ГЛУБИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
BOTTOM-HOLE PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в скважинных штанговых насосных установках.
Известен штанговый глубинный насос (патент RU 2140570, F04В 47/00, опубл. 27.10.1999 г.), содержащий цилиндр, полый плунжер из упругопластичного материала, шток-клапан, выполняющий функцию нагнетательного клапана и установленный с возможностью осевого перемещения, и всасывающий клапан. На верхнем конце шток-клапана размещена переводная втулка с входными втулками. Насос экономичен и прост в изготовлении, конструкция плунжера обеспечивает его надежное уплотнение за счет расширения в момент нагнетания жидкости. Однако всасывающий клапан известного насоса (не указанный на чертеже), как обычно, жестко соединен с цилиндром насоса и не относится к извлекаемым.
По конструктивным и функциональным признакам наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является глубинный штанговый насос (патент RU 2172866, F04В 47/00, опубл. Бюл. №24 от 27.08.2001 г. - прототип), содержащий цилиндр, плунжер с нагнетательным штоком-клапаном и штангой. В нижней части цилиндра размещен всасывающий клапан, прикрепленный посредством пружин к опоре и расположенный на седле. В верхней части цилиндра размещен дополнительный нагнетательный клапан на седле с уплотнительным кольцом. Штанга снабжена толкателем, взаимодействующим с плунжером посредством выемки.
Недостатками насосов являются отсутствие принудительной разгерметизации всасывающего клапана, возможности совмещения технологических операций по промывке скважины и обработки призабойной зоны пласта без подъема насоса из скважины и отсутствие возможности подъема всасывающего клапана на штангах при смене насоса, а также сложность конструкции и невозможность использования деталей стандартного штангового насоса при его изготовлении.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление конструкции при ее изготовлении за счет использования деталей стандартного глубинного штангового насоса, повышение надежности и эффективности работы насоса при добыче высоковязкой нефти с проявлением эмульсии, а также расширение функциональных возможностей насоса в плане совмещения технологических операций по промывке забоя скважины, проведения обработки призабойной зоны пласта различными реагентами без подъема насоса из скважины, осуществление при необходимости замены насоса подъема колонны насосно-компрессорных труб без излива жидкости из отвинченной трубы на устье скважины.
Поставленная задача решается глубинным штанговым насосом, содержащим цилиндр, узел всасывающего клапана, плунжер и нагнетательный шток-клапан с толкателем.
Новым является то, что нагнетательный шток-клапан в нижней части снабжен ловильной втулкой с проходными каналами и выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри плунжера, при этом узел всасывающего клапана выполнен извлекаемым и установлен в нижнем конце цилиндра в якорном башмаке с помощью анкерного дорна через уплотнительное кольцо, причем узел извлекаемого всасывающего клапана состоит из анкерного ниппеля, корпуса всасывающего клапана с продольными проходными равнорасположенными по окружности пазами, шарика с седлом, ловильной цапфы, выполненной с возможностью зацепления с ловильной втулкой.
На фиг.1 изображен продольный разрез глубинного штангового насоса в момент начала хода плунжера вверх; на фиг.2 - продольный разрез нижней части насоса.
Глубинный штанговый насос (в дальнейшем - насос) содержит установленный на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (не показана) цилиндр 1 (фиг.1), плунжер 2 и нагнетательный шток-клапан 3 с толкателем 4, жестко соединенным с колонной штанг 5. Нагнетательный шток-клапан 3 размещен в плунжере 2 с возможностью ограниченного осевого перемещения в пределах А=18-20 мм, а в нижней части снабжен ловильной втулкой 6 с проходными каналами 7. Нагнетательный шток-клапан 3 установлен с возможностью контактирования с плунжером 2 по скошенной под углом α=40-50° к оси насоса поверхностью.
В нижнем конце цилиндра 1 (фиг.2) через переходную муфту 8, удлинительный ниппель 9 и муфту 10 установлен якорный башмак 11, находящийся в замковом соединении с анкерным дорном 12, на котором зафиксировано уплотнительное кольцо 13 с помощью ниппельного анкера 14. Корпус 15 извлекаемого всасывающего клапана снабжен продольными проходными равнорасположенными по окружности пазами 16 для прохождения добываемой жидкости и соединен в нижней части с ниппельным анкером 14, фиксирующим седло 17 шарика 18 извлекаемого всасывающего клапана. В верхней части корпуса 15 установлена ловильная цапфа 19, выполненная с возможностью зацепления с ловильной втулкой 6.
Насос работает следующим образом.
Соединенный с колонной насосно-компрессорных труб цилиндр 1, оснащенный якорным башмаком 11, узлом извлекаемого всасывающего клапана с ловильной цапфой 19, спускают на заданную глубину в скважину, затем на колонне штанг - плунжер 2 с нагнетательным шток-клапаном 3 и ловильной втулкой 6. Производят подгонку плунжера 2. В исходном положении (начале цикла всасывания) плунжер 2 находится в нижнем положении в цилиндре 1, всасывающий клапан 18 и нагнетательный шток-клапан 3 закрыты. При ходе колонны штанг 5 вверх начинается перемещение соединенного с колонной штанг шток-клапана 3, взаимодействующего с плунжером 2. В подплунжерной полости образуется разрежение, в результате воздействия которого открывается всасывающий клапан 18. При ходе плунжера 2 вверх происходит нагнетание жидкости из цилиндра 1 над плунжером в полость колонны насосно-компрессорных труб и заполнение цилиндра 1 под плунжером через проходные каналы узла извлекаемого всасывающего клапана.
В начале цикла нагнетания плунжер 2 находится в верхнем положении в цилиндре 1. При ходе колонны штанг 5 вниз начинается перемещение шток-клапана 3 относительно плунжера 2 и его открытие, при этом всасывающий клапан 18 закрывается. Затем толкатель 4 начинает перемещать плунжер 2 с открытым нагнетательным шток-клапаном 3 относительно цилиндра 1. При ходе плунжера 2 вниз жидкость из подплунжерной полости цилиндра 1 поступает в надплунжерную полость цилиндра.
Далее цикл работы насоса повторяется.
Для проведения технологических операций по промывке забоя скважины, обработке призабойной зоны пласта реагентами и т.п. без подъема насоса из скважины, а также для подъема колонны насосно-компрессорных труб без излива жидкости при замене насоса необходимо сначала извлечь узел всасывающего клапана из якорного башмака 11. Для этого установленную на конце нагнетательного шток-клапана 3 ловильную втулку 6 опускают на ловильную цапфу 19, осуществляют залавливание путем поворота колонны штанг 5 в направлении завинчивания резьбовых соединений штанг с последующим подъемом вверх, в результате этого действия анкерный дорн 12 вместе с узлом извлекаемого всасывающего клапана срывается с якорного башмака 11. При этом открывается (образуется) канал (отверстие) для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при выполнении технологических операций или для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб при ее подъеме из скважины.
Предложенный насос прост в изготовлении и позволяет повысить надежность и эффективность работы скважины с высоковязкой нефтью и проявлением эмульсии, имеет многофункциональные возможности в плане совмещения технологических операций по промывке забоя скважины, проведения обработки призабойной зоны пласта различными реагентами и т.п. без подъема насоса из скважины.
Кроме этого позволяет при необходимости замены насоса осуществлять подъем колонны насосно-компрессорных труб без излива жидкости на устье скважины.