СКВАЖИННЫЙ НАСОС
DEEP-WELL PUMP

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин.
Известен скважинный насос двойного действия, содержащий погружной электродвигатель с гидрозащитой, привод рабочего насоса, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, рабочий насос, состоящий из рабочего цилиндра, полого плунжера, соединенного со штоком, с установленным в нем нагнетательным клапаном. Полость над полым плунжером через всасывающий клапан соединена с затрубным кольцевым пространством, полость под полым плунжером соединена с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны охватывающей рабочий цилиндр. Перепускная магистраль соединена с выкидной линией насоса. Диаметр полого плунжера больше диаметра штока, рабочий цилиндр через муфту присоединен к последовательно соединенным корпусу уплотнительного узла и основанию привода рабочего насоса, шток привода рабочего насоса является штоком рабочего насоса и проходит внутри корпуса уплотнительного узла. Корпус уплотнительного узла содержит, как минимум, одно отверстие, соединяющее цилиндрическую поверхность штока привода рабочего насоса с затрубным пространством и расположенное на расстоянии от верхнего торца рабочей поверхности корпуса уплотнительного узла, обеспечивающем необходимый перепад давления между выкидной линией насоса и затрубным кольцевым пространством (по патенту RU 170784, кл. F04B 47/08, опубл. 11.05.17).
Недостатком данного насоса является пересечение каналов в нагнетательном и всасывающем клапанах, что приводит к повышенным гидравлическим потерям, что снижает эффективность насоса.
Наиболее близким техническим решением является скважинная насосная установка, включающая насосно-компрессорные трубы, плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем приводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе.
Плунжер выполнен полым и ступенчатым, нижняя ступень которого имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень, и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую полость, а цилиндр герметично заключен в кожух и снабжен переходной полостью, сообщающейся с надплунжерной полостью через перепускной клапан, а с полостью насосно-компрессорных труб - через нагнетательный клапан, причем переходная полость сообщается с кольцевой полостью по каналу, образованному между кожухом и цилиндром, и отверстиям, выполненным в нижней части цилиндра, а всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера (по патенту RU 2532475, кл. F04B 47/00, опубл. 10.11.14).
Недостатком данной установки является уплотнение нижней ступени плунжера, которое при работе в пластовой жидкости, содержащей механические примеси, быстро выйдет из строя. А также, сложность обеспечения соосности ступенчатого плунжера с цилиндром и поверхностью уплотнения, что может привести к заклиниванию насоса.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение ресурса установки.
Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является повышение надежности работы скважинного насоса и срока его эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что скважинный насос содержит погружной электродвигатель с гидрозащитой, привод рабочего насоса, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, рабочий насос, состоящий из корпуса, всасывающего, нагнетательного и перепускного клапанов, рабочего цилиндра, полого ступенчатого плунжера, нижняя ступень которого соединена со штоком и имеет диаметральный размер меньше, чем диаметральный размер верхней ступени, при этом под рабочим цилиндром расположен дополнительный цилиндр, внутри которого располагается нижняя ступень полого ступенчатого плунжера, а рабочий цилиндр не имеет жесткого крепления внутри корпуса.
Изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображен скважинный насос.
Скважинный насос (см. фиг. 1) содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2, привод рабочего насоса 3 и рабочий насос, состоящий из корпуса 4, всасывающего 5, нагнетательного 6 и перепускного 7 клапанов, рабочего цилиндра 8, полого ступенчатого плунжера 9, нижняя ступень которого располагается в дополнительном цилиндре 10 и соединена со штоком 11 (возможно как жесткое, так и шарнирное соединение).
В полом ступенчатом плунжере 9 выполнен канал 12, который через отверстия 13 связан с затрубным пространством, а через всасывающий клапан 5 - с надплунжерной всасывающей полостью 14.
Надплунжерная всасывающая полость 14 через перепускной клапан 7, отверстия 15 и 16, кольцевой канал 17, выполненный между корпусом 4 и рабочим цилиндром 8, связана с кольцевой нагнетательной полостью 18.
Кольцевая нагнетательная полость 18 образована между рабочим цилиндром 8 и нижней ступенью полого ступенчатого плунжера 9.
Насос в скважине крепится к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 19. Питание электродвигателя осуществляется по кабелю 20.
Скважинный насос работает следующим образом.
При спуске насоса в скважину пластовая жидкость под действием гидростатического давления пласта через отверстия 13, 15, 16, канал 12, клапаны 5 и 7 заполняет внутренние полости 14, 17, 18 насоса. Через нагнетательный клапан 6 пластовая жидкость поступает в колонну НКТ 19.
При включении погружного электродвигателя 1 его крутящий момент через кинематически связанную с ним гидрозащиту 2 передается на привод рабочего насоса 3, преобразующий вращательное движение электродвигателя 1 в возвратно-поступательное движение штока 11 привода рабочего насоса 3. Шток 11 приводит в движение полый ступенчатый плунжер 9.
При движении полого ступенчатого плунжера 9 вниз всасывающий клапан 5 открывается и пластовая жидкость через отверстия 13 и канал 12 поступает во всасывающую полость 14. Одновременно с этим пластовая жидкость из кольцевой нагнетательной полости 18 через отверстия 16 и 15, кольцевой канал 17, открывая нагнетательный клапан 6, поступает в колонну НКТ 19. При этом перепускной клапан 7 закрыт.
При движении полого ступенчатого плунжера 9 вверх всасывающий клапан 5 закрывается и часть пластовой жидкости через перепускной клапан 7, отверстия 16 и 15, кольцевой канал 17 поступает в нагнетательную полость 18, а другая часть - через нагнетательный клапан 6 в колонну НКТ 19. Объем жидкости, поданной в НКТ 19, равен разнице объемов всасывающей 14 и нагнетательной 18 полостей.
Цикл повторяется в течение работы насоса.
Использование в насосе дополнительного цилиндра 10, хоть и незначительно увеличивает осевой габарит насоса, зато многократно повышает его надежность, так как скорость износа цилиндра значительно меньше скорости износа уплотнения. Это позволяет насосу в течение долгого времени сохранять герметичность и эффективно качать пластовую жидкость из скважины.
Отсутствие жесткого крепления рабочего цилиндра 8 позволяет ему самоцентрироваться относительно полого ступенчатого плунжера 9, что исключает его заклинивание и повышает надежность работы насоса. Также, делает изготовление насоса более технологичным, так как отсутствуют жесткие требования по соосности ступеней плунжера 9.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, позволяют повысить надежность работы скважинного насоса и срок его эксплуатации.