Скважинный штанговый насос
Скважинный штанговый насос найдет применение при добыче с больших глубин жидких полезных ископаемых, таких как нефти, в том числе и высоковязкие, рассолы и других. Цель полезной модели - увеличить наработку на отказ насоса за счет уменьшения вероятности забивания в процессе работы пространства выше нагнетательного клапана до НКТ песком, вязкой нефтью или парафином. Указанная цель достигается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр, связанный через замковую опору с колонной насосно-компрессорных труб, связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также нагнетательный клапан, свободно скользящий по штоку; каналы для прохода добываемой жидкости направлены непосредственно в трубы, то есть вдоль оси насоса, а не в узкое пространство между трубой и направляющей клеткой.
Полезная модель предназначена для добычи с больших глубин полезных ископаемых, таких как нефти, в том числе и высоковязкие, рассолы и другие.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр, связанный через замковую опору и патрубок с колонной насосно-компрессорных труб, связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также нагнетательный клапан, свободно скользящий по штоку, перекрывающий выходной канал из цилиндра. Между обоими указанными клапанами имеется замкнутое пространство, изменяемого в процессе работы объема, а каналы для прохода добываемой жидкости направлены непосредственно в трубы, то есть вдоль оси насоса, а не в узкое пространство между трубой и направляющей клеткой.
Известны скважинные штанговые. насосы, имеющие вертикальную конструкцию одинарного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером и шариковыми клапанами (Форест Грей. Добыча нефти. ЗАО «Олимп-бизнес. Москва 2003). Скважинные насосы различают вставные и невставные (трубные). Невставные (трубные) насосы спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах, а затем к ним с помощью автосцепа присоединяется колонна штанг. Автосцепы бывают двух типов: расцепляемые и нерасцепляемые. Последние более просты и надежны, но после захвата штока насоса, они не могут раскрыться, и поэтому при демонтаже насоса приходится рвать колонну штанг. Расцепляемые автосцепы позволяют производить демонтаж насоса без разрыва штанг, но они более сложные и менее надежные, скажем, у автосцепов с гипоидной резьбой при работе наблюдается постепенное раскручивание соединения. К тому же, соединения расцепляемых автосцепов с невставными насосами происходит на большой глубине, при этом приходится вращать колонну штанг, поэтому соединение, как правило, получается недокрученным. Соединение штанг со вставными насосами осуществляется на поверхности, поэтому в данном случае можно применять более простые и надежные нерасцепляемые автосцепы.
Известно также устройство для добычи полезных ископаемых с больших глубин, описанное в патенте RU 2162152. Устройство содержит цилиндр, связанный с колонной труб и полый поршень, связанный с колонной штанг посредством штока. Полый поршень имеет канал с воронкообразной формы участком, расширяющимся в сторону заборного конца. В канале поршня установлен запорный клапан, а в верхней части цилиндра выполнена перегородка, перекрытая напорным клапаном. Между обоими указанными клапанами имеется замкнутое пространство, изменяемого в процессе работы объема. Устройство позволяет производить подъем на поверхность разрабатываемые полезные ископаемые без дополнительных приспособлений.
Насосы, изготовленные на основе патента RU 2162152, имеют принципиальное отличие от существующих скважинных насосов, заключающееся в том, что заполнение цилиндра происходит при повышенных давлениях, образующихся за счет того, что воронка, под воздействием массы штанг, штока и поршня, внедряется в добываемое ископаемое при этом происходит продавливание его через канал в поршне с участком воронкообразной формы. Добываемое ископаемое давит на клапан, открывает его и проходит в цилиндр, заполняя всеувеличивающееся межклапанное пространство, ограниченное перегородкой. Повышенные давления, позволяют заполнять цилиндр высоковязкими средами, а отсутствие узких каналов в верхней части плунжера и цилиндра позволяют снизить усилия при ходе штанг вверх. Все это в комплексе позволяет добывать высоковязкие среды. При повышенных давлениях происходит более полное заполнение цилиндра, характеризуемое увеличением коэффициента заполнения цилиндра К, что в свою очередь увеличивает производительность насоса.
Снижение нагрузки при ходе штанг вверх приобретает особое значение при добыче нефти из глубоких скважин. В связи с тем, что в данной конструкции отпадает надобность в заполнении плунжера нефтью, насос будет короче и дешевле стандартных ШГН.
Недостатком скважинного насоса, изготовленного на основе патента RU 2162152, является перегородка в верхней части цилиндра и плунжер, находящийся снаружи цилиндра, не позволяющий выполнить насос вставным, а поэтому при демонтаже насоса, связанном с, заменой, износившихся деталей, либо чисткой полостей забитых вязкой нефтью, парафином, или песком приходится вынимать колонны штанг и труб. К тому же соединение колонны штанг и штока на глубине с помощью расцепляемого автосцепа ненадежно, а если применяется нерасцепляемый автосцеп, то при демонтаже насоса приходится рвать штанги.
Наиболее близким к настоящей полезной модели аналогом (прототипом) является насос, опубликованный 27.12.2012 в бюллетене 1236 заявка RU 2011125577/06, заявителем которой является Мамаев И.И. Насос сделан вставным, и, как следствие, при этом упрощается демонтаж насоса для замены износившихся деталей и очистки полостей, забитых вязкой нефтью, парафином либо песком, а также повышается надежность соединения колонны штанг с насосом и исключения разрыва колонны штанг при демонтаже насоса. Насос содержит цилиндр, связанный с колонной насосно-компрессорных труб, посредством замковой опоры связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также нагнетательный клапан, свободно скользящий по штоку, при этом плунжер располагается внутри цилиндра, а нагнетательный клапан перекрывает выходной канал из цилиндра.
Недостатком скважинного насоса на основе заявки RU 2011125577/06 является то, что пространство за нагнетательным клапаном до НКТ в процессе работы забивается песком, вязкой нефтью или парафином, не смотря на наличие песочного якоря. Причиной того являются сложные узкие ходы, по которым добываемая жидкость попадает в насосно-компрессорные трубы. Указанная цель достигается тем, сто в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр, связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также нагнетательный клапан, свободно скользящий по штоку; каналы для прохода добываемой жидкости из насоса направлены непосредственно в трубы, то есть вдоль оси насоса, а не в узкое пространство между трубой и направляющей клеткой.
На чертеже схематично представлен скважинный насос.
Насос содержит цилиндр 1, соединенный через замковую опору 2 и патрубок с колонной насосно-компрессорных труб 3. Плунжер 4 соединен с колонной штанг 5, посредством штока 6 и клапанного узла 7, к которому прикреплен заборный конус 8, снабженный расположенным в его канале 9 с участком воронкообразной формы 10 клапаном 11. На штоке 6 свободно скользит нагнетательный клапан 12.
Штанговый насос работает следующим образом. После спуска колонны труб 3 вместе с замковой опорой 2, патрубком и цилиндром 1 опускают на штангах 5 остальные элементы насоса до посадки в замковую опору 2.
При ходе вниз колонны штанг 5, осуществляемом за счет массы штанг, штока 6, плунжера 4, клапанного узла 7 и заборного конуса 8, последний внедряется в добываемое ископаемое, при этом происходит продавливание его через канал 9 с участком воронкообразной формы 10. Ископаемое давит на клапан 11, открывает его и проходит в цилиндр 1, заполняя все увеличивающееся межклапанное пространство, ограниченное нагнетательным клапаном 12.
При обратном ходе колонны штанг 5 и соответственно штока 6, осуществляемом посредством привода станка-качалки, клапан 11 закрывается, вследствие уменьшения объема межклапанного пространства, а затем начинает расти давление на клапан 12 снизу. Когда усилия, действующие на клапан 12 снизу, превысят усилия, создаваемые столбом жидкости сверху, клапан 12 открывается и жидкость выдавливается в колонну труб 3, через отверстие 13.
При ходе штанг 5 вниз клапан 12, свободно скользящий по штоку 6, под действием столба жидкости закрывает проходной канал, что позволяет разгруженному клапану 11 открываться, при этом происходит заполнение цилиндра 1 добываемым ископаемым.
При дальнейших ходах штанг 5 уровень добываемого ископаемого в колонне труб повышается, достигая конца трубы, и оно попадает в выкидную линию. При демонтаже насоса для замены износившихся деталей и очистки полостей, забитых вязкой нефтью, парафином или песком, вынимается колонна штанг 5 вместе с прикрепленным с помощью нерасцепляемого автосцепа штоком 6,и соединенным с ним клапанным узлом 7, заборным конусом 8, плунжером 4 и нагнетательным клапаном 12.
Предлагаемый скважинный штанговый. насос позволяет с высокой производительностью добывать с больших глубин жидкости, в том числе и высоковязкие, легко заменить износившиеся узлы за исключением цилиндра и замковой опоры, очищать каналы, забитые вязкой нефтью, парафином или песком, причем соединение штанг с насосом надежное, а при демонтаже насоса не надо рвать колонну штанг.
Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр, связанный через замковую опору и патрубок с колонной труб, связанный с колонной штанг посредством штока полый поршень, имеющий канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного канала, и запорный механизм-клапан, установленный в канале поршня с возможностью перекрытия канала, а также нагнетательный клапан, свободно скользящий по штоку, отличающийся тем, что каналы для прохода добываемой жидкости направлены непосредственно в трубы, то есть вдоль оси насоса, а не в узкое пространство между трубой и направляющей клеткой.
