RU11845U1 - Глубинный штанговый насос - Google Patents

Abstract

Глубинный штанговый насос, содержащий жестко связанные между собой верхний и нижний цилиндры, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные друг с другом посредством общего штока полые плунжеры, закрепленные на колонне насосных штанг, кольцевую и рабочую полости, а также всасывающий клапан, установленный на приеме насоса, и нагнетательный клапан, установленный в верхнем плунжере, отличающийся тем, что верхний и нижний цилиндры выполнены одинакового диаметра и соединены торцами без зазора в единый цилиндр, и оба плунжера выполнены одинакового диаметра, шток, связывающий жестко плунжеры друг с другом, выполнен в виде сплошного стержня и длина его выполнена больше длины каждого из плунжеров, нижний плунжер снабжен установленным в его верхней части тарельчатым клапаном в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью, при этом запорный элемент жестко соединен с нижним концом штока, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером, причем на наружной поверхности обоих плунжеров закреплены с возможностью раскрытия полиамидные насадки.

Description

ГЛУБИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС

Нолезная модель относится к технике добычи нефти, в частности, к штанговым глубинным насосам, и предназначается к использованию при откачке из скважин нефти с большим газовым фактором, стойких эмульсий.

Известен традиционный скважинный насос для откачки жидкости из скважины, содержаш,ий цилиндр с всасывающим клапаном, размещенный в цилиндре полый плунжер со штоком и нагнетательным клапаном ( см. Н.Н.Ловрушко . Нодземный ремонт скважин. М., Госкомиздат, 1961 г., с. 76-77, рис. 55).

Недостатком известного насоса является низкий коэффициент заполнения насоса при откачке пластовых газированных жидкостей, уменьшающий его производительность. Это объясняется тем, что при ходе плунжера вверх в цилиндр насоса через всасывающий клапан поступает газолшдкостная смесь, при этом под плунжером насоса образуется газовая шапка из выделившегося из жидкости газа.

Нри ходе плунжера вниз нагнетательный клапан удерживается в закрытом состоянии гидростатическим давлением столба жидкости. Имеющийся под плунжером газ сжимается, и плунжер проходит значительную часть рабочего хода с закрытым нагнетательным клапаном. В результате при ходе плунжера вверх величина полезного хода плунжера уменьшается, уменьшается объем забираемой жидкости.

Нри последующих ходах из-за наличия газовой шапки может наступить момент, когда плунжер при ходе вниз проходит весь рабочий ход с закрытым нагнетательным клапаном, а при ходе вверх давление

МПК F 04В 47/02

сжатого газа под плунжером не позволит открыться всасывающему клапану, т.е. оба клапана остаются в закрытом положении. Как следствие подача насоса прекращается.

Известен глубинный щтанговый насос для откачки высокогазированных жидкостей, содержащий верхний и нижний цилиндры разного диаметра, жестко связанные соединительной трубой, и размещенные в них полые плунжеры, жестко соединенные полым щтоком, кольцевую полость, образованную между полым щтоком и соединительной трубой, и рабочую полость. В нижнем цилиндре, на приеме насоса, установлен шариковый всасывающий клапан, а щариковый нагнетательный клапан выполнен в верхнем плунжере. С целью устранения вредного влияния газовой щапки на работу насоса в известном устройстве соединительная труба выполнена с возможностью сообщения кольцевой полости с затрубным пространством при ходе плунжеров вниз, в результате чего выделившийся из откачиваемой эмульсии свободный газ вытесняется в затрубное пространство (см. авт. свид. СССР № 590482, кл. F 04 В 47/02 от 1976 г.).

Однако известный насос имеет недостаточную эффективность работы нри откачке высокогазированных жидкостей, т.к., во-первых, не используется для подъема жидкости по колонне насосно-комрессорных труб (НКТ) энергия газа, выделивщегося из жидкости в цилиндр насоса; во-вторых, из-за небольщого объема кольцевой полости не обеспечивается замещение объема выделивщегося из жидкости газа тем же объемом жидкости, что снижает коэффициент подачи насоса, а, следовательно, и производительность, что особенно проявляется при откачке жидкостей с высоким газовым фактором; в-третьих, из-за наличия узлов.

предназначенных для сообщения рабочей нолости с кольцевой, а кольцевой полости - с затрубным пространством, устройство сложное и ненадежное в эксплуатации.

Целью полезной модели является повышение эффективности работы насоса путем повышения производительности и надежности за счет использования энергии газа, выделившегося из откачиваемой жидкости, для подъема жидкости по НКТ, при одновременном упрошении устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном глубинном штанговом насосе, содержащем жестко связанные между собой верхний и нижний цилиндры, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные друг с другом посредством обшего штока два полых плунжера, закрепленных на колонне насосных штанг, кольцевую и рабочую полости, а также всасываюший клапан, установленный на приеме насоса, и нагнетательный клапан, установленный в верхнем плунжере, новым является то, что верхний и нижний цилиндры выполнены одинакового диаметра и соединены торцами без зазора в единый цилиндр, и оба плунжера выполнены одинакового диаметра, шток, связывающий жестко плунл еры друг с другом, выполнен в виде сплошного стержня и длина его выполнена больше длины каждого из плунжеров, нижний плунжер снабжен установленным в его верхней части тарельчатым клапаном в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью, при этом запорный элемент жестко соединен с нижним концом штока, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером, причем на наружной поверхности обоих плунжеров закреплены с возможностью раскрытия полиамидные насадки.

Благодаря тому, что цилиндр насоса выполнен но всей длине одного диаметра и оба плунжера насоса выполнены с одинаковыми диаметрами, при этом длина пггока, связывающего жестко оба плунжера, выполнена больше длины каждого из плунжеров, появилась возможность сформировать кольцевую полость между штоком, цилиндром и торцами плунжеров, которая выполняла бы функцию дополнительной камеры всасывания, такого объема, который бы гарантировал полное замещение объема газа, выделившегося из жидкости в рабочей нолости, на такой же объем жидкости, что позволит исключить вредное влияние газовой шапки па работу насоса и повысить коэффициент наполнения рабочей полости жидкостью.

Благодаря тому, что нижний плунжер насоса снабжен установленным в его верхней части клапаном, запорный элемент которого жестко связан с нижним концом штока, а верхний конец штока жестко закреплен на верхнем плунжере, при этом в зт азанном клапапе взаимодействие запорпого элемента и седла происходит по копическим поверхностям, обеспечивается, во-первых, надежная работа клапана, как при ходе колонны насосных штанг вверх, так и вниз, и, во-вторых, обеспечивается надежное сообщение (и разобщение) рабочей полости с кольцевой полостью.

Выполнение на наружной поверхности плунжеров полиамидных насадок, раскрывающихся под давлепием, позволяет обеспечить сопротивление перемещению плунжера, а также защитить насос от механического повреждения от пропапта, используемого предварительно для гидроразрыва пласта.

Предложенное конструктивное вынолнение насоса позволило отделить газовую шапку, перевести ее во вспомогательную (кольцевую) полость, а затем выпустить ее при открытии нагнетательного клапапа через

полый верхний плунжер в НКТ, заставив газ при этом работать по подъему жидкости по колонне НКТ.

На чертеже изображен предлагаемый насос, общий вид.

Глубинный штанговый насос содержит размещенный в колонне НКТ 1 цилиндр 2 насоса, верхний 3 и нижний 4 полые плунжеры одинакового диаметра, всасывающий 5, нагнетательный 6 и тарельчатый 7 клапаны. Полые плунжеры 3 и 4 жестко соединены друг с другом посредством общего штока 8, выполненного в виде сплошного стержня, при этом верхний плунжер 3 жестко закреплен на колонне насосных штанг 9. Между штоком 8 и внутренней поверхностью цилиндра 2 образована кольцевая полость 10, выполняющая функцию дополнительной камеры всасывания, а рабочая полость 11 образована под нижним полым плунжером 4. В верхней части плунжера 4 установлен тарельчатый клапан 7, имеющий коническое седло 12 и запорный элемент 13, коническая поверхность которого взаимодействует с конической поверхностью седла 12. Запорный элемент 13 клапана 7 жестко соединен с нижним концом штока 8, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером 3. При этом длина штока 8 выполнена больше длины каждого из плунжеров 3 и 4, а сами плунжеры 3 и 4 выполнены укороченными. Всасывающий клапан 5 установлен на приеме насоса и выполнен шариковым, а нагнетательный клапан 6 установлен в верхнем плунжере 3 и также выполнен шариковым. Снаружи на плунжерах 3 и 4 закреплены полиамидные насадки 14 с возможностью раскрытия под давлением.

Насос работает следующим образом.

В исходном состоянии шариковый нагнетательный клапан 6 удерживается в закрытом состоянии гидростатическим давлением столба жидкости в НКТ. Тарельчатый клапан 7 закрыт весом плунжера 4 и давлением в кольцевой полости 10. Всасывающий клапан 5 закрыт. Под

нижним плунжером 4 находится откачиваемая нефтяная эмульсия с выделившимся из нее газом в виде газовой шапки.

В начале хода колонны насосных штанг 9 и вместе с ней гидравлически нагруженного верхнего плунжера 3 и штока 8 вниз, нижний плунжер 4 остается неподвижным и зависает относительно цилиндра 2 насоса, т.к. перемещению препятствуют силы сопротивления: под давлением раскрываются полиамидные насадки 14 на плунжерах 3 и 4 и прочно прижимаются к стенкам цилиндра 2. Вследствие этого шток 8, перемеш;аясь, сдвигает запорный орган 13 тарельчатого клапана 7 из седла 12, и тарельчатый клапан 7 открывается на мм; происходит выравнивание давлений в кольцевой полости 10 и рабочей полости 11. К этому моменту под нижним плунжером 4 насоса уже образовалась газовая шапка из выделившегося из находящейся в подплунжерпом пространстве жидкости газа, и газ через клапан 7 вытесняется в кольцевз) полость 10, а освободившийся от газовой шапки объем подплунжерного пространства плунжера 4 заполнится жидкостью, вытеснешюй газом из кольцевой полости 10. Поэтому под нижним плунжером 4 нефть будет без газовой шапки. При этом давление жидкости в ПКТ 1 продолжает удерживать нагнетательный клапан 6 закрытым. При дальнейшем движении верхнего плунжера 3 вниз в кольцевой полости 10 происходит сжатие газовой шапки в объеме одного хода, которое не влияет на рабочий ход нижнего плунжера 4, так как находится над плунжером 4. При сжатии газа в кольцевой полости 10 под нижним плз жером 4 и в указанной полости 10 создается давление, превышающее гидростатическое давление столба жидкости в НКТ 1, в результате чего нагнетательный клапан 6 открывается, и газовая шапка из кольцевой полости 10 и жидкость из-под плунжера 4 вырываются в ПКТ 1, энергия вырвавшегося газа используется для подъема добываемой жидкости по ПКТ 1.

При движении колонны насосных штанг 9 вверх верхний плунжер 3 и шток 8 также перемеш:аются вверх, в результате запорный элемент 13 клапана 7 садится в седло 12, разобш;ая тем самым кольцевую полость 10 и рабочую полость 11. Закрывается и нагнетательный клапан 6 в верхнем плунжере 3. В кольцевой 10 и рабочей 11 полостях создается разрежение, вследствие чего всасываюш;ий клапан 5 открывается, и в рабочую полость 11 поступает откачиваемая газожидкостная эмульсия на полную длину рабочего хода. Выделившийся из эмульсии свободный газ собирается вверху до следуюш:его цикла, образуя газовую шапку в подплунжерной полости плунжера 4 над отсепарированной жидкостью в рабочей полости И.

Таким образом, использование кольцевой полости 10 как дополнительной камеры всасывания для замеш;ения жидкости на газовую шапку, позволило обеспечить заполнение рабочей полости 11 только отсепарированной жидкостью. Следовательно, возрастает коэффициент наполнения рабочей полости насоса, что приводит к увеличению производительности насоса. При этом использование энергии газовой шапки для проталкивания добываемой жидкости по ПКТ дополнительно увеличивает эффективность работы насоса.

Устройство конструктивно простое и надежное в эксплуатации, а использование удлиненного штока позволило выполнить плунжеры укороченными при стандартной длине цилиндра насоса. Зав. сектором патентнолицензионной работы ОАО ПермНИПИнефть /Ши Т.А.Юшкина

Claims (1)

1. Глубинный штанговый насос, содержащий жестко связанные между собой верхний и нижний цилиндры, размещенные в цилиндрах и жестко соединенные друг с другом посредством общего штока полые плунжеры, закрепленные на колонне насосных штанг, кольцевую и рабочую полости, а также всасывающий клапан, установленный на приеме насоса, и нагнетательный клапан, установленный в верхнем плунжере, отличающийся тем, что верхний и нижний цилиндры выполнены одинакового диаметра и соединены торцами без зазора в единый цилиндр, и оба плунжера выполнены одинакового диаметра, шток, связывающий жестко плунжеры друг с другом, выполнен в виде сплошного стержня и длина его выполнена больше длины каждого из плунжеров, нижний плунжер снабжен установленным в его верхней части тарельчатым клапаном в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью, при этом запорный элемент жестко соединен с нижним концом штока, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером, причем на наружной поверхности обоих плунжеров закреплены с возможностью раскрытия полиамидные насадки.