ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС ДЛЯ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Полезная модель относится к технике добычи нефти, в частности к дифференциальным штанговым насосам, и может быть использовано для подъема из скважины высоковязких жидкостей.
Известна насосная установка для добычи нефти, содержащая штанговый насос с цилиндром, плунжером, управляемым нагнетательным тарельчатым клапаном и всасывающим шаровым клапаном с утяжеленным шариком (патент РФ на полезную модель №85574, F04B 47/00, опубл. 27.03.2009 г.) (аналог).
Недостатком установки является низкая надежность работы всасывающего клапана при подъеме высоковязких жидкостей.
Известен штанговый насос для добычи высоковязкой нефти, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающий клапан поджатый к седлу и нагнетательный шток-клапан с толкателем, взаимодействующим с плунжером, жестко соединенным с колонной штанг и установленным в плунжер с возможностью ограниченного осевого перемещения (патент РФ на полезную модель №55892, F04B 47/00, опубл. 27.02.2006 г.). Указанный штанговый насос по технической сущности более близок к предлагаемому дифференциальному штанговому насосу, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются запаздывание при открытии всасывающего клапана, большое гидравлическое сопротивление во всасывающем клапане при заполнении цилиндра, особенно высоковязкой жидкостью, низкая надежность работы пружины особенно в агрессивной среде.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание дифференциального штангового насоса, который обеспечивает повышение эффективности его работы при подъеме из скважины высоковязкой жидкости за счет более надежной работы всасывающего клапана, предотвращения его «залипания» и срыва подачи, предотвращение «зависания» колонны штанг при ходе вниз.
Поставленный технический результат решается описываемым дифференциальным штанговым насосом для добычи высоковязкой нефти, содержащим цилиндр, плунжер, всасывающий клапан, нагнетательный шток-клапан с толкателем, взаимодействующим с плунжером и жестко соединенным с колонной штанг.
Новым является то, что снизу цилиндр соединен с цилиндром меньшего диаметра, в котором размещен полый плунжер, верхняя часть которого соединена с патрубком меньшего диаметра с боковыми отверстиями и с сужением в верхней части, а в нижней части патрубка установлено седло клапана, в патрубке размещен запорный элемент тарельчатого всасывающего клапана со штоком, установленным в направляющей, нижняя часть нагнетательного шток-клапана жестко соединена с промежуточным штоком, взаимодействующим с штоком всасывающего клапана и соединенным с верхней частью патрубка с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно патрубка.
На фигуре показана схема дифференциального штангового насоса для добычи высоковязкой нефти.
Дифференциальный штанговый насос содержит (см. фигуру) цилиндр большого диаметра 1 с размещенным в нем плунжером большого диаметра 2 и нагнетательным шток-клапаном 3 с толкателем 4 взаимодействующим с верхним концом плунжера большого диаметра 2 и жестко соединенным с колонной штанг 5. Цилиндр большого диаметра 1 снизу соединен с цилиндром меньшего диаметра 6, в котором размещен полый плунжер 7 верхняя часть которого соединена с патрубком меньшего диаметра 8 с боковыми отверстиями 9 и с сужением 10 в верхней части патрубка 8, а в нижней части патрубка 8 установлено седло клапана 11. В патрубке 8 размещен тарельчатый запорный элемент 12 всасывающего клапана со штоком 13, установленным в направляющей 14. Нижняя часть нагнетательного шток-клапана 3 жестко соединена с промежуточным штоком 15 с толкателем 16, взаимодействующим с штоком 13 и соединенным с верхней частью патрубка 8 с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно патрубка 8.
Дифференциальный штанговый насос работает следующим образом.
При ходе колонны штанг 5 вверх движется вверх и жестко соединенный с ней через толкатель 4 нагнетательный шток-клапан 3, который перекрывает проходное сечение между нагнетательным шток-клапном 3 и плунжером большого диаметра 2, который оставался на месте за счет трения плунжера большого диаметра 2 о внутреннюю поверхность цилиндра большого диаметра 1. Одновременно с нагнетательным шток-клапаном 3 движется вверх и жестко соединенный с ним промежуточный шток 15, толкатель 16 которого взаимодействуя с сужением 10 патрубка 8 перемещает вверх полый плунжер меньшего диаметра 7. При этом жидкость находящаяся в цилиндре большого диаметра 1 над плунжером большого диаметра 2 движется вверх к устью скважины, в полости цилиндров 1 и 6 между плунжерами 2 и 7 создается разряжение, открывается проходное сечение между запорным элементом 12 всасывающего клапана и седлом 11 через которое, а также отверстия 9 и кольцевой зазор между патрубком 8 и цилиндром меньшего диаметра 6 жидкость снизу через полый плунжер меньшего диаметра 7 поступает в полость цилиндров 1 и 6 между плунжерами 2 и 7.
При ходе колонны штанг вниз движется вниз и жестко соединенный с ней через толкатель 4 шток-клапан 3, а также за счет перепада давления и плунжер большого диаметра 2. Плунжер меньшего диаметра 7 за счет трения его о внутреннюю поверхность цилиндра малого диаметра 6 остается на месте, а промежуточный шток 15 жестко соединенный с нагнетательным шток-клапаном 3 движется вниз относительно патрубка 8 до упора в шток 13 запорного элемента 12 всасывающего клапана. После чего начинает двигаться вниз запорный элемент 12 всасывающего клапана до посадки его на седло 11. Затем начинает двигаться вниз плунжер меньшего диаметра 7. При этом в полости цилиндров 1 и 6 между плунжерами 2 и 7 растет давление, затем за счет трения плунжера большого диаметра 2 о внутреннюю поверхность цилиндра большого диаметра 1 плунжер большого диаметра 2 останавливается, нагнетательный шток-клапан 3 продолжает движение вниз и открывается проходное сечение между нагнетательным шток-клапаном 3 и плунжером большого диаметра 2, жидкость из под плунжера большого диаметра 2 перетекает в надплунжерную полость цилиндра большого диаметра 1.
Далее циклы повторяются.
При ходе колонны штанг 5 вниз, когда запорный элемент 12 всасывающего клапана посажен на седло 11, столб жидкости над плунжером меньшего диаметра 7 воздействует на него и создает направленную вниз дополнительную силу облегчающую ход колонны штанг 5, предотвращая их «зависание» при движении в вязкой среде.
Дифференциальный штанговый насос для добычи высоковязкой нефти позволяет обеспечить более надежную работу всасывающего клапана, предотвратить его «залипание», а также «зависание» колонны штанг при ходе их в вязкой среде вниз, что повышает эффективность работы штангового насоса.