ШТАНГОВЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАСОС ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к штанговым скважинным насосам двойного действия.
Известен штанговый насос двойного действия, раскрытый в описании к патенту RU №2436996 С1, кл. F04B 47/00, опубл. 20.12.2011. Насос содержит цилиндр с нижним всасывающим клапаном, соединенный с колонной труб при помощи переводника, также снабженного всасывающим клапаном, и полый плунжер, размещенный в цилиндре с образованием подплунжерной и надплунжерной полостей и возможностью возвратно-поступательного перемещения, связанный с полой штангой и имеющий в торце нижний нагнетательный клапан. Цилиндр выполнен ступенчатым, с нижней ступенью большего диаметра и верхней ступенью меньшего диаметра. В боковой стенке плунжера выше нижнего нагнетательного клапана выполнено сквозное отверстие для сообщения полости плунжера с камерой, образованной при его перемещении вниз в нижней ступени цилиндра.
Недостатком данного устройства, как следует из описания к патенту, является раздельная установка в скважине цилиндра и плунжера, т.е. дополнительная спуско-подъемная операция (СПО), к тому же связанная с точным позиционированием составных частей штангового насоса. Кроме того, изготовление ступенчатого цилиндра повышает трудоемкость изготовления и повышает вероятность забивания насоса парафиновыми отложениями и механическими примесями в скважинной жидкости.
Наиболее близким по технической сущности решением (прототипом) является забойный насос по патенту RU №2333386 С2, кл. F04B 47/00 (2006.01), опубл. 10.09.2008. Как и в предыдущем аналоге, забойный насос также имеет цилиндр с нижним всасывающим клапаном и плунжером, но отличительной особенностью указанного технического решения является наличие входного элемента, по сути, нижнего коллектора (фиг. 5, 6 и 7 описания к патенту), соединенного резьбой с цилиндром и имеющего ряд продольных каналов и радиальных продолговатых окон для впуска скважинной жидкости.
К недостаткам указанного технического решения следует отнести отсутствие клапанов в радиально расположенных впускных окнах коллектора, поскольку при ходе плунжера вниз часть скважинной жидкости выдавливается через эти окна обратно в эксплуатационную колонну (ЭК), что снижает КПД насоса.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование штангового скважинного насоса двойного действия, обеспечивающего увеличение производительности за счет повышения КПД устройства вследствие отсутствия перетечек при ходе плунжера вниз и повышение надежности работы в нештатных ситуациях, например в случае заклинивания одного или нескольких клапанов.
Поставленная задача решается тем, что цилиндр насоса дополнительно снабжен верхним коллектором, причем верхний и нижний коллекторы соединены между собой расположенными по окружности наружными трубопроводами, по сути байпасными (обводными) линиями, сообщающими полость НКТ с подплунжерной полостью, при этом в верхнем коллекторе выполнены расположенные по кругу и сообщающие полость НКТ с надплунжерной полостью внутренние С-образные каналы, также выполняющие роль байпасных линий, образованные горизонтальными и вертикальными сверлениями. Кроме того, каждый из наружных трубопроводов и каждый из С-образных каналов верхнего коллектора имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Помимо этого, в верхнем и нижнем коллекторах выполнены внутренние кольцевые проточки.
Предпочтительный вариант исполнения полезной модели описывается конкретным примером изготовления штангового скважинного насоса двойного действия, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения технического результата на основе представленных чертежей.
На фиг. 1 показана общий вид штангового скважинного насоса двойного действия в аксонометрии.
2 - насосно-компрессорная труба (НКТ);
3 - корпус цилиндра;
5 - хвостовик плунжера;
12 - верхний коллектор;
15 - нижний коллектор;
16 - наружный трубопровод (байпасная линия);
28 - резьбовая муфта.
На фиг. 2 представлен вид "А" в масштабе увеличения на фиг. 1.
14 - резьбовая заглушка.
На фиг. 3 изображен продольный разрез "Б-Б" на фиг. 2.
1 - эксплуатационная колонна (ЭК);
4 - плунжер;
5 - хвостовик плунжера;
6 - всасывающий клапан плунжера;
7 - корпус клапана плунжера;
8 - контргайка плунжера;
9 - всасывающий клапан цилиндра;
10 - корпус клапана цилиндра;
11 - контргайка клапана цилиндра;
13 - нагнетательный клапан 1-ой байпасной линии;
17 - всасывающий клапан 1-ой байпасной линиии;
18 - контргайка трубопровода;
19 - контргайка нижнего коллектора;
20 - нагнетательный клапан 2-ой байпасной линии;
21 - всасывающий клапан 2-ой байпасной линии;
22 - пружина;
23 - вварная заглушка;
24 - технологическая заглушка;
25 - корпус сальникового уплотнения;
26 - сальниковое уплотнение;
27 - прижим сальникового уплотнения.
Штанговый скважинный насос двойного действия содержит корпус цилиндра (3) с полым плунжером (4), в торце которого имеется всасывающий клапан плунжера (6), смонтированный в корпусе (7), который в свою очередь ввернут в дно плунжера (4) и зафиксирован контргайкой (8). В нижней части цилиндра (3) также имеется всасывающий клапан (9) в корпусе (10), ввернутом и зафиксированном контргайкой (11). Плунжер (4) соединен с наземным приводом ("качалкой") (на рисунках не показан) при помощи хвостовика (5) в виде отполированной полой штанги, которая имеет радиальные сверления "В", и колонны сочлененных, также полых, штанг (на рисунках не показаны). На корпус цилиндра (3) навинчены верхний (12) и нижний (15) коллекторы, гидравлически соединенные между собой наружными трубопроводами (16), при этом в нижней части корпуса цилиндра (3) выполнены по кругу радиальные отверстия "Г", сообщающие при помощи кольцевой проточки "Ж" нижнего коллектора (15), сверлений "К" и "Д" в верхнем (12) коллекторе и наружных трубопроводов (16) подплунжерную полость с полостью НКТ (2), образуя 1-ю группу байпасных (обводных) линий. НКТ (2) ввернута в верхний коллектор (12) и служит для доставки устройства к продуктивному интервалу, а также для транспортировки скважинной жидкости к устью скважины. Сверления "Д", "И" и "З", выполненные по кругу, образуют в верхнем коллекторе (12) С-образные каналы, которые при помощи кольцевой проточки "Е" гидравлически соединяют полость НКТ с надплунжерной полостью, образуя 2-ю группу байпасных линий. Все байпасные линии имеют всасывающие (17, 21) и нагнетательные (13, 20) клапаны с пружинами (22). Герметичность каналов и сверлений обеспечивается резьбовыми (14), вварными (23) и технологическими (24) заглушками. Сальниковое уплотнение (26) при помощи ввернутого в верхний коллектор (12) корпуса (25) и прижима (27) предназначено для разобщения надплунжерной полости и полости НКТ. Для надежной фиксации на корпусе цилиндра (3) нижний коллектор (15) стопорится контргайкой (19). Наружные трубопроводы (16) ввернуты резьбовыми концами в верхний (12) и нижний (15) коллекторы и зафиксированы от самопроизвольного отвинчивания контргайками (18), при этом попарно соединены резьбовыми муфтами (28).
Предлагаемый штанговый скважинный насос двойного действия работает следующим образом.
Устройство опускают в ЭК (1) на колонне НКТ (2) и фиксируют известным способом в продуктивном интервале скважины. Затем плунжер (4) при помощи наземного привода (на рисунках не показан) начинает совершать возвратно-поступательное движение в корпусе цилиндра (3). При первом ходе плунжера (4) вверх в подплунжерной полости создается разрежение, и скважинная жидкость поступает в нее через всасывающий клапан (9) цилиндра. После достижения верхнего положения плунжер (4) начинает движение вниз, создавая избыточное давление в подплунжерной полости, при этом клапан (9) цилиндра заперт, а клапан плунжера (6) приоткрывается, пропуская скважинную жидкость внутрь пустотелого плунжера (4). После заполнения внутренней полости плунжера (4) скважинная жидкость через отверстия "В" пустотелой штанги (5) изливается в надплунжерную полость. Одновременно скважинная жидкость под давлением из подплунжерной полости через отверстия "Г" корпуса цилиндра (3), кольцевую проточку и радиальные сверления нижнего коллектора (15), через клапаны (17) и наружные трубопроводы (16) 1-ой группы байпасных линий поступает в верхний коллектор (12), где по вертикальным сверлениям "К" через нагнетательные клапаны (13), кольцевую проточку "Е" верхнего коллектора (12) и отверстия "Д", выполненные в нижней секции НКТ (2), попадает в полость НКТ (2), отсеченную от надплунжерной полости сальниковым уплотнением (26). При последующих ходах вверх работа клапанов (9) и (6) повторяется, при этом скважинная жидкость, накопленная в надплунжерной полости за время предыдущих ходов, через клапаны (21) и (20), С-образные каналы 2-ой группы байпасных линий и кольцевую проточку "Е" верхнего коллектора (12) поступает также в полость НКТ (2) для дальнейшей транспортировки к устью скважины и последующего сбора в накопительные емкости. Таким образом, плунжер осуществляет подачу скважинной жидкости как при движении вверх, так и при движении вниз, без перетечек скважинной жидкости, с высоким КПД, что повышает производительность работы устройства, при этом за счет разветвления потока скважинной жидкости по двум группам байпасных линий при нештатных ситуациях, например, при заклинивании клапана (6) плунжера (4) или некоторых клапанов (13, 17, 20, 21) байпасных линий, насос сохраняет работоспособность, что повышает надежность устройства.
Приведенный выше вариант конкретного выполнения предлагаемого технического решения не является единственно возможным. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определяемой прилагаемой формулой.
Элементы заявленной конструкции штангового скважинного насоса двойного действия могут быть изготовлены промышленным способом с использованием современных материалов и технологий на предприятиях, выпускающих комплектующие узлы для разработки нефтегазовых скважин.