СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС
DOWNHOLE ELECTRIC PLUNGER PUMP

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти из скважин бесштанговыми глубинными насосами.
Известен скважинный электроплунжерный насос [Патент РФ №2177563, МПК F04B 47/06, опубликован 27.12.2001], включающий плунжерный насос, электродвигатель с реверсивным передаточным механизмом, зубчатая передача которого приводит во вращение два одинаковых спараллеленных колеса на общей оси вращения, имеющих общий шип между ними и шатун (шток), образующих кривошипный механизм, который преобразует вращение этих колес в возвратно-поступательное движение шатуна плунжерного насоса.
Привод этого насоса имеет очень малый ход шатуна (несколько сантиметров), ограниченный малыми размерами спараллеленных колес, помещающихся в малых поперечных размерах насоса. Поэтому он не пригоден для плунжерного насоса, работающего в нефтяных скважинах. Шариковые клапаны (всасывающий и нагнетательный) при малом ходе штока срабатывают ненадежно при прокачке вязкой нефти. Поэтому обычная длина хода плунжера нефтяных насосов составляет несколько метров.
Известен скважинный электроплунжерный насос (прототип) [Патент РФ №2550858, МПК F04B 47/06, опубликован 20.05.2015], включающий плунжерный насос, электродвигатель и реверсивный механизм, состоящий из замкнутой продольной винтовой канавки на внутренней поверхности плунжера и шариков, двигающихся в этих канавках и обеспечивающих кинематическую связь и возвратно-поступательное движение плунжера.
Однако, обладая несколько большим ходом плунжера за счет большей длины замкнутой винтовой канавки, по сравнению с кривошипным механизмом у аналога, шариковый привод обладает тем же недостатком - малым ходом плунжера насоса. К тому же, если у аналога есть редуктор, то прототипа его нет. Поэтому возвратно-поступательное движение плунжера осуществляется в нем с большой частотой и шариковые клапаны насоса работают неэффективно при перекачке вязкой нефти. Шарики зависают в нефти, опаздывая с открытием и закрытием входных и выходных отверстий в седлах. К тому же, электродвигатель в прототипе не охлаждается, так как он находится ниже насоса в застойной зоне, равной длине типового погружного электродвигатели (ПЭД) от 3 до 10 м (в зависимости от мощности применяемого электродвигателя).
Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Эта цель достигается тем, что в предлагаемом скважинном электроплунжерном насосе полый плунжер выполнен с замкнутым рядом внутренних винтовых канавок, по которым возвратно-поступательно перемещается палец-шпонка, свободно вращающийся в гнезде гайки с проходными отверстиями, гайка жестко сочленена со штоком, который соединен с редуктором электродвигателя, в верхней части цилиндр выполнен с направляющим пазом, в котором перемещается направляющий палец, закрепленный в верхней части полого плунжера, а в нижней части полый плунжер сочленен с нагнетательным клапаном.
На фиг. 1 показан разрез общего вида предлагаемого скважинного электроплунжерного насоса: 1 - насосно-компрессорная труба; 2 - кабель; 3 - корпус; 4 - электродвигатель; 5 - редуктор; 6 - шток; 7 - уплотнение цилиндра; 8 - цилиндр; 9 - полый плунжер; 10 - направляющий палец; 11 - направляющий паз в цилиндре; 12 - вращающийся палец-шпонка; 13 - гайка; 14 - проходные отверстия в гайке; 15 - канавки; 16 - нагнетательный клапан; 17 - проходные отверстия; 18 - уплотнение нагнетательного клапана; 19 - шарик нагнетательного клапана; 20 - седло нагнетательного клапана; 21 - шарик всасывающего клапана; 22 - седло всасывающего клапана.
На фиг. 2 показан разрез по линии А-А: 8 - цилиндр; 9 - полый плунжер; 12 - вращающийся палец-шпонка; 13 - гайка; 14 - проходные отверстия в гайке; 15 - канавка.
На фиг. 3 схематично показан замкнутый ряд канавок на внутренней поверхности полого плунжера: 15 - канавки.
На фиг. 4 показан вид в разрезе Б-Б вращающегося пальца-шпонки на перекрестке канавок: 12 - вращающийся палец-шпонка; 15 - перекресток канавок.
Предлагаемый скважинный электроплунжерный насос (фиг. 1) включает в себя корпус 3, питаемый через кабель 2 электродвигатель 4 с редуктором 5, шток 6 с жестко сочлененной гайкой 13, перемещающейся в полом плунжере 9, который скользит направляющим пальцем 10 в направляющем пазу 11 цилиндра 8 с уплотнением 7 между корпусом 3 насоса. В гайке 13 с проходными отверстиями 14 выполнено гнездо (фиг. 2), в котором размещен вращающийся палец-шпонка 12, скользящий в канавках 15 при вращении гайки 13. Палец-шпонка 12 скользит в многовитковой винтовой замкнутой канавке 15 (фиг. 3), выполненной на внутренней поверхности плунжера 9, переводя его в верхнем и нижнем положениях в реверс возвратно-поступательного движения. На перекрестках винтовых канавок 15 (фиг. 4) шпонка, соединенная с вращающимся пальцем 12, надежно проходит перекресток только в одном из направлений (как на перекрестке железнодорожных путей). В нижней части с полым плунжером 9 резьбовым соединением герметично с помощью уплотнения 18 сочленен нагнетательный клапан 16 с проходными отверстиями 17 и шариком 19 с седлом 20. В нижней части цилиндра 8 расположен всасывающий клапан с всасывающим шариком 21 и седлом 22.
Скважинный электроплунжерный насос работает следующим образом.
Насос спускается в скважину (фиг. 1) на насосно-компрессорных трубах 1 в продуктивный пласт. Электродвигатель 4 с помощью герметичного «мокрого контакта» подключается к спускаемому кабелю 2, запускается и через редуктор 5 приводит во вращение шток 6 с жестко посаженной гайкой 13. Последняя с помощью пальца-шпонки 12, вращающегося в гнезде гайки 13 (фиг. 2), перемещает полый плунжер 9 поочередно вверх и вниз. Вращающийся палец-шпонка 12 скользит в замкнутом ряде канавок 15 (фиг. 3). В нижнем положении полого плунжера 9 вращающийся палец-шпонка 12 непрерывно переходит из последнего поднимающегося витка канавки 15 в ниспадающий виток замкнутой канавки, совершая реверс возвратно-поступательного движения полого плунжера 9, и последний перемещается вверх, осуществляя нагнетание нефти нагнетательным клапаном 16. Входное отверстие при этом в седле 20 закрыто шариком 19. Одновременно происходит всасывание нефти всасывающим клапаном через открытое шариком 21 отверстие в седле 22. При этом плунжер 9 направляющим пальцем 10 скользит в пазе 11 цилиндра, удерживая полый плунжер 9 от вращения вместе с гайкой 13. В верхнем положении полого плунжера 9 осуществляется аналогичный реверс возвратно-поступательного движения его вниз. Вращающийся палец-шпонка 12 переходит из последнего ниспадающего витка замкнутой канавки 15 в поднимающийся и полый плунжер 9 начинает движение вниз, осуществляя наполнение его полости нефтью. Замкнутый ряд винтовых канавок 15 обеспечивают необходимую (типовую) длину хода полого плунжера 9.
Технический эффект: бесштанговая эксплуатация глубинного плунжерного насоса, отсутствие станка-качалки.