СКВАЖИННЫЙ НАСОС
WELL PUMP

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин с высоким содержанием механических примесей и песка.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр и установленный в нем с образованием кольцевого зазора полый плунжер, в теле плунжера выполнены отверстия для соединения полости внутри плунжера и соответственно зоны нагнетания насоса с зазором между стенками цилиндра и плунжером (патент РФ №2295651, М.Кл. F04B 47/00, опубл. 20.03.2007).
Недостатками этого скважинного штангового насоса является то, что прорезанные в плунжере сквозные отверстия будут забиваться мелким песком и другими механическими примесями, содержащимися в откачиваемой жидкости, что приведет к попаданию механических примесей и мелкого песка в зазор плунжер - цилиндр и может привести к заклиниванию плунжера в цилиндре или к повышенному износу пары плунжер - цилиндр.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, размещенный в цилиндре полый цилиндрический плунжер, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан. Уплотнительное устройство размещено между цилиндром и плунжером и выполнено в виде замкнутой полости заполненной маслом и образованной боковой поверхностью плунжера и кольцевыми выступами, выполненными на внутренней поверхности цилиндра, расположенными в средней части цилиндра и снабженными уплотнительными кольцами, взаимодействующими с боковой цилиндрической поверхностью плунжера. Замкнутая полость сообщена посредством канала с масляным баком, установленным выше цилиндра, а длина плунжера равна или больше суммы длин замкнутой полости и максимального хода плунжера (патент РФ №2369775, М.Кл. F04B 47/00, опубл. 10.10.2009, бюл. №28).
Этот скважинный штанговый насос является сложным в изготовлении. Между плунжером и уплотнительными кольцами имеется зазор, который со временем будет увеличиваться из-за механического износа, через который масло будет вытекать в откачиваемую жидкость, т.к. плотность масла меньше плотности перекачиваемой жидкости, а в полосте заполненной маслом будет собираться и уплотняться песок, что может привести к заклиниванию плунжера.
По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому насосу является скважинный насос (пат. US №6543543, Е21В 43/12 Prior Publication Data US 2002/0066572 Al Jun. 6, 2002), содержащий отклонитель потока, тягу, соединительную муфту, цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном. Во внутренней полости плунжера установлена соединительная муфта, ниже верхнего заостренного края, соединенная с тягой. Тяга через отклонитель потока соединена со штанговой колонной. К нижней части цилиндра присоединен нагнетательный клапан. В процессе работы, при ходе плунжера вверх, стенки плунжера распираются в стороны под действием веса жидкости, находящейся над соединительной муфтой, что приводит к уменьшению зазора между плунжером и цилиндром, и препятствует попаданию механических примесей в зазор, предотвращая заклинивание плунжера в цилиндре. При ходе плунжера вниз отклонитель потока отстраняет механические примеси, находящиеся в потоке жидкости над плунжером, в центр потока, и вместе с заостренными верхними краями плунжера предотвращает попадание механических примесей в зазор между стенками плунжера и цилиндра.
Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность скважинного насоса за счет увеличения зазора между плунжером и цилиндром при ходе плунжера вниз. Механические примеси, находясь в турбулентном потоке скважинной жидкости, при ходе плунжера вниз попадают в зазор между плунжером и цилиндром, а при последующем ходе вверх - могут заклинить плунжер в цилиндре. Отклонитель потока не может эффективно предотвращать попадание механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром в условиях турбулентного потока.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы скважинного насоса за счет предотвращения попадания механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром благодаря плотному прижатию стенок плунжера к стенкам цилиндра.
Анализ технических решений, проведенный для оценки изобретательского уровня, показал, что существует конструкция скважинного штангового насоса (A.M.Пирвердян, Ан.Н.Адонин «Вопросы гидравлики и работоспособности глубинного насоса». - Баку: «Азнефтеиздат», 1955 г., с.25), состоящего из пары плунжер-цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами, отличающийся конструкцией плунжера, имеющего на своей поверхности канавку прямоугольного или треугольного профиля, нарезанную по винтовой линии по всей длине плунжера. При ходе плунжера вверх жидкость под разностью давлений по его концам просачивается через винтовой канал, увлекая за собой песок. Таким образом, износ трущихся поверхностей такого насоса должен быть меньше.
Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, соединительную муфту, снабженную наружным кольцевым выступом с коническими поверхностями. Соединительная муфта расположена во внутренней полости плунжера, ниже заостренного конца плунжера, и закреплена между упорным кольцом и гайкой, при этом верхняя коническая поверхность соединительной муфты сопрягается с конической поверхностью упорного кольца, а ее нижняя коническая поверхность опирается на гайку.
Конструкция штангового насоса поясняется чертежами, где:
- на фигуре 1 - конструкция в положении перемещение плунжера вверх;
- на фигуре 2 - конструкция в положении перемещения плунжера вниз.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 и размещенный в цилиндре 1 плунжер 3. Во внутренней полости плунжера 3 ниже верхнего его заостренного конца 4 установлена соединительная муфта 5 снабжена наружным кольцевым выступом 6, выполненным с верхней 7 и нижней 8 коническими поверхностями. Соединительная муфта 5 снабжена кольцевым выступом 6 расположенным между упорным кольцом 9 и гайкой 10. Верхняя коническая поверхность 7 кольцевого выступа 6 прижимается к упорному кольцу 9, а нижняя коническая поверхность 8 кольцевого выступа 6 прижимается к гайке 10. Снизу к соединительной муфте 5 крепится клетка клапана 11, содержащая нагнетательный клапан 12. Плунжер 3 содержит внутреннюю полость 13 и делит полость цилиндра 1 на всасывающую полость 14 и нагнетательную 15. Соединительная муфта 5 соединяет плунжер 3 с колонной насосных штанг 16.
Заявляемый насос работает следующим образом: после спуска насоса в скважину (не показана) его узлы занимают положение, показанное на фигуре 2.
После включения привода насоса колонна штанг 16 с соединительной муфтой 5, снабженной наружным кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12, поднимаются вверх. Нагнетательный клапан 12 закрыт. Всасывающий клапан 2 цилиндра 1 открывается и жидкость, содержащая механические примеси, заполняет объем всасывающей полости 14. Под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12 стенки плунжера 3 распираются в стороны, а верхняя коническая поверхность 7 кольцевого выступа 6 оказывает давление на упорное кольцо 9, которое дополнительно прижимает стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1, что способствует еще большему уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1 и препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунжером 3. При ходе колонны штанг 16 с соединительной муфтой 5 с кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12 вниз всасывающий клапан 2 закрывается, а нагнетательный клапан 12 открывается, и жидкость из всасывающей полости 14 вытесняется в полость 13 плунжера 3 и далее в нагнетательную полость 15 цилиндра 1.
Под действием веса колонны штанг 16 нижняя коническая поверхность 8 кольцевого выступа 6 оказывает давление на гайку 10 и прижимает ее к стенке цилиндра 1, способствуя уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1, что препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунжером 3 и исключает заклинивание плунжера 3 в цилиндре 1.
Верхний конец плунжера 3 сделан заостренным для уменьшения вероятностей оседания механических частиц на торце при остановке скважинного насоса и исключения их попаданий в зазор между плунжером 3 и цилиндром 1 при запусках скважинного штангового насоса.
Соединительная муфта 5 не имеет жесткого соединения со стенкой плунжера 3, что позволяет прижимать стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1 под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12, при ходе скважинного штангового насоса вверх и под действием веса колонны штанг 16 при ходе скважинного штангового насоса вниз.