Штанговый глубинный насос вставной конструкции

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в компоновке скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) глубинных насосов вставной конструкции.
Добыча нефти с помощью СШНУ, является наиболее распространённым способом добычи нефти, в том числе с помощью насосов вставной конструкции. Их преимуществом является возможность замены насоса на колонне насосных штанг без подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). При этом при эксплуатации СШНУ одной из проблем является повреждение узлов штангового насоса при сползании, скидывании канатной подвески, неверной подгонке плунжера, когда происходит работа с нижним или верхним стуком.
Известен погружной насос (патент RU № 14616, МПК F04B 47/04, опубл. 10.08.2000 в бюл. № 22), содержащий корпус, подпружиненные относительно корпуса приводной и насосный поршни (плунжеры), размещенные соответственно в приводной и насосной камерах и связанные между собой посредством штока с шарнирным соединением, установленную на штоке между ограниченно подвижными опорными кольцами рабочую пружину, расположенные вдоль оси насоса впускной и выпускной клапаны, а также каналы, гидравлически сообщающие насосную камеру со скважиной и затрубным пространством. Впускной канал сообщает насосную камеру со скважиной, выпускной канал сообщает насосную камеру с кольцевым пространством между корпусом насоса и стенками водоподъемного канала, причем пластовые воды в скважине и в водоподъемном канале разобщены.
Недостатками данного насоса являются:
- сложность конструкции, что снижает надежность устройства;
- низкая работоспособность устройства, связанная с разрушением пружины, которая не выдерживает разнонаправленные нагрузки, испытываемые вследствие соединения приводного и насосного поршней;
- низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком, когда узлы плунжера и цилиндра соударяются и изнашиваются.
Известен глубинный штанговый насос (патент RU № 2211373, МПК F04B 47/00, опубл. 27.08.2003 в бюл. № 24), содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб цилиндр с приемным каналом, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения полый, соединенный с приводной колонной насосных штанг посредством штока с центратором и переходника плунжер, расположенный в нижнем конце плунжера, нагнетательный клапан с размещенным в корпусе последнего над седлом шариком, отличающийся тем, что он снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода нагнетательного клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды, причем приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность конструкции из-за большого количества сложных элементов, что снижает надежность устройства;
- штанговый насос имеет невставную конструкцию (цилиндр соединен с колонной НКТ), поэтому замена насоса без подъема и спуска НКТ невозможна, что увеличивает продолжительность подземного ремонта;
- низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком, так как преобразователь направления движения колонны насосных штанг быстро выйдет из строя.
Наиболее близким по технической сущности является штанговый насос вставной конструкции (ОАО «Ижнефтемаш», Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред. 5-2009), состоящий из сплошного цилиндра, присоединенных с обоих концов к цилиндру при помощи резьбовых соединений удлинительных муфт, присоединенного к нижней удлинительной муфте при помощи резьбового соединения узла всасывающего клапана, а также одинарного плунжера расположенного в цилиндре, с присоединенным к его верхней части при помощи резьбового соединения узлом нагнетательного клапана, причем спуск насоса в колонне насосно-компрессорных труб осуществляется на колонне насосных штанг, а крепление насоса в колонне насосно-компрессорных труб производится с использованием якорного башмака, присоединенного при помощи резьбовых соединений к колонне насосно-компрессорных труб.
Недостатком данного насоса является низкая надежность работы, связанная с повреждением узлов насоса при сползании, скидывании канатной подвески, а также неверной подгонки плунжера при работе с нижним стуком или верхним стуком, когда узлы плунжера и цилиндра соударяются и изнашиваются.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности штангового глубинного насоса вставной конструкции за счет снижения ударно-динамической нагрузки на узлы насоса в нижнем и верхнем положении плунжера, увеличение межремонтного периода насоса, удобстве эксплуатации и обслуживании устройства.
Технический результат достигается штанговым глубинным насосом вставной конструкции, включающим цилиндр, плунжер, направляющая штока плунжера, шток плунжера, всасывающий и нагнетательный клапаны, состоящие из корпуса, шарика и седла, при этом штанговый глубинный насос выполнен с возможностью присоединения к замковой опоре, установленной в колонне насосно-компрессорных труб.
Новым является то, что между корпусом всасывающего клапана и плунжером размещена нижняя пружина с защитными шайбами, соединенные с нижней пружиной стальной проволокой, при этом защитные шайбы выполнены с внешней конической поверхностью, взаимодействующей с нижней пружиной, на штоке плунжера между плунжером и направляющей штока установлена верхняя пружина, при этом нижняя и верхняя пружины прочностью обеспечивают полуторакратный запас от веса колонны насосно-компрессорных труб, а также пружины и защитные шайбы выполнены с внутренним диаметром не менее внутреннего диаметра седла всасывающего клапана.
/
//
На фиг. 1-3 изображена схема предлагаемого насоса, где цилиндр – 1, плунжер - 2, направляющая штока плунжера - 3, шток плунжера - 4, всасывающий клапан, состоящий из корпуса - 5, шарика - 6 и седла – 7, нагнетательный клапан, состоящий из корпуса 8, шарика 9 и седла 10, нижняя пружины 11, защитные шайбы 12, 12, верхняя пружина 13.
Штанговый глубинный насос вставной конструкции содержит цилиндр 1, плунжер 2, направляющую штока плунжера 3, шток плунжера 4, всасывающий и нагнетательный клапаны, состоящие из корпуса 5, 8, шарика 6, 9 и седла 7, 10 соответственно. При этом штанговый глубинный насос выполнен с возможностью присоединения к замковой опоре (на фиг. 1-3 не обозначена), установленной в колонне насосно-компрессорных труб (на фиг. не обозначена).
/
//
/
//
Между корпусом всасывающего клапана 5 и плунжером 2 размещена нижняя пружина 11 с защитными шайбами 12, 12, соединенные с нижней пружиной 11 стальной проволокой (на фиг. 1-3 не показано). Защитные шайбы 12, 12 позволяют оперативно очистить насос при засорении методом встряхивания клапанов переподгонкой устьевого штока в нижнее положение, при этом способствует уменьшению истирания, износа поверхности корпуса 5 всасывающего клапана, а также приводит к увеличению межремонтного периода насоса, удобству эксплуатации и обслуживания устройства.
/
//
При этом защитные шайбы 12, 12выполнены с внешней конической поверхностью, взаимодействующей с нижней пружиной 11.
На штоке плунжера 4 между плунжером 2 и направляющей штока 3 установлена верхняя пружина 13.
Нижняя 11 и верхняя 13 пружины позволяют смягчить ударные нагрузки и снизить повреждение узлов насоса в случае скидывания или сползания канатной подвески, или неверной подгонки плунжера до ее обнаружения и корректировки, как при нижнем, так и при верхнем стуке, что обеспечивает надежность конструкции насоса.
При этом нижняя 11 и верхняя 13 пружины прочностью обеспечивают полуторакратный запас от веса колонны насосно-компрессорных труб для исключения разрушение пружин, что обеспечивает надежность конструкции насоса.
/
//
Пружины 11, 13 и защитные шайбы 12, 12 выполнены с внутренним диаметром не менее внутреннего диаметра седла 7 всасывающего клапана, что сохраняет пропускную способность клапана, и как следствие сохраняет коэффициент полезного действия насоса.
Предлагаемый насос работает следующим образом.
Насос с установленными пружинами 11 и 13 спускают на колонне насосно-компрессорных труб, фиксируют в якорном башмаке, далее производят подгонку плунжера 2. При подгонке плунжер 2 опускается до касания о всасывающий клапан с разгрузкой на нижнюю пружину 11. После этого плунжер 2 приподнимают на определенную высоту (200 мм), учитывающую растяжение насосных штанг, затем устанавливают необходимую длину хода полированного штока станка-качалки, не превышающей максимальную длину хода штангового глубинного насоса вставной конструкции, спущенного в скважину, после чего СШНУ запускают в работу.
/
//
При работе штангового глубинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, производят подъем продукции по колонне насосно-компрессорных труб. При этом поток жидкости проходит через седло 7 всасывающего клапана, пружину 11 и защитные шайбы 12 и 12и далее через нагнетательный клапан плунжера 2 поступает в полость колонны насосно-компрессорных труб.
В случае необходимости проведения реанимационных работ из-за засорения всасывающего и нагнетательного клапанов установленные пружины 11 и 13 позволяют провести данные операции, что потребует произвести переподгонку (опускание) плунжера 2 немного в большем значении, чем для стандартных насосов. В то же время пружины 11 и 13 обеспечат дополнительные колебания узлов насоса при проведении реанимационных работ и увеличит их эффективность, что также увеличивает межремонтный период насоса, удобство эксплуатации и обслуживании устройства.
Предлагаемая конструкция повышает надежность штангового глубинного насоса вставной конструкции за счет снижения ударно-динамической нагрузки на узлы насоса в нижнем и верхнем положении плунжера, увеличении межремонтного периода насоса, удобстве эксплуатации и обслуживании устройства.