Глубинный плунжерный насос
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и служит для повышения эффективности эксплуатации глубинных плунжерных насосов. Техническим результатом новшества является повышение производительности глубинного плунжерного насоса за счет более полного заполнения полости насоса между плунжером и всасывающим клапаном при каждом ходе плунжера благодаря более эффективной работе дополнительного обратного клапана. Для чего в дополнительном обратном клапане, находящемся в верхней части цилиндра насоса, седловина выполнена конусной, а запорный элемент - в виде утяжеленной проходной втулки, сквозь которую обеспечено свободное прохождение полированной части соединительной штанги. Благодаря этому посадка запорного элемента на седловину дополнительного клапана происходит по окружности. Это исключает образование отложений и присутствие посторонних предметов на элементах клапана и обеспечивает его длительную и безотказную работу.
Предполагаемое новшество относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам добычи нефти и воды с помощью глубинного плунжерного насоса. Конструкция насоса может быть использована для повышения эффективности эксплуатации поверхностных насосов поршневого типа, перекачивающих газожидкостные смеси.
В глубинном плунжерном насосе при ходе плунжера вверх давление под плунжером снижается так, что, под действием появившегося перепада давления между полостью насоса и приемом, в насосе открывается всасывающий клапан. В открытый клапан поступает скважинная жидкость, полость насоса заполняется, причем в ее верхней части собирается свободный газ, выделенный из входящей жидкости. В момент закрытия всасывающего клапана давление в полости насоса равно давлению на приеме в насос Рпр. Отметим, что это давление ниже гидростатического давления над плунжером насоса Рл.т ., создаваемого столбом жидкости в колонне лифтовых труб. В обратном случае скважина и глубинный плунжерный насос работали бы в фонтанирующем режиме. При ходе плунжера вниз нагнетательный клапан открывается не сразу, так как давление над ним превышает давление под ним. Благодаря свободному газу в полости насоса, который в отличие от жидкости сжимается без резкого повышения давления, при ходе плунжера вниз давление в полости насоса будет расти 2-х ступенчато: вначале до давления насыщения жидкости газом (в этот момент свободный газ растворится в жидкости), на втором этапе давление резко вырастет и превысит давление над нагнетательным клапаном /Эксплуатация глубиннонасосных скважин. Еникеев В.Р. и др. -М.: Недра, 1971. -С.95-97/. В результате нагнетательный клапан откроется, плунжер пройдет сквозь жидкость с растворенным газом до своего нижнего положения. В этой точке давление между плунжером и всасывающим клапаном равно Рл.т., для открытия всасывающего клапана плунжер должен пройти определенное расстояние (холостой ход) с тем, чтобы давление над всасывающим клапаном стало ниже Р пр. Очевидным является то, что чем больше разница между Рл.т и Рпр, тем и больше холостой ход плунжера и меньше эффективность его работы, то есть производительность насоса.
Таким образом, существующие конструкции глубинных плунжерных насосов обладают двумя недостатками. При ходе плунжера вниз нагнетательный клапан запаздывает с открытием из-за того, что испытывает давление Рл.т. При ходе плунжера вверх всасывающий клапан запаздывает с открытием по той же причине - он испытывает на себе повышенное давление Р л.т.
Известна конструкция глубинного штангового насоса (патент РФ на изобретение 
2172866 С1, опубликовано 27.08.2001), по которой в верхней части цилиндра установлен дополнительный тарельчатый клапан, выполняющий роль устройства для снижения давления над и под плунжером при его движении в цилиндре насоса. Используемый клапан имеет два недостатка. В тарельчатом клапане площадь соприкосновения запорного элемента с седлом имеет большую величину, а это ведет к большой вероятности его засорения посторонними предметами или появлению на этих поверхностях следов коррозии. Все это ведет к потере работоспособности тарельчатого клапана. Вторым недостатком, на наш взгляд, является то, что по изобретению запорный элемент клапана имеет минимальный вес. Это не способствует его быстрому закрытию при ходе плунжера вниз.
Технической задачей полезной модели является такое изменение дополнительного клапана в верхней части цилиндра насоса, которое бы обеспечивало его быстрое и плотное закрытие, тем самым способствовало повышению производительности насоса.
Поставленная задача решается в полезной модели тем, что в известной конструкции глубинного плунжерного насоса, состоящего из цилиндра, полого плунжера с соединительной штангой в верхней части,
всасывающего и нагнетательного клапанов, в верхней части цилиндра дополнительный обратный клапан имеет конусную седловину и запорный элемент в виде утяжеленной проходной втулки, сквозь которую свободно движется полированная часть соединительной штанги. Такая конструкция дополнительного обратного клапана обеспечивает посадку запорного элемента на седловину клапана по окружности по аналогии с клапаном, состоящим из конусной седловины и шарика, который нашел самое широкое применение во многих отраслях промышленности.
Глубинный плунжерный насос спускается в скважину на колонне лифтовых труб 1 и состоит из корпуса - цилиндра 2, плунжера 3, нагнетательного 4 и всасывающего 5 клапанов. Дополнительный обратный клапан состоит из клапанной клетки 6, одновременно служащей и направляющей для соединительной штанги 10, конусной седловины 7 и запорного элемента 8 в виде утяжеленной проходной (сквозной) втулки. Так же как и в прототипе, седловина 7 имеет повышенное проходное сечение для свободного прохождения скважинной жидкости из насоса в лифтовые трубы. Внутренняя поверхность запорного элемента 8 армирована износостойкой герметизирующей втулкой 9 из фторопласта или другого приемлемого материала. Клапанная клетка 6 имеет широкие боковые окна для свободного прохождения скважинной жидкости. Рассмотрим работу предложенной модели глубинного плунжерного насоса.
Привод насоса обеспечивает поступательное движение плунжера 3 вверх-вниз с постоянной частотой. При ходе плунжера 3 вниз запорный элемент 8 благодаря своей тяжести и вязкостному трению между втулкой 9 и соединительной штангой 10 быстро спустится на высоту окна клапанной клетки и плотно сядет на конусную седловину 7 по окружности. Благодаря минимальной площади такого соприкосновения становится невозможным появление на линии контакта двух тел инородных предметов, ведущих к разгерметизации дополнительного клапана.
После закрытия дополнительного клапана давление над плунжером мгновенно снижается, нагнетательный клапан открывается, причем открывается быстрее, чем в обычных плунжерных насосах без дополнительного клапана. В нижнем положении плунжера давление над всасывающим клапаном 5 значительно ниже, чем давление над дополнительным клапаном, создаваемое столбом жидкости в лифтовых трубах. Поэтому при ходе плунжера 3 вверх всасывающий клапан 5 откроется быстрее, чем в насосе без дополнительного клапана. Одновременно закроется нагнетательный клапан 4, и жидкость с газом из полости насоса окажут воздействие на запорный элемент 8. При превышении давления под ним над давлением в колонне лифтовых труб запорный элемент поднимется на высоту окон в клапанной клетке 6, и содержимое полости насоса перейдет в колонну лифтовых труб.
Нами предложена новая конструкция дополнительного обратного клапана в верхней части цилиндра глубинного плунжерного насоса, которая обеспечивает его более эффективную работу. На наш взгляд, предложенное техническое решение соответствует уровню полезной модели (возможно и изобретения).
Глубинный плунжерный насос, содержащий цилиндр, полый плунжер с соединительной штангой в верхней части, всасывающий и нагнетательный клапаны, в верхней части цилиндра дополнительный обратный клапан, состоящий из конусной седловины и запорного элемента в виде утяжеленной проходной втулки, сквозь которую свободно движется полированная часть соединительной штанги с тем, чтобы посадка запорного элемента на седловину клапана осуществлялась по окружности.
