ГЛУБИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
BOTTOM-HOLE SUCKER-ROD PUMP

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к глубинным штанговым насосам, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.
Известен глубинный насос (А.с. СССР №539160, F04B 47/00, 1976) со смазкой зазора между плунжером и цилиндром добываемой жидкостью через наклонные каналы в плунжере.
Недостатком является подача добываемой жидкости, содержащей механические примеси, в зазор между плунжером и цилиндром, т.к. добываемая продукция скважины в большинстве случаев содержит механические примеси, выносимые из пласта.
Известен скважинный дозатор реагента (А.с. СССР №1320509, F04B 47/02, 1987). Устройство содержит скважинный насос, включающий цилиндр с плунжером и всасывающим и нагнетательным клапанами. Насос связан через промежуточную камеру с заполненным реагентом контейнером, закрытым крышкой, в которой выполнен канал для прохода реагента из контейнера в промежуточную камеру. Во время работы насоса реагент из контейнера поступает в промежуточную камеру, где смешивается со скважинной жидкостью, а затем - на прием насоса. Поскольку скважинная жидкость содержит механические частицы, они попадают в зазор плунжер-цилиндр.
Известное устройство не предохраняет от износа пару плунжер-цилиндр при попадании в зазор между ними механических частиц и не предотвращает утечек скважинной жидкости, что снижает долговечность и надежность работы насоса.
Известен скважинный штанговый насос (Патент РФ №2624939, F04B 47/00, опубл. 11.07.2017, Бюл. №20), содержит цилиндр с всасывающим клапаном. Плунжер установлен в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения. На наружной поверхности плунжера нанесены замкнутые канавки, поперечный разрез которых имеет форму усеченной наклонной плоскостью параболы, ось симметрии которой образует острый угол с осью плунжера в направлении к выкиду насоса. Глубина канавок не больше одной двадцатой наружного диаметра плунжера. Фильтр механических примесей выполнен в виде концентрично установленных труб. Внутренняя площадь поперечного сечения концентрично установленных труб фильтра больше, чем площадь поперечного сечения между наружным диаметром внутренней трубы и внутренним диаметром наружной концентрично установленной трубы. Прием внутренней трубы снабжен круглым диском, установленным перпендикулярно к оси насоса на кронштейне. Длина наружной трубы выполнена так, что диск оказывается внутри этой трубы. Клапан емкости предварительного накопления механических примесей снабжен ограничителем хода Г-образной формы. За счет выполнения на плунжере канавок указанной выше формы достигается турбулизация потока жидкости и снижаются утечки жидкости через плунжер. Фильтр для улавливания механических примесей с диском очищает закачиваемую в насос жидкость.
Недостатком является то, что не предусмотрена смазка пары плунжер-цилиндр. Это приводит к интенсивному износу этой пары, и, следовательно, утечки через пару со временем увеличиваются. А также предложенная форма канавок выполнена так, что поперечный разрез канавок имеет форму усеченной наклонной плоскостью параболы, ось симметрии которой образует острый угол с осью плунжера в направлении к выкиду насоса, приводит к трудностям в технологическом исполнении канавок.
Известен глубинный штанговый насос, принятый за прототип (RU2646522, F04B 47/00, 05.03.2018), включающий цилиндр с плунжером и всасывающим и нагнетательным клапанами, в нижней части которого размещен контейнер с технологической жидкостью, снабженный клапаном и крышкой в виде патрубка с каналом для прохода технологической жидкости и обратным клапаном, отверстиями на цилиндре для подачи технологической жидкости в зазор плунжерной пары и для входа скважинной жидкости на прием насоса. На нижнем конце плунжера выполнена кольцевая проточка, а в верхнем конце цилиндра выполнено отверстие, совпадающее с проточкой на плунжере при его верхнем крайнем положении и сообщающее кольцеобразную полость, образованную цилиндром и кожухом с расширенным зазором в плунжерной паре, причем контейнер снабжен разделительным подпружиненным поршнем. Надежность и долговечность повышаются за счет того, что в зазор пары плунжер-цилиндр поступает специальная вязко пластичная смазка из контейнера.
Выполненная на нижнем конце плунжера кольцевая проточка не обеспечивает защиты от утечек. Канал прохода технологической жидкости увеличивает металлоемкость и снижает надежность оборудования. Отсутствует фильтр скважинной жидкости на приеме насоса.
Технической задачей изобретения является повышение долговечности работы плунжера путем смазки зазора в плунжерной паре при одновременном снижении утечек в плунжерной паре турбулизацией потока и нанесением канавок на плунжер, форма которых не требует сложных технологий, а также упрощения изготовления механизма приема технологической жидкости.
Указанная задача решается тем, что глубинный штанговый насос содержит цилиндр с плунжером и всасывающим и нагнетательным клапанами, в нижней части которого размещен контейнер с технологической жидкостью, снабженный каналом с обратным клапаном для прохода технологической жидкости в кольцеобразную полость, а также отверстиями на цилиндре для подачи технологической жидкости из кольцеобразной полости в зазор плунжерной пары, причем контейнер снабжен разделительным подпружиненным поршнем и обратным клапаном в нижней части, для входа скважинной жидкости на приеме насоса имеется канал. Согласно изобретению на наружной поверхности плунжера выполнены канавки, поперечный разрез которых имеет форму прямоугольного треугольника, образуя острый угол с осью плунжера в направлении к линии всасывания насоса, причем верхний и нижний концы упомянутого плунжера имеют цилиндрическую форму, в промежутке между ними нанесены упомянутые канавки, канал прохода технологической жидкости в кольцеобразную полость, образованную кожухом и наружной поверхностью цилиндра, представляет собой камеру с обратным клапаном на входе и отверстиями подачи технологической жидкости в кольцеобразную полость, канал на приеме насоса под всасывающим клапаном выполнен в виде трубки, установленной поперек оси насоса и насквозь пересекающей приемную камеру и кожух, на трубке имеются перфорированные отверстия в зоне, ограниченной внутренним диаметром цилиндра, а на концах трубки установлены фильтры.
На фиг. 1 представлен общий вид глубинного штангового насоса, на фиг.2- разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - плунжер с канавками, на фиг.4 - схема движения жидкости в канавках при движении плунжера вверх.
Глубинный штанговый насос (фиг. 1) состоит из цилиндра 1 с плунжером 2 и всасывающим 3 и нагнетательным 4 клапанами. Цилиндр 1 с плунжером 2 размещены в кожухе 5, образующим с цилиндром кольцеобразную полость 6, образованную кожухом 5 и наружной поверхностью цилиндра 1. На плунжере 2 выполнены канавки 7, предназначенные для облегчения прохода вязко пластичной смазки в зазор между цилиндром 1 и плунжером 2. Поперечный разрез канавок 7 (фиг. 3) имеет форму прямоугольного треугольника, образуя острый угол а с осью плунжера в направлении к линии всасывания насоса, причем верхний и нижний концы упомянутого плунжера имеют цилиндрическую форму, которая препятствует попаданию вязко пластичной жидкости в подплунжерное пространство, а в промежутке между ними нанесены упомянутые канавки.
В верхнем конце цилиндра 1, совпадающим с канавками 7 на плунжере при его верхнем крайнем положении, выполнено отверстие 8, которое сообщает кольцеобразную полость 6 с зазором между цилиндром 1 и плунжером 2. Снизу кожуха размещен контейнер 9, заполненный технологической жидкостью 10 (вязко пластичной смазкой). Контейнер 9 снабжен крышкой 11, выполненной в виде переводника, в крышке выполнен канал 12 для прохода вязко пластичной смазки в кольцеобразную полость 6. Канал 12 снабжен обратным клапаном 13. Для входа скважинной жидкости в зону под всасывающим клапаном установлена трубка 14, проходящая насквозь через цилиндр 1 и приемную камеру 15 и сообщающая межтрубное пространство (кольцеобразную полость 6) и вышеупомянутую приемную камеру 15 за счет перфорированных отверстий 16. На внешних краях трубки 14 установлены фильтры 17. Снизу контейнер снабжен поршнем 18 с пружиной 19 и обратным клапаном 20. Подпружиненный поршень 18 позволяет проталкивать вязко пластичную смазку 10 в канал 12 и дальше в кольцеобразную полость 6 между цилиндром 1 и кожухом 5.
Кольцеобразная полость 6 напрямую сообщена с контейнером 9 через обратный клапан 13 и отверстиями 21 подачи технологической жидкости по периметру корпуса камеры, что снижает металлоемкость, увеличивая надежность и упрощая изготовление.
Глубинный штанговый насос работает следующим образом.
При ходе вверх в полости плунжером 2 создается разряжение, из-за которого открывается всасывающий клапан 3 и откачиваемая жидкость через трубку 14 поступает в приемную камеру 15 через фильтр 17 и перфорированные отверстия 16. Одновременно с этим в пространство между плунжером 2 и цилиндром 1 будет нагнетаться технологическая жидкость (вязко пластичная смазка) 10 из контейнера 9, кольцеобразной полости 6, через отверстия 21, нагнетательный клапан 13, расположенный в крышке 11 контейнера 9, за счет движения поршня 15, приводимого в движение энергией сжатой пружины 19. Разряжение при движении поршня 18 вверх компенсируется за счет всасывания пластовой жидкости через обратный клапан 20, расположенный внизу кожуха 5.
При движении плунжера 1 вверх образуется разряжение и вязко пластичная жидкость стремится к нижней части цилиндра, попадая в канавки 7 (фиг. 4), встречая сопротивление на малом катете канавок.
Таким образом, осуществляется смазка пары плунжер-цилиндр, снижение утечек в плунжерной паре турбулизацией потока перекачиваемой нефти, тем самым достигается повышение долговечности и производительности насоса. Предложенное выполнение формы канавок более технологично в исполнении.
Форма выполнения канавок на плунжере неизвестна, техническое решение, по мнению авторов, обладает новизной.
Также новая форма выполнения канавок на плунжере обеспечивает смазку при одновременном уменьшении утечек жидкости в плунжерной паре турбулизацией потока и проста в технологическом исполнении. Решение подачи технологической жидкости напрямую в кольцеобразную полость снижает металлоемкость, увеличивая надежность и упрощая технологию изготовления. Установка фильтра на приеме насоса увеличивает его долговечность. Предлагаемое изобретение, по мнению авторов, обладает существенными отличиями.