнетательного клапана осуществляется в процессе многократного вращения и перемещения рабочего стального шара в корзинке, имеющей продольные промывочные каналы, распределенные между внутренними продольными полозьями, под дополнительным давлением более тяжелого вспомогательного, например вольфрамового, шара, а также благодаря наличию небольших радиальных зазоров между внутренними продольными полозьями и рабочим стальным шаром.
Обеспечение высокой герметичности и надежности работы самоустанавливающегося нагнетательного клапана в горизонтальных скважинах достигается благодаря оснащению самоустанавливающегося нагнетательного клапана уплотнительными резиновыми кольцами, благодаря чему происходит предотвращение утечек жидкости с течением времени в резьбовых соединениях.
Фронтальный разрез самоустанавливающегося нагнетательного клапана штангового глубинного насоса представлен на фиг. 1. Горизонтальный разрез А-А корпуса самоустанавливающегося нагнетательного клапана штангового глубинного насоса с рабочим стальным шаром приведен на фиг. 2.
Самоустанавливающийся нагнетательный клапан штангового глубинного насоса (фиг. 1) состоит из корпуса 1, переводника 2 с проходными отверстиями 3, фиксирующей гайки 4, гроверной шайбы 5, массивного груза 6, фиксирующей контргайки 7, регулировочных гайки 8 и шайб 9, наклонного вогнутого лотка 10, рабочего стального шара 11, седла 12, седлодержателя 13, корзинки (на фиг. не показана), уплотнительных резиновых колец 14, вспомогательного, например вольфрамового, шара 15, внутренних продольных полозьев 16, промывочных каналов 17, небольших радиальных зазоров 18.
Переводник 2, соединяющий корпус 1 и полый плунжер (на фиг. не показан), имеет проходные отверстия 3 и уплотнительное резиновое кольцо 14, служащее для обеспечения герметичности самоустанавливающегося нагнетательного клапана.
Массивный груз 6 закреплен в плоскости эксцентриситета наклонного вогнутого лотка 10 и зафиксирован фиксирующей гайкой 4 с гроверной шайбой 5.
Регулировочные шайбы 9, расположенные на центральной оси нагнетательного клапана между наклонным вогнутым лотком 10 и регулировочной гайкой 8 с фиксирующей контргайкой 7, служат для снижения сил трения при вращении наклонного вогнутого лотка 10.
Наклонный вогнутый лоток 10 с вогнутым ложем (на фиг. не показано), по которому перемещается вспомогательный, например вольфрамовый, шар 15, самоочищаясь от битумно-песчанистых отложений на его поверхности, эксцентрично закреплен на одном конце центральной оси самоустанавливающегося нагнетательного клапана.
С рабочим стальным шаром 11 контактирует более тяжелый вспомогательный, например вольфрамовый, шар 15, который под действием силы тяжести давит на него, принудительно перемещая рабочий стальной шар 11 в корзинке (на фиг. не показана). При этом рабочий стальной шар 11 перемещается к седлу 12 с небольшими радиальными зазорами 18, плотно перекрывая нагнетательное отверстие (на фиг. не показано) самоустанавливающегося нагнетательного клапана в седле 12, которое закреплено седлодержателем 13 и имеет уплотнительное резиновое кольцо 14, служащее для обеспечения герметичности самоустанавливающегося нагнетательного клапана.
В корпусе 1 (фиг. 2) расположена корзинка (на фиг. не показана), имеющая продольные промывочные каналы 17, распределенные между внутренними продольными полозьями 16, имеющими малую контактную поверхность и равномерно расположенными вдоль корпуса 1 по периметру корзинки. Между рабочим стальным шаром 11 и внутренним продольными полозьями 16 имеются небольшие радиальные зазоры 18.
Самоустанавливающийся нагнетательный клапан штангового глубинного насоса работает следующим образом.
После спуска самоустанавливающегося нагнетательного клапана в горизонтальную скважину (на фиг. не показана) массивный груз 6 под действием силы тяжести разворачивает наклонный вогнутый лоток 10 в горизонтальное положение. При этом вспомогательный, например вольфрамовый, шар 15 скатывается по вогнутой поверхности наклонного лотка 10 и под действием силы тяжести давит на контактирующий с ним рабочий стальной шар 11, принудительно перемещая его в корзинке (на фиг. не показана). При этом рабочий стальной шар 11 садится с небольшими радиальными зазорами 18 (фиг. 2) в седло 12, закрепленное седлодержателем 13, и плотно закрывает нагнетательное отверстие (на фиг. не показано) клапана. Соотношение удельных весов вспомогательного, например вольфрамового 12, и рабочего стального 9 шаров равно 19,25/7,9=2,44, которого достаточно для надежного срабатывания нагнетательного клапана в горизонтальной скважине и подъема вышележащего столба жидкости к устью скважины.
Рабочий стальной шар 11 в процессе многократного вращения и перемещения в корзинке, а также прохождения по продольным полозьям 16 под дополнительным давлением более тяжелого вспомогательного, например вольфрамового, шара 15, самоочищается от битумно-песчанистых отложений.
При движении полого плунжера (на фиг. не показан) влево происходит его заполнение жидкостью. При этом нагнетательный клапан открыт, т.е. вспомогательный, например вольфрамовый 15, и рабочий стальной 11 шары (фиг. 1) находятся в положении, показанном пунктирной линией. При помощи продольных промывочных каналов 17, расположенных между продольными полозьями 16, происходит вынос битумно-песчанистых отложений.
Самоочищение вспомогательного, например вольфрамового, шара 15 осуществляется с помощью продольных полозьев и промывочных каналов (на фиг. не показаны) вогнутого наклонного лотка 10.
Заявляемое изобретение позволит повысить долговечность и обеспечить более полное самоочищение нагнетательного клапана, обеспечить высокую герметичность и надежность работы нагнетательного клапана в горизонтальных скважинах.