ГЛУБИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и предназначена для добычи нефти в осложненных условиях работы - вязкая нефть и эмульсии, наличие в нефти механических примесей, солевых и асфальто-смоло-парафиновых отложений.
Глубинные штанговые насосы предназначены для добычи нефти с осложненными условиями работы - вязкая нефть и эмульсии, механические примеси, солевые и асфальто-смоло-парафиновые отложения (АСПО). Насос работает в широком диапазоне вязкостных характеристик (с кинематической вязкостью нефтеэмульсии - до 500 сСт) и со значительным содержанием механических примесей.
Из уровня техники известен ПЛУНЖЕР ШТАНГОВОГО НАСОСА [патент РФ №2295061, в котором плунжер содержит несущий стержень, на котором установлены с зазором и возможностью осевого перемещения втулки с коническими встречными торцами, образующими кольцевые канавки, в которых расположены разъединители, уплотнительные кольца. Конические встречные торцы образуют канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня, а разъединитель и уплотнительные кольца выполнены за одно целое в виде упругих колец трапецеидального поперечного сечения, контактирующих более широкой частью с несущим стержнем.
Недостатком аналога является наличие уплотнительных колец, которые подвержены износу и при длительной эксплуатации не способны противостоять поступлению твердых взвешенных частиц в трущиеся элементы насоса, что в свою очередь снижает заданные эксплуатационные характеристики насоса и надежность использования.
Также известен СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС [патент РФ №2213261], содержащий цилиндр, размещенный в нем подвижно полый плунжер в виде стержня с радиальными каналами. На наружной боковой поверхности плунжера выполнены кольцевые канавки, имеющие в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора в паре цилиндр-плунжер. Большее основание гидравлически сообщено через каналы с полостью плунжера. В кольцевых канавках установлены уплотнительные элементы в виде неразрезных колец из упругопластичного деформируемого материала с сечением в виде равнобокой трапеции. Кольца размещены в кольцевых канавках с возможностью взаимодействия по их коническим поверхностям. Наружная поверхность стержня защищена антикоррозионным покрытием с диэлектрическими свойствами. По обоим торцам плунжера установлены грязесборники в виде чашеобразных манжет, установленных в цилиндре с натягом. Манжета разгружена радиальным каналом. Цилиндр может быть упрочнен пластическим деформированием металла. Дополнительные каналы в клетке плунжера ориентированы на чашку верхней манжеты. Количество уплотнений на плунжере увеличивается с увеличением глубины спуска насоса.
Недостатком вышеозначенного аналога является то, что не предусмотрено удаление загрязнений при наполнении грязесборников во время работы насоса, после чего загрязнения неизбежно поступают в насос и способствуют повышенному износу трущихся элементов.
Наиболее близким по технической сущности является ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС (патент РФ №2368803) который включает цилиндр и размещенный в нем с возможностью продольного перемещения плунжер с канавками, при этом на внутренней поверхности цилиндра и плунжера выполнены кольцевые канавки, в которых нижняя часть имеет горизонтальную стенку, а верхняя часть имеет скошенную вверх стенку.
Недостатком прототипа является то, что во время возвратно-поступательного движения плунжера, вместе с подъемом жидкости происходит вынос значительной части механических примесей и различного рода отложений в зазор между цилиндром и плунжером, что осложняет работу глубинных насосов и приводит к преждевременному износу основных деталей насоса: цилиндр, плунжер, клапанные пары.
Целью полезной модели является предотвращение выноса механических примесей нефти в зазор между цилиндром и плунжером.
Технический результат заключается в обеспечении возможности оснащения цилиндра и плунжера насоса съемными грязеотводными устройствами.
Технический результат заключается за счет того, что прототип, содержащий цилиндр и размещенный в нем с возможностью продольного осевого перемещения плунжер, отличается тем, что с обоих концов на цилиндра установлены манжетные устройства и/или с обоих концов плунжера установлены муфты.
Манжетное устройство выполнено в виде полой детали с осевой симметрией, состоящей из переводной муфты, с внутренней стороны которой выполнена прорезь для поочередного размещения торцевого ограничительного кольца, втулки, с внутренней стороны которой размещена манжета, и второго ограничительного кольца. Первая прорезь сообщается со второй прорезью большего диаметра, выполненной с возможностью поочередного размещения в ней гайки и переводника, а манжета выполнена с зазором, обращенным к переводнику.
Муфта выполнена в виде полой детали с осевой симметрией и с возможностью установки на концах плунжера. На поверхности муфты выполнена канавка, в которой размещена манжета разрезного типа, а поверх манжеты установлен фиксатор в виде кольца из пружинистой нержавеющей стали, а по обеим сторонам канавки расположены пояса отверстий.
Новизной полезной модели является то, что в зависимости от соотношения длин цилиндра и плунжера эксплуатируемые глубинные штанговые насосы можно оборудовать грязеотводными устройствами. К примеру, насосы с коротким цилиндром и длинным плунжером можно оснащать манжетными устройствами, а насосы с коротким цилиндром можно дополнительно оснащать муфтами.
Для насосов с коротким цилиндром и длинным плунжером в верхней и в нижней части цилиндра устанавливаются манжетные устройства, в котором находится манжета, служащая для предотвращения попадания механических примесей и парафино-смолистых отложений в рабочую полость цилиндра.
Новизна конструкции насоса с коротким цилиндром, состоит в том, что в этом насосе совмещены конструкции двух видов насосов: штангового глубинного насоса стандартного типа и манжетного штангового насоса для вязких нефтесодержащих жидкостей.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен чертеж манжетного устройства для установки сверху цилиндра.
На фиг. 2 представлен чертеж манжетного устройства для установки снизу цилиндра.
На фиг. 3 представлен чертежи муфты для установки сверху плунжера.
На фиг. 4 представлен чертежи муфты для установки снизу плунжера.
На фиг. 5 приведен чертеж, на котором представлен вариант размещения манжетных устройств на цилиндре насоса 25-225 ТНМ1К с коротким цилиндром и длинным плунжером.
На фиг. 6 приведен чертеж, на котором представлен вариант размещения муфт на плунжере насоса 25-225 THMUK с коротким цилиндром.
Осуществление полезной модели
Каждое из представленных на (фиг. 1, фиг. 2) манжетных устройств верхнее 1 (фиг. 1) и нижнее 2 (фиг. 2) состоит из переводной муфты 3 в прорези, которой поочередно размещено торцевое ограничительное кольцо 4, втулка 5, с внутренней стороны, которой размещена манжета 6 и второе ограничительное кольцо 7. К первой прорези в переводной муфте примыкает вторая прорезь большого диаметра, в котором размещена гайка 8 и переводник 9.
Каждое из представленных на фиг. 3, фиг. 4 муфт верхняя 10 и нижняя 11 состоит из полой детали с осевой симметрией 12, в которой выполнена канавка 13, в которой размещена манжета разрезного типа 14. Поверх манжеты расположен фиксатор 15 в виде кольца из нержавеющей стали. По обеим сторонам канавка 13 соответственно расположены кольцевые пояса отверстий 16.
Вариант размещения верхнего 1 и нижнего 2 манжетного устройства (фиг. 5) на цилиндре 17 показан на примере насоса 25-225 ТНМ1К. При этом в цилиндре насоса 17 расположен плунжер 18. Сверху манжетного устройства 1 установлен корпус нагнетательного клапана 19, а снизу манжетного устройства 2 установлен патрубок удлинитель 20. в котором размещен корпус всасывающего клапана 21. Корпус клапана 21 включает седло клапана 22, сверху которого расположена клапанная пара: седло шарика 23 и шарик 24.
Корпус всасывающего клапана 21 через муфту 25 сообщается с корпусом сбивного клапана 26, в котором расположено кольцо 27 и сбивной элемент 28. Сбивной клапан предназначен для слива пластовой жидкости во время подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (на чертежах не указаны).
К корпусу 26 примыкает седло нагнетательного клапана 29, сверху которого установлена клапанная пара: седло шарика 30 и шарик 31.
Приемный фильтр 32 установлен снизу седла клапана 29.
Вариант размещения верхней 10 и нижней 11 муфт (фиг. 6) на плунжере 33, который размещается в цилиндре 34. Сверху и снизу цилиндр 34 соответственно соединен с муфтами 35 и 36, которые соответственно соединяются с удлинительными ниппелями 37 и 38. Удлинительный ниппель 37 сообщается с муфтой 39. В муфте 39 расположена муфта 40, в которой расположен стержень 41, который примыкает к корпусу нагнетательного клапана 42, располагающийся в цилиндре 34. Корпус клапана 42 включает клапанную пару: седло 43 и шарик 44.
Снизу плунжера 33 внутри удлинительного ниппеля 38 расположен корпус всасывающего клапана 45, включающий клапанную пару: седло шарика 46 и шарик 47.
Снизу удлинительного ниппеля 38 расположена муфта 48, которая включает в себя корпус сбивного клапана 49, включающий сбивной элемент 50, кольцо 51. Снизу муфты 48 расположено седло нагнетательного клапана 52, сверху которого расположена клапанная пара, включающая седло 53 шарик 54.
Снизу седла клапана 52 располагается приемный фильтр 55.
Манжетные устройства 1 и 2 выполняют функцию защиты рабочей поверхности цилиндра от механических примесей.
Всасывающие и нагнетательные клапаны предназначены для перепускания пластовой жидкости из полости всасывания в полость нагнетания.
Приемные фильтры 32, 55 предназначены для частичной защиты насоса от всасываемых механических примесей - устанавливается в обязательном порядке на всех типах глубинных насосов.
Принцип работы насосов, приведенных на фиг. 5 и фиг. 6 такой же, как у стандартных глубинных штанговых насосов. Поэтому для демонстрации работы насоса приведем пример работы насоса 25-225 ТНМ1К (фиг. 5).
Принципиальная технологическая схема работы глубинных штанговых насосов заключается в изменении объема полости цилиндра 17 под плунжером 18 за один цикл дважды от минимума до максимума.
Соответственно, изменяется давление в закрытом пространстве цилиндра 17. В зависимости от величины давления будут открываться поочередно всасывающий 21 или нагнетательный клапан 29, перепуская пластовую жидкость в цилиндр 17, и нагнетая ее в НКТ.
Это достигается за счет перемещения плунжера 18, который совершает возвратно-поступательное движение - сверху вниз и обратно, внутри цилиндра 17. В первой половине цикла плунжер 18 начинает движение вниз до нижней мертвой точки в цилиндре 17 под весом части НКТ. При этом уменьшается пространство под плунжером 18, соответственно возрастет давление до максимума. Открывается нагнетательный клапан 29, и вес столба жидкости под своим давлением воспринимается всасывающим клапаном 21.
Во второй половине цикла, когда плунжер 18 поднимается вверх, происходит нагнетание (подъем) пластовой жидкости насосом. Одновременно открывается всасывающий клапан 21, идет заполнение полости цилиндра 18 пластовой жидкостью из затрубного пространства.
Одним из важных элементов в конструкции насосов с коротким цилиндром (фиг. 5), способствующим перекачиванию вязкой нефти, является устройство верхнее 1 и нижнее 2, которые выполняет функцию защиты от попадания механических примесей в рабочую полость цилиндра.
Во время возвратно-поступательного движения плунжера 18 через неподвижный цилиндр 17, на концах которого смонтировано верхнее 1 и нижнее 2 манжетные устройства с манжетами 6 происходит очистка плунжера 18 от механических примесей, что дает возможность значительно снизить вероятность их попадания в полость цилиндра.
Принцип работы муфт 10 и 11 (фиг. 6) состоит в том, что во время возвратно-поступательного движения плунжера 33, вызванного приводными элементами станка-качалки (на чертеже не показаны) производится очистка внутренней поверхности цилиндра 34.
Также, при эксплуатации старых НКТ, зачастую наблюдаются выпадения коррозионных отложений. Чтобы избежать попадания их в полость цилиндра, устанавливается верхняя муфта 10. Скользящее (с натягом) движение манжет 14 по внутренней поверхности цилиндра 34, производит очистку рабочей зоны цилиндра и обеспечивает защиту от попадания примесей из вне.
Положительным техническим эффектом от использования полезной модели является повышение эффективности защиты цилиндра и плунжера насоса от попадания механических примесей из нефти. Достижимый технический результат позволяет использовать насосы для скважин с высоким содержанием механических примесей превышающих 1,3 г/л, что является предельно допустимой рабочей нормой по содержанию механических примесей в перекачиваемой жидкости для обычных глубинных штанговых насосов.
Положительный эффект достигается за счет использования в типовых глубинных штанговых насосам манжетных устройств и/или муфт при этом решается проблема выноса и попадания в цилиндр механических примесей.
Устройство манжетное, установленное с обеих сторон цилиндра, способствует защите внутренней поверхности цилиндра от попадания механических примесей, парафиновых и солевых отложений, очистке плунжера, а также дополнительному уплотнению и центровке плунжера на входе-выходе в цилиндр.
Установка муфт на плунжер насосов дает возможность максимальной защиты внутренней поверхности цилиндра от механических примесей, что значительно увеличивает рабочий ресурс насоса (наработку) по сравнению с аналоговыми вариантами без соответствующей защиты.
К дополнительным техническим эффектам можно отнести возможность добычи высоковязкой нефти за счет оригинальной конструкции цилиндр-плунжер (фиг. 6), которая обеспечивает максимальный эффект самовсасывания (инжекции) водонефтяной эмульсии повышенной вязкости. Это обстоятельство способствует применению данных типов насосов даже на глубинах, превышающих 1500 м, при этом современные аналоги работают на высоковязкой нефти на глубинах до 1200 м.