СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
WELL SUCKER-ROD PUMP

Изобретение относится к производству скважинного оборудования, может быть использовано для добычи нефти с применением вставных штанговых насосов, в том числе для скважинной добычи нефти с повышенной вязкостью и с высоким содержанием механических примесей.
Известен скважинный насос по а.с. на изобретение №1100428, F04В 47/02, 1983. Насос содержит подвижный цилиндр, в котором размещен неподвижный полый плунжер с перепускным клапаном. Верхняя часть цилиндра заглушена, перепускной клапан выполнен в нижней части плунжера, к нижней части цилиндра подсоединена разделительно-компенсационная камера. Недостатком является замкнутое исполнение полости всасывания-нагнетания, которая образована верхней заглушенной частью цилиндра. Это приводит к вероятности скапливания в этой полости высоковязких продуктов и механических примесей, к возможному выходу из строя всасывающего и нагнета тельного клапанов, снижает надежность работы насоса при перекачивании высоковязких жидкостей.
Известен скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами по патенту РФ на изобретение №2201531, F04В 47/00, 2003. Цилиндр насоса выполнен подвижным и снабжен управляемым нагнетательным клапаном, насос снабжен подвижным и неподвижным плунжером. Неподвижный плунжер нижним концом соединен с полым штоком, верхним концом - с всасывающим клапаном. Недостатком является сложность конструкции, необходимость перепуска перекачиваемой нефти внутри полого штока неподвижного плунжера и через отверстия в корпусе всасывающего клапана. При повышенной вязкости продукта это может привести к забиванию внутреннего канала штока и к выходу из строя штангового насоса.
В качестве ближайшего аналога к заявляемому техническому решению выбран патент РФ на изобретение №2321772, F04В 47/02, 2008. Скважинный штанговый насос содержит неподвижный цилиндр, дополнительный подвижный цилиндр и неподвижный плунжер. В верхней части подвижного цилиндра установлен нагнетательный клапан, корпус которого соединен со штоком. В верхней части подвижного цилиндра размешен нагнетательный клапан. Плунжер выполнен полым и соединен снизу с приемным полым патрубком с образованием кольцевой разрядной камеры. Недостатком является возможное попадание механических частиц между подвижным цилиндром и неподвижным плунжером или между подвижным цилиндром и приемным полым патрубком, что снижает надежность работы насоса. Кроме того, возможны отказы в работе нагнетательного клапана, открывающегося под действием давления скважинной жидкости при перекачивании высоковязких сред.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик устройства.
Технический результат заключается в повышении надежности работы скважинкою штангового насоса.
Технический результат достигается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр, плунжер, шток, в верхней части плунжера установлен всасывающий клапан, в верхней части цилиндра размещен нагнетательный клапан, согласно изобретению цилиндр выполнен подвижным, плунжер выполнен неподвижным, запорный элемент всасывающего клапана связан с подвижным цилиндром, выполнен с участком сферической поверхности и закреплен на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках, запорный элемент нагнетательного клапана установлен на штоке.
Технический результат обеспечивается тем, что цилиндр выполнен подвижным, плунжер выполнен неподвижным. При каждом ходе цилиндра вверх открывается наружная поверхность неподвижного плунжера, которая омывается скважинной жидкостью. В результате происходит очистка поверхности плунжера от механических частиц, которые могут вызвать заклинивание цилиндра. В ближайшем аналоге движение омывающей скважинной жидкости в разрядной камере затруднено. Запорный элемент всасывающего клапана выполнен в виде полусферы или с контактным участком сферической поверхности и закреплен на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках. Запорный элемент всасывающего клапана связан с подвижным цилиндром. За счет движения подвижного цилиндра движется запорный элемент клапана. Запорный элемент всасывающего клапана движется по направляющей, поэтому при каждом открытии клапана на него действуют силы трения между стенками стержня и направляющих втулок и силы инерции направленного движения, возможная величина открытия клапана определяется длиной стержня. Это позволяет увеличить проходное сечение и улучшить динамику потока вязкой жидкости. Кроме того, направленное движение запорного элемента всасывающего клапана исключает его хаотичные удары о седло, снижая риск его повреждения и увеличивая срок службы клапана и насоса в целом. Увеличение проходного сечения всасывающего клапана позволяет закачать больший объем скважинного продукта в приемную камеру насоса при перекачивании высоковязкой нефти. Повышение надежности работы насоса достигается и за счет принудительного открытия нагнетательного клапана. Запорный элемент нагнетательного клапана установлен на штоке насоса, а седло клапана поджато к корпусу направляющей клетки штока. Это позволяет совершать принудительное открытие нагнетательного клапана под воздействием перемещения штока, а не под воздействием давления высоковязкой жидкости, находящейся в приемной камере.
На чертеже представлен общий вид скважинного штангового насоса.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1, плунжер 2, всасывающий клапан 3, приемную камеру 4, нагнетательный клапан 5, нагнетательную камеру 6, шток 7, направляющую клетку 8 штока 7 с отверстиями 9. Всасывающий клапан 3 содержит полусферический запорный элемент 10, закрепленный на стержне 11, и седло 12. Запорный элемент 10 всасывающего клапана 3 через контактную втулку 16 соединен с внутренней поверхностью подвижного цилиндра. Стержень 11 установлен в направляющих втулках 13. Нагнетательный клапан 5 содержит полусферический запорный элемент 14, установленный на штоке 7, и седло 15, поджатое к направляющей клетке 8 штока 7. Приемная камера 4 ограничена всасывающим клапаном 3, внутренней поверхностью цилиндра 1 и нагнетательным клапаном 5. Нагнетательная камера 6 ограничена внутренней поверхностью направляющей клетки 8, нагнетательным клапаном 5 и штоком 7.
Скважинный штанговый насос работает следующим образом.
После спуска скважинного штангового насоса в скважину на колонне насосных штанг осуществляют возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг, что вызывает возвратно-поступательное перемещение цилиндра 1. При ходе подвижного цилиндра 1 вверх стержень 11 с запорным элементом 10 всасывающего клапана 3 перемещается в направляющих втулках 13. Это происходит за счет того, что контактная втулка 16 клапанного узла всасывающего клапана 3 скреплена с подвижным цилиндром 1, т.е. за счет того что запорный элемент 10 всасывающего клапана 3 связан с подвижным цилиндром 1. Запорный элемент 10 может быть выполнен в виде полусферы или содержать участок сферической поверхности, контактирующий с седлом 12. Открывается всасывающий клапан 3, расположенный в верхней части неподвижного плунжера 2. Скважинная жидкость с газом попадает в приемную камеру 4. При ходе подвижного цилиндра 1 вниз всасывающий клапан 3 закрывается. Запорный элемент 14 нагнетательного клапана 5 перемешается под действием направленного движения штока 7, в результате чего принудительно открывается нагнетательный клапан 5. Принудительное открытие всасывающего и нагнетательного клапанов повышает надежность работы насоса. Скважинная вязкая жидкость поступает в нагнетательную камеру 6. При следующем ходе вверх подвижного цилиндра 1 нагнетательный клапан 5 закрывается, скважинная жидкость из нагнетательной камеры 6 поступает в трубу насосно-компрессорных труб через отверстия 9 направляющей клетки 8 штока 7.
Заявляемое изобретение позволяет повысить надежность работы скважинного штангового насоса.