КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ СКВАЖИННОГО НАСОСА СО ШЛАМОУЛОВИТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно, к клапанным механизмам скважинных электроцентробежных насосов. Установка позволяет надежно удерживать жидкость в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) после остановки насоса, а также предотвращать засорение установки механическими примесями при подъеме добываемой жидкости и при остановке насоса.
Известна скважинная насосная установка со шламоуловителем, предназначенная для облегчения запуска насоса и предотвращения засорения его верхних ступеней механическими примесями, оседающими из НКТ при остановке насоса, (патент РФ №2135836, кл. F 04 D 13/10, дата публ. 27.08.1999 г.), содержащая секции электродвигателя и многоступенчатого центробежного насоса, соединенные последовательно
и размещенные в скважине посредством напорного трубопровода, между секциями которого размещен узел сливного клапана, а между выкидом насоса и напорным трубопроводом установлен шламоуловитель, содержащий ловильную головку, корпус и основание, на котором закреплен нагнетательный патрубок с компенсатором радиальных перемещений и обратным клапаном в виде седла и запорного элемента в виде конуса, переходящего в цилиндр со стержнем.
Недостатком данной конструкции является то, что предотвращение отложений механических примесей происходит только при остановке работы насоса, а в процессе работы мехпримеси уносятся в выкидную линию. Кроме того, после запуска установки, осевшие в процессе отключения работы насоса мехпримеси, после открытия клапана, попадают вместе с перекачиваемой жидкостью в рабочие элементы конструкции, приводя к нестабильной работе клапанной пары, и как следствие, увеличивая вероятность попадания уже поступившей из пласта жидкости обратно в полость насоса.
Известен клапанный механизм скважинного насоса для перекачивания жидкости с механическими примесями (свидетельство SU 1125409, кл. F 04 B 15/02, от 21.07.1983 г.), включающий корпус, размещенный в нем с образованием кольцевого зазора стакан с отверстиями, который посредством перегородки связан с корпусом, и обратный клапан, расположенный под стаканом, причем полость, расположенная над обратным клапаном, сообщена с полостью колонны насосных труб через кольцевой зазор и отверстия в стакане, при этом перегородка выполнена глухой и расположена в верхней части стакана, а отверстия выполнены в стенке стакана под перегородкой, причем оси отверстий направлены к днищу стакана.
Недостатком указанного клапанного механизма является то, что конструкция не обеспечивает полный вынос механических примесей из
рабочей зоны обратного клапана, что приводит к снижению надежности в работе насоса, заключающейся в том, что при остановке насоса, вся жидкость, находящаяся в НКТ выше клапанного механизма, через засоренный обратный клапан уходит обратно в пласт и при последующем включении насоса требуется его длительная (1,5-2 часа) непроизводительная работа для заполнения НКТ добываемой жидкостью. Кроме того, в случае замены клапанной пары, конструкция сложна в демонтаже при замене запорного элемента при устранении собравшегося в стакане шлама, так как перезаполнение стакана может привести к повторному выносу отложившихся в нем мехпримесей в поток добываемой жидкости, что влечет дополнительные энергозатраты и приводит к снижению дебита скважины.
1
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является клапанный механизм скважинного насоса (свидетельство РФ №9497 U, кл. F 04 D 15/0, Е 21 В 34/06, от 1999 г.), содержащий корпус, размещенную в нем с образованием кольцевого зазора полую цилиндрическую втулку с боковыми отверстиями, обратный клапан, выполненный в виде размещенного над седлом шара и установленный под втулкой, при этом внутреннее пространство в верхней части цилиндрической втулки герметично перекрыто диском, а между диском и шаром обратного клапана во внутренней полости втулки установлен с возможностью осевого перемещения подпружиненный элемент с центрирующим узлом в нижней части, при этом внутренняя полость втулки сообщена с полостью НКТ через выкидной патрубок со сквозными отверстиями.
Недостатком данной полезной модели является то, что при спуске оборудования в скважину, во входное отверстие промывочно-сливного канала вместе с жидкостью поступает и всевозможный мусор, который, попадая на верхнюю посадочную часть седла промывочного
клапана служит причиной негерметичности (до 2-5%), ухода жидкости в затрубное пространство при работе насоса, и вызывает необходимость повторного подъема оборудования, что вызвано отсутствием в конструкции кармана шламоуловителя. Кроме того, выкидной патрубок со сквозными отверстиями на выкиде не исключает попадание песка и мехпримесей обратно в полость насоса при остановке и работе насоса, забивая полость и рабочие элементы насоса, в том числе клапанную пару шарик-седло, что приводит к остановке насоса и необходимости проведения ремонтных работ.
Техническим результатом данного устройства является повышение эксплуатационной надежности установки и долговечности при работе насоса и при его отключении.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый клапанный механизм скважинного насоса со шламоуловителем дополнительно содержит отсекатель, установленный соосно над корпусом насоса между выкидным патрубком и колонной НКТ, имеющий форму цилиндра и два внутренних центральных несквозных канала с обоих торцев, при этом один из них, сообщающийся с внутренним каналом выкидного патрубка, имеет цилиндрическую форму, в стенках которого, выше его резьбового соединения с патрубком, под углом не более 50 градусов к центральной оси отсекателя, симметрично расположены два эллипсовидных отверстия. Второе несквозное отверстие, расположенное с другого торца отсекателя, имеет центральный несквозной канал переменного сечения, сообщающийся с полостью НКТ, образующая входной конической части внутренней поверхности которого расположена под углом 30 градусов к центральной оси отсекателя, а другая часть канала переменного сечения выполнена цилиндрической, причем в стенках цилиндрической части, симметрично друг другу, имеются два
наклонных эллипсовидных отверстия, стенки которых расположены под углом не более 50 градусов к центральной оси отсекателя. Образующие обеих пар сквозных наклонных отверстий расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях на разных уровнях, что исключает попадание мехпримесей в выкидной патрубок при остановке насоса.
Указанный технический результат достигается также и тем, что наружная поверхность отсекателя, выкидного патрубка и внутренняя поверхность корпуса шламоуловителя образуют приемную камеру шламоуловителя, объем которой можно регулировать в соответствии с количеством находящихся в перекачиваемой жидкости мехпримесей посредством подбора длины выкидного патрубка и корпуса шламоуловителя.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схемой общего вида (Фиг.1) и схемой отсекателя (Фиг.2).
Клапанный механизм скважинного насоса со шламоуловителем (Фиг.1) включает корпус 1 клапанного механизма, корпус 2 шламоуловителя, соединенные друг с другом резьбовым соединением посредством переходной муфты 3 с внутренней резьбой. Внутри корпуса 1 клапанного механизма, концентрично, с образованием кольцевого зазора, размещена цилиндрическая втулка 4, имеющая боковые продольные отверстия почти по всей ее длине, при этом внутри нижней части втулки 4 размещен обратный клапан 5, выполненный в виде размещенного в седле шара. Осевое перемещение шара вверх регулируется расположенным над ним и поджатым сверху пружиной 6 центратором, обеспечивающим гарантированную и точную посадку шарика в седло. Верхняя часть пружины 6 жестко фиксируется на диске 7, установленном перпендикулярно оси установки, герметично разделяющим пространство внутри цилиндрической втулки 4 в ее верхней части. На обоих концах внутренней поверхности втулки 4
выполнены поперечные резьбовые насечки, предназначенные для измельчения крупных фракций механических примесей, находящихся в потоке добываемой жидкости.
Корпус 1 клапанного механизма посредством кольцевой втулки 8, имеющей наружную и внутреннюю резьбу, соединен с выкидным патрубком 9, к другому концу которого по наружной поверхности навинчен отсекатель 10 (Фиг.2). Отсекатель 10 имеет два внутренних центральных несквозных канала с обоих торцев, при этом один из каналов, сообщающийся с внутренним каналом выкидного патрубка 9, имеет цилиндрическую форму, в стенках которого, выше соединения его резьбового соединения с патрубком 9, под углом не более 50 градусов к центральной оси отсекателя 10, симметрично расположены два наклонных эллипсовидных отверстия 11. Второе центральное несквозное отверстие, расположенное с другого торца отсекателя 10, имеет канал переменного сечения, образующая входной конической части внутренней поверхности которого расположена под углом 30 градусов к центральной оси установки, а другая часть выполнена цилиндрической, причем в стенках цилиндрической части симметрично друг другу имеются два наклонных эллипсовидных отверстия 12, стенки которых расположены под углом не более 50 градусов к центральной оси отсекателя 10. Образующие обеих пар сквозных наклонных отверстий расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях на разных уровнях, что исключает попадание мехпримесей в выкидной патрубок при остановке насоса. Наружная поверхность отсекателя 10, выкидного патрубка 9 и внутренняя поверхность корпуса шламоуловителя 2 образуют приемную камеру 13 шламоуловителя.
Клапанный механизм скважинного насоса со шламоуловителем работает следующим образом. После включения насоса, поток добываемой жидкости, преодолевая сопротивление пружины 6 и
поджимая ее к диску 7, поднимает шар обратного клапана 5, поднимаясь выше нижнего уровня продольных боковых отверстий цилиндрической втулки 4, поступает в ее нижнюю часть, проходя вдоль внутренней нижней поперечной резьбовой насечки, далее в кольцевой зазор между втулкой 4 и корпусом 1 клапанного механизма, проходит через верхнюю часть продольных боковых отверстий и далее поступает в верхнюю часть втулки 4, расположенную над диском 7, проходя вдоль внутренней верхней поперечной резьбовой насечки. Поднимаясь по внутреннему каналу выкидного патрубка 9, восходящий поток входит в сообщающийся с ним внутренний несквозной канал отсекателя 10, меняет направление и под наклонным углом выходит через два эллипсовидных окна 11 в кольцевой зазор приемной камеры 13 шламоуловителя. Находящийся в добываемой жидкости шлам в виде песка, окалины, цементной крошки, имеющий плотность в 3-4 раза большую чем добываемая жидкость, ударяется вместе с потоком о внутреннюю стенку корпуса шламоуловителя 2, при этом скорость движения мехпримесей в жидкости снижается, и они осаждаются вниз в полость приемного кармана 13 шламоуловителя. Поднимающаяся далее кверху жидкость, частично освободившаяся от мехпримесей, проходя по верхней части кольцевого канала между внутренней поверхностью корпуса 2 шламоуловителя и наружной поверхностью отсекателя 10, поступает далее на выкид в НКТ.
При остановке насоса, обратный клапан 5 под действием пружины 6, перекрывает клапанной парой шарик-седло путь обратно уже поступившей в клапанный механизм скважинного насоса добываемой жидкости из колонны НКТ в затрубное пространство через насос. Песок и другие мехпримеси, находящиеся в стационарном столбе жидкости выше отсекателя 10 на выкиде из НКТ, осаждаются в сообщающийся с внутренним каналом НКТ верхний несквозной канал отсекателя 10 и
далее по двум наклонным эллипсовидным отверстиям 12, соединяющим полость шламоуловителя и полость НКТ, спускаются и скапливаются в приемной камере 13 шламоуловителя.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает долговечность работы УЭЦН за счет повышения эксплуатационной надежности клапанного механизма скважинных электроцентробежных насосов, позволяющей гарантированно удерживать жидкость в колонне НКТ после остановки насоса, а также предотвращать засорение установки механическими примесями при подъеме добываемой жидкости и при остановке насоса, что приводит к увеличению срока стабильной работы оборудования, увеличению межремонтного и межочистного периодов, уменьшению стоимости ремонтных работ на скважине, и в результате, сокращению эксплуатационных затрат на добычу нефти.