ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
SUCKER-ROD PUMP PLANT

Штанговая насосная установка относится к технике механизированной добычи нефти: в частности добыче вязких и высоковязких нефтей, а также нефтей, содержащих механические примеси.
Известна штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера меньшего и большего диаметра с всасывающим и нагнетательным клапанами, установленными в плунжере большего диаметра. Полость этого плунжера между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней, с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, два полых плунжера связаны между собой и с тяжелым низом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, а также замковую опору и фильтр (патент РФ №2175402, F04B 47/00, 2000 г.).
Однако вследствие снижения подачи насоса из-за засорения фильтра межремонтный период работы установки невысок, кроме того, имеется ограничение величины диаметра большего цилиндра вследствие крепления замковой опорой ступени цилиндра меньшего диаметра.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, имеющий сквозной проход в нижней торцевой части ступени большего диаметра, подвешенные на колонне насосных штанг два соединенных соосно между собой и подвижно расположенных внутри цилиндра полых плунжера меньшего и большего диаметра с всасывающим и нагнетательным клапанами, установленными в плунжере большего диаметра, полость которого сообщается с полостью цилиндра с помощью отверстий. Максимальное расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения ступеней цилиндра равна длине хода плунжеров. Груз соединен с нижним концом плунжера большего диаметра и имеет возможность движения через сквозной проход. Груз имеет верхнюю полую часть, сообщающуюся через всасывающий клапан с полостью плунжера большего диаметра. Фильтр расположен в полой части груза. Замковая опора выполнена на уровне сквозного прохода, оснащенного втулкой-скребком. При крайнем верхнем положении плунжеров низ фильтра расположен не выше уровня втулки-скребка (патент РФ №2395718, F04B 47/00, 2010 г.).
Однако, если всасывающий и нагнетательные клапана установлены в плунжере большего диаметра, что соответствует формуле прототипа, то насос - неработоспособен, так как оба клапана будут играть роль всасывающих, потому что, в случае когда седло нагнетательного клапана не сообщается с полостью, образованной плунжером меньшего диаметра и цилиндром большего диаметра, нагнетаемая жидкость не может протекать через этот клапан. Сообщаться же не может вследствие его расположения в плунжере большего диаметра.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в обеспечении работоспособности насоса гарантированной усовершенствованной конструкцией с заданным расположением всасывающего и нагнетательного клапана в плунжерах большего и меньшего диаметров, повышении эффективности эксплуатации штанговой насосной установки вследствие увеличения межремонтного периода.
Поставленная задача решается тем, что штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, имеющий сквозной проход в нижней торцевой части ступени большего диаметра, подвешенные на колонне насосных штанг два соединенных соосно между собой и подвижно расположенных внутри цилиндра полых плунжера меньшего и большего диаметра с всасывающим и нагнетательным клапанами, всасывающий клапан установлен в плунжере большего диаметра, полость которого сообщается с полостью цилиндра с помощью отверстий, фильтр, груз, соединенный с нижним концом плунжера большего диаметра и имеющий возможность движения через сквозной проход, замковую опору с втулкой-скребком, отличающаяся тем, что герметизирующие резиновые кольца размещены на посадочном месте в нижнем конце цилиндра, а верхняя часть упомянутого цилиндра снабжена тороидальными грузами, в нижнем конце плунжера меньшего диаметра установлена нагнетательная клапанная коробка диаметром, превышающим диаметр этого плунжера, максимальное расстояние от верха клапанной коробки до места сочленения ступеней цилиндра больше длины хода плунжеров.
Конструкция устройства показана на чертеже.
1 - колонна насосно-компрессорных труб
2 - колонна штанг
3 - цилиндр
4 - плунжер меньшего диаметра
5 - плунжер большего диаметра
6 - нагнетательный клапан
7 - всасывающий клапан
8 - нагнетательная клапанная коробка
9 - отверстия
10 - фильтровый груз
11 - тороидальные грузы
12 - резиновые кольца
13 - посадочное место
14 - втулка-скребок
15 - фильтр
Штанговая насосная установка содержит колонны насосно-компрессорных труб 1 и штанг 2, цилиндр 3 с установленными одна над другой ступенями разного диаметра; полые плунжеры: меньшего диаметра 4 - верхний и большего диаметра 5 - нижний, снабженные соответственно нагнетательным 6 и всасывающим 7 клапанами, причем нагнетательный клапан 6 размещен в нагнетательной клапанной коробке 8 в нижнем конце плунжера меньшего диаметра 4. Диаметр нагнетательной клапанной коробки 8 превышает диаметр плунжера 4, что позволяет значительно увеличить диаметр нагнетательного клапана 6 для обеспечения высокой работоспособности насосной установки, путем облегчения поступления высоковязкой газожидкостной смеси в полость плунжера 4. Максимальное расстояние от верха нагнетательной клапанной коробки 8 до места сочленения ступеней цилинра3 больше длины хода плунжеров. Полость плунжера 5 сообщается с полостью цилиндра 3 через отверстия 9, с полостью плунжера 4 посредством нагнетательного клапана 6 и с полостью фильтрового груза 10 посредством всасывающего клапана 7, что обеспечивает работоспособность предложенной штанговой насосной установки. Верхняя часть цилиндра 3 снабжена тороидальными грузами 11, препятствующими страгиванию цилиндра 3 при ходе колонны штанг 2 вверх, а нижняя часть - резиновыми кольцами 12, герметизирующими посадочное место 13 цилиндра 3, оснащенное втулкой-скребком 14 для очистки фильтра 15 штанговой насосной установки, выполненного в полой части фильтрового груза 10.
Штанговая насосная установка работает следующим образом. При ходе вверх колонны штанг 2 всасывающий клапан 7 закрывается под действием избыточного давления в полости плунжера большего диаметра 5 вследствие перетекания газожидкостной смеси из полости, образованной цилиндром 3 и расположенными друг над другом плунжерами большего и меньшего диаметров 5 и 4, через отверстия 9 в указанную полость. При этом нагнетательный клапан 6 открывается и газожидкостная смесь движется вверх по ходу колонны штанг 2 со скоростью, обеспечиваемой добываемым объемом нефти; выполненный в полой верхней части фильтрового груза 10 фильтр 15 очищается, проходя втулку-скребок 14, что сокращает число подземных ремонтов по причине засорения фильтра 15. Тороидальные грузы 11, размещенные в верхней части цилиндра 3, удерживают его, препятствуя страгиванию при ходе колонны штанг 2 вверх. При ходе вниз нагнетательный клапан 6 закрывается из-за снижения давления в полости, образованной цилиндром 3 и расположенными друг над другом плунжерами большего и меньшего диаметров 5 и 4, всасывающий клапан 7 открывается за счет давления на приеме насоса, в плунжер большего диаметра 5 поступает газожидкостная смесь через фильтр 15. Фильтровый груз 10, находящийся вне полости насосно-компрессорных труб 1, облегчает движение плунжеров 4, 5 и колонны штанг 2 вниз в вязких средах, при этом газожидкостная смесь, находящаяся в насосно-компрессорных трубах 1, всем объемом перемещается вниз по ходу движения колонны штанг 2.
Резиновые кольца 12 вследствие своего размещения на посадочном месте 13 не подвержены срыву в процессе спуска и крепления штанговой насосной установки в замковой опоре, надежно герметизируют его, препятствуя истеканию газожидкостной смеси из полости насосно-компрессорных труб 1, что повышает эффективность работы установки в целом.
Таким образом, предложенная конструкция штанговой насосной установки обеспечивает работоспособность насоса заданным расположением всасывающего и нагнетательного клапана в плунжерах большего и меньшего диаметров, повышает эффективность эксплуатации штанговой насосной установки в целом, увеличивает межремонтный период ее работы.