ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
SUCKER ROD PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при добыче нефти, в том числе и вязкой, нефти с высоким газовым фактором, а также при добыче нефти из наклонно направленных и горизонтальных скважин.
Известна штанговая насосная установка (ШНУ), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой двумя ступенями разного диаметра, два полых плунжера разного диаметра, связанных между собой и колонной насосных штанг и подвижно расположенных в цилиндрах с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. Камера большего диаметра связана через обратный клапан с затрубным пространством. При откачке вязких пластовых жидкостей рабочая камера большого диаметра сообщена с рабочей камерой меньшего диаметра через дополнительные обратные клапана (а.с. СССР №896254, F04B 47/00, 1982 г.).
К недостаткам данной установки можно отнести относительную сложность конструкции, большое количество клапанов, что в итоге влияет на эксплуатационную надежность.
Наиболее близкой по технической сущности является штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой двумя ступенями разного диаметра, два плунжера разного диаметра, связанных между собой и с колонной насосных штанг и подвижно расположенных в цилиндрах с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, при этом всасывающий клапан размещен в плунжере меньшего диаметра, кроме того, она снабжена грузом, выполненным ступенчатым, размещенным вне полости насосных труб и связанным с нижней частью плунжера малого диаметра, при этом плунжер большого диаметра также выполнен ступенчатым, а длина ступени меньшего диаметра равна длине хода плунжеров (патент RU №2059883 C1, F04B 47/00, от 10.05.1996 г.).
Недостатком данной установки являются значительные гидравлические сопротивления в узле нагнетательного клапана стандартной конструкции, содержащей пару "седло-шарик". Работа такого клапана в среде с вязкой нефтью не отличается стабильностью.
Задачей настоящего изобретения является снижение гидравличесих сопротивлений в узле нагнетательного клапана, повышение эксплуатационной надежности как нагнетательного, так и заборного клапанов и расширение технических возможностей ШНУ.
Поставленная задача и технический результат достигается в штанговой насосной установке, содержащей колонны насосных труб и штанг, цилиндр, полый плунжер, подвижно установленный в цилиндре, нагнетательный клапан и корпус клапана заборного, расположенный в нижней части цилиндра, содержащий седло, расположенное в нижней части корпуса клапана заборного, отличающейся тем, что штанги соединены с оправкой, вдоль тела которой выполнены каналы-выборки, выше седла опорного, расположенного в нижней части оправки, и упором полого плунжера, расположенного в верхней части оправки, а на нижнюю часть полого плунжера насажена втулка клапанная, при этом полый плунжер имеет возможность ограниченного продольного перемещения относительно оправки и возможность герметичного взаимодействия втулки клапанной с седлом опорным при ходе колонны штанг вверх, к нижнему концу оправки присоединен шток с наконечником, при этом длина штока равна или больше длины хода насоса, проходящий сквозь внутреннюю полость стакана заборного, подвижно установленного на штоке с возможностью герметизации зазора между штоком и внутренней полостью стакана заборного и состоящего из упора цангового, расположенного в верхней части стакана заборного, уплотнителя и запорного элемента, расположенного в нижней части стакана заборного, основание которого выполнено в виде усеченной конической или усеченной сферической поверхности с возможностью герметичного взаимодействия с седлом при ходе колонны штанг, оправки и штока вниз, при этом в верхней части корпуса заборного выполнен уступ, предназначенный для фиксации стакана заборного внутри полости корпуса клапана заборного.
2. Штанговая насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что полых плунжеров и соответствующих им оправок может быть два и более.
3. Штанговая насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что стакан заборный выполнен с весом достаточным для продольного перемещения по штоку вниз в скважинной жидкости.
На фиг. 1 представлен продольный разрез штанговой насосной установки.
Фиг. 2 - поперечное сечение А-А плунжера (см. фиг. 1).
Фиг. 3 - поперечное сечение Б-Б сборки стакана заборного (см. фиг. 1).
ШНУ содержит цилиндр 1 (фиг. 1) с корпусом клапана 2, седлом 3 и упором седла 4 в своей нижней части. Колонна штанг 5 соединена с оправкой 6, вдоль тела которой выполнены продольные выборки-каналы 7 до седла опорного 8, размещенного внизу оправки 6. В верхней части оправки 6 выполнен упор 9. Выборки-каналы 7 предназначены для протока скважинной жидкости при открытом нагнетательном клапане. Оправка 6 проходит сквозь полый плунжер 10. На нижнюю часть полого плунжера 10 насажена втулка клапанная 11 с возможностью ограниченного продольного перемещения вдоль оправки 6. К нижней части оправки 6 присоединен шток 12 с наконечником 13 на нижнем его конце. Длина штока 12 равна или больше длины хода насоса. Шток 12 проходит сквозь внутреннюю полость сборки стакана заборного, содержащего запорный элемент 14, упор цанговый 15, расположенный в верхней части стакана заборного, и уплотнитель 16. Сборка стакана заборного (14, 15, 16) размещена в корпусе клапана 2. Нижняя часть запорного элемента 14 выполнена в виде наружной усеченной конической или сферической поверхности с возможностью герметичного взаимодействия с седлом 3. В верхней части корпуса клапана 2 выполнен уступ 17, диаметр которого меньше внутренних диаметров цилиндра 1, корпуса клапана 2 и выступов на внешней поверхности упора цангового 15.
Работает ШНУ следующим образом.
На колонне насосных труб (не показаны) спускают цилиндр 1 с корпусом клапана 2, седлом кольцевым 3 и упором седла 4 или иную компоновку, включающую фильтр и т.п., на расчетную глубину. После чего на колонне штанг 5 спускают вниз сборку, включающую оправку 6 с седлом опорным 8, полым плунжером 10, штоком 12 и наконечником 13 с установленной на нем сборкой стакана заборного (14, 15, 16) с возможностью продольного перемещения и герметизации зазора между штоком 12 и внутренней поверхностью сборки стакана заборного (14, 15, 16). Спуск осуществляют вниз до упора, при этом сборка стакана заборного (14, 15, 16) продавливается вовнутрь полости корпуса клапана 2, после чего упругие концы упора цангового 15 раскрываются, после прохождения уступа 17, фиксируя положение сборки стакана заборного (14, 15, 16) внутри полости корпуса клапана 2, с относительной продольной подвижностью, а полый плунжер 10 при этом размещается в цилиндре 1. Продольная составляющая силы упругости упора цангового 15 при этом должна удерживать сборку стакана заборного (14, 15, 16) внутри корпуса клапана 2, то есть она должна быть больше сил трения, возникающих при трении штока 12 о внутреннюю поверхность сборки стакана заборного (14, 15, 16).
Демонтаж насоса осуществляется простым подъемом колонны штанг 5 вместе со всей сборкой, при этом упор цанговый 15 вытягивается через уступ 17 корпуса клапана 2 закрепленным на конце штока 12 наконечником 13.
Рабочие циклы насоса заключаются в следующем.
При ходе колонны штанг 5 вверх порция надплунжерной жидкости подается на дневную поверхность, при этом полый плунжер 10, с насаженной на нижний конец втулкой клапанной 11, смещается вниз вдоль оправки 6, до упора втулки клапанной 11 в седло опорное 8, герметизируя зону контакта, а сборка стакана заборного (14, 15, 16), за счет сил трения внутренней поверхности о шток 12, принудительно смещается вверх, а упор цанговый 15 удерживает ее внутри полости корпуса клапана 2, таким образом, сборка стакана заборного (14, 15, 16) смещается вверх относительно седла 3, причем принудительно, и пластовый флюид по каналам-выборкам 7 свободно поступает в подплунжерную (надклапанную) полость цилиндра 1.
При ходе колонны штанг 5 вместе с оправкой 6, полым плунжером 10 и штоком 12 вниз сборка стакана заборного (14, 15, 16), за счет тех же сил трения внутренней поверхности о шток 12, смещается вниз, при этом элемент запорный 14 герметично взаимодействует с седлом 3 и с этого момента подплунжерная (надклапанная) порция скважинной жидкости отсекается от пласта, а полый плунжер 10 смещается вверх относительно оправки 6, и порция скважинной жидкости перетекает из подплунжерной полости в надплунжерную по выборкам-каналам 7.
После чего циклы повторяются.
Таким образом, принцип работы ШНУ такой конструкции основан на принципе замещения, в отличие от схем, основанных на вакуумировании подплунжерной полости стандартного исполнения ШНУ.
ШНУ такой конструкции позволяют расширить технические возможности штанговых насосных установок (добыча вязкой нефти, эксплуатация наклонно направленных и горизонтальных скважин, добыча нефти с высоким газовым фактором и т.д.).
Отдельные элементы ШНУ проверены в промысловых условиях и подтвердили свою работоспособность.