ШТАНГОВЫЙ НАСОС ДЛЯ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Полезная модель относится к технике для добычи нефти и может найти применение при добыче из скважин высоковязких жидкостей.
Известна насосная установка для добычи нефти (см. патент RU 85574, F04В 47/00, 2009), содержащая штанговый насос с цилиндром, плунжером, управляемым нагнетательным тарельчатым клапаном и всасывающим шаровым клапаном с утяжеленным шариком, установленный на насосно-компрессорных трубах, колонну насосных штанг с ограничителем хода плунжера (аналог).
Недостатком данной установки является большое гидравлическое сопротивление во всасывающем клапане из-за его малого проходного сечения, запаздывание или «залипание» шарика при закрытии всасывающего клапана при работе в вязкой среде в виду незначительного утяжеление шарика за счет использования материалов с высоким удельным весом по отношению к стали.
Наиболее близким к предлагаемому штанговому насосу, по технической сути и достигаемому результату, является штанговый насос для добычи высоковязкой нефти (см. патент RU 55892, F04В 47/00, 2006), содержащий цилиндр, всасывающий клапан, выполненный нормально закрытым и поджатым к седлу, нагнетательный шток-клапан, установленный в плунжер с возможностью ограниченного осевого перемещения, с толкателем, взаимодействующим с плунжером и жестко соединенным с колонной штанг. Указанный штанговый насос можно взять в качестве прототипа.
Известный штанговый насос позволяет поднимать высоковязкую продукцию из скважин, однако заполнение цилиндра насоса высоковязкой жидкостью затруднено из-за больших гидравлических сопротивлений во всасывающем клапане, кроме того, затруднено открытие всасывающего клапана, поджатого пружиной, низкая надежность пружины в коррозионной среде.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности эксплуатации скважин штанговой насосной установкой за счет снижения гидравлического сопротивления во всасывающем клапане, более «четкого» его срабатывания и повышения надежности.
Поставленный технический результат решается описываемым штанговым насосом, содержащим цилиндр, всасывающий клапан с седлом, нагнетательный шток-клапан, установленный в плунжер с возможностью ограниченного осевого перемещения, с толкателем, взаимодействующим с плунжером и жестко соединенным с колонной штанг.
Новым является то, что всасывающий клапан выполнен в виде шток-клапана, который размещен в соединенном с цилиндром корпусе большего диаметра и установлен в направляющую с возможностью ограниченного осевого перемещения, в корпусе всасывающего клапана выше шток-клапана расположено сужение, над которым установлен сбивной винт, нагнетательный шток-клапан снизу соединен с упором, выполненным с возможностью взаимодействия его со всасывающим шток-клапаном и исключающем при этом возможность взаимодействия со сбивным винтом.
Проведенные исследования показали, что выполнение всасывающего клапана в виде шток-клапана и размещение его в соединенном с цилиндром корпусе большего диаметра, позволяют значительно снизить гидравлическое сопротивление во всасывающем клапане за счет увеличения его проходного сечения, при этом возможно увеличение веса шток-клапана в несколько раз при сохранении перепада давления, необходимого для открытия клапана.
Установка всасывающего шток-клапана в направляющую с возможностью ограниченного осевого перемещения, обеспечивает более «четкое» срабатывание всасывающего клапана за счет значительного увеличения веса шток-клапана, центровки его относительно стенок корпуса клапана исключающей контакт с ними и «залипание» шток-клапана.
Расположение сужения в корпусе всасывающего клапана выше шток-клапана, установка над ним сбивного винта, соединение нагнетательного шток-клапана с упором, выполненным с возможностью взаимодействия его со всасывающим шток-клапаном и исключающем при этом возможность взаимодействия со сбивным винтом, позволяет в случае «заедания» всасывающего шток-клапана в направляющей устранить его за счет спуска плунжера и воздействия упора на всасывающий шток-клапан, исключая необходимость подъема штангового насоса из скважины, сохранить в целостности сбивной винт, разрушаемый перед подъемом штангового насоса из скважины для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в скважину, и тем самым с наименьшими затратами восстановить работоспособность штангового насоса.
Совокупность отличительных признаков предлагаемого штангового насоса позволяет снизить гидравлическое сопротивление во всасывающем клапане, обеспечить более четкое его срабатывание, устранить зависание всасывающего клапана при подъеме высоковязкой жидкости, повысить надежность штангового насоса и эффективность эксплуатации скважин.
Схематически штанговый насос для добычи высоковязкой нефти представлен на фигуре.
Штанговый насос для добычи высоковязкой нефти содержит цилиндр 1, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб 2, размещенный в цилиндре 1 плунжер 3, нагнетательный шток-клапан 4, установленный в плунжер 3 с возможностью ограниченного осевого перемещения, с толкателем 5, взаимодействующим с плунжером 3 и жестко соединенным с колонной штанг 6. Всасывающий шток-клапан 7 концентрично расположен в соединенном с цилиндром 1 корпусе 8 большего диаметра, снабжен ограничителем 9 и установлен в направляющую 10 с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 8. В корпусе 8 выше всасывающего шток-клапана 7 расположено сужение 12, над которым установлен сбивной винт 13. Нагнетательный шток-клапан 5 снизу соединен с упором 14, выполненным, например, в виде усеченного конуса с возможностью взаимодействия его со всасывающим шток-клапаном 8 и исключающем при этом возможность взаимодействия со сбивным винтом 13. Штанговый насос работает следующим образом.
При ходе колонны штанг 6 вверх движется вверх и нагнетательный шток-клапан 4 с толкателем 5, проходное сечение между торцом плунжера 3 и шток-клапаном 4 закрывается и шток-клапан 4 перемещает плунжер 3 вверх вместе с жидкостью, находящуюся над ним в цилиндре 1, которая поднимается далее по колонне насосно-компрессорных труб 2 к устью скважины. При этом за счет перепада давления открывается всасывающий шток-клапан 7 и жидкость через кольцевой зазор между шток-клапаном 7 и седлом 11 поступает в корпус 8, а затем в цилиндр 1 под плунжер 3.
При ходе колонны штанг 6 вниз движется вниз и нагнетательный шток-клапан 4 с толкателем 5, за счет силы трения между цилиндром 1 и плунжером 3 плунжер 3 удерживается на месте, а нагнетательный шток-клапан 4 продолжает перемещаться вниз, открывается проходное сечение между ним и торцом плунжера 3, толкатель 5 упирается в верхний торец плунжера 3 и перемещает его вниз. При этом под действием силы тяжести всасывающий шток-клапан 7 закрывается, жидкость, находящаяся в цилиндре 1, перетекает через проходное сечение между плунжером 3 и шток-клапаном 4 из под плунжерного в надплунжерную полость.
Далее циклы повторяются.
При затруднении перемещения всасывающего шток-клапана 7 в направляющей 10 (например, при заедании из-за попадания между ними механических примесей) под действием его силы тяжести спускают колонну штанг 6 до взаимодействия упора 14 с всасывающим шток-клапаном 7 и под действием дополнительной силы тяжести колонны штанг 6 перемещают шток-клапан 7 вниз, устраняя и освобождая его при этом от заедания за счет выноса или измельчения попавших механических примесей.
Сужение 12 предохраняет всасывающий шток-клапан 7 от повреждения при сбросе в колонну насосно-компрессорных труб 2 груза для срабатывания сбивного винта 13.
Технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в повышении эффективности эксплуатации скважин штанговым насосом за счет снижения гидравлического сопротивления во всасывающем клапане, более «четкого» его срабатывания, устранения зависания всасывающего клапана при подъеме высоковязкой жидкости и повышения надежности штангового насоса.