самоустанавливающийся всасывающий клапан глубинного штангового насоса

Формула изобретения

Самоустанавливающийся всасывающий клапан глубинного штангового насоса, предназначенный для работы в наклонно направленных скважинах, преимущественно на их горизонтальном участке, включающий корпус, соединенный с цилиндром насоса посредством муфт и удлинительного ниппеля с одной стороны, а с другой - с приемным фильтром, установленным соосно с цилиндром, выполненную в корпусе и сообщенную с подплунжерной полостью клапанную полость под шарик клапана с его седлом и держателем седла клапана, отличающийся тем, что корпус клапана относительно насоса установлен эксцентрично и с возможностью поворота относительно друг друга с сохранением герметичности в поворотной паре, ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса и находится в плоскости расположения эксцентриситета, образованного между корпусом клапана и насосом, при этом корпус клапана снабжен колесной парой, ось которой расположена перпендикулярно оси насоса, а колеса - симметрично по отношению к эксцентриситету, образованному между корпусом клапана и насосом в целом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано в скважинных штанговых насосных установках (СШНУ).

Всасывающий клапан в классическом исполнении, состоящий из корпуса, в котором предусмотрена сообщенная с подплунжерной полостью клапанная полость под шарик клапана с его седлом и держателем седла клапана (ОАО “Ижнефтемаш”, Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред. 2-2001, стр.35) присоединен к цилиндру насоса посредством муфт и удлинительного ниппеля с одной стороны, а с другой - к приемному фильтру. Все детали этого звена (цилиндра насоса - всасывающего клапана - приемного фильтра) представляют из себя тела вращения и соединены друг с другом соосно.

Внутри цилиндра расположен плунжер с нагнетательным клапаном, штоком плунжера и т.д.

Очевидно, что известные штанговые насосы, снабженные нагнетательным и всасывающим клапанами в классическом исполнении предназначены в основном для работы в вертикальных скважинах.

В наклонно-направленных скважинах, в особенности на их горизонтально-направленных участках, работа клапанов насоса ухудшается по причине запоздалого закрытия, образования овальности в седле клапана, из-за которой происходят утечки в клапанной паре, что в итоге приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД) насоса. А при добыче нефти с повышенным содержанием парафина или вязкой нефти клапанные узлы насоса все могут отказать. В подобных случаях приходится реанимировать скважины путем промывки глубинно-насосного оборудования. А при отрицательном исходе такой промывки скважина подвергается подземному ремонту.

Кроме того, известно, что в процессе работы штангового насоса нижнее окончание колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), включающее цилиндр насоса, всасывающий клапан, приемный фильтр, подвергаются возвратно-поступательному движению по причине возникновения при этом упругих сил растяжения и сжатия, вызванных работой СШНУ. В результате такого циклического перемещения нижней части трубной подвески, находящейся в эксплуатационной колонне, особенно на ее горизонтальном участке, происходит механический износ эксплуатационной колонны, что сокращает ее срок службы.

Задача предложенного технического решения состоит в повышении надежности работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса и повышение срока службы эксплуатационной колонны на участке контактирования ее с глубинным штанговым насосом.

Для достижения поставленной задачи в самоустанавливающемся всасывающем клапане глубинного штангового насоса, предназначенного для работы в наклонно-направленных скважинах, преимущественно на их горизонтальном участке, включающим корпус, соединенный с цилиндром насоса посредством муфт и удлинительного ниппеля с одной стороны, а с другой - с приемным фильтром, установленным соосно с цилиндром, выполненную в корпусе и сообщенную с подплунжерной полостью клапанную полость под шарик клапана с его седлом и держателем седла клапана, корпус клапана относительно насоса установлен эксцентрично и с возможностью поворота друг относительно друга с сохранением герметичности в поворотной паре, ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса и находится в плоскости расположения эксцентриситета, образованного между корпусом клапана и насосом, при этом корпус клапана снабжен колесной парой, ось которой расположена перпендикулярно оси насоса, а колеса - симметрично по отношению к эксцентриситету, образованному между корпусом клапана и насосом.

На фиг.1 изображен продольный разрез самоустанавливающегося всасывающего клапана; на фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по линии Б-Б на фиг.1.

Корпус клапана 1 (фиг.1) соединен с удлинительным ниппелем 2 эксцентрично с эксцентриситетом е, образованным между осью насоса 3 и осью 4 корпуса, посредством накидной гайки 5, расположенной на кольцевом выступе 6 удлинительного ниппеля 2. Корпус клапана 1 и удлинительный ниппель 2 имеют общую цилиндрическую поверхность разъема, снабженного уплотнениями 7, благодаря чему образуется поворотная пара с сохранением в ней герметичности. С другой стороны к корпусу клапана 1 присоединен приемный фильтр 8, расположенный соосно с удлинительным ниппелем 2.

В клапанной полости 9 (фиг.2) корпуса 1, сообщенной с подплунжерной полостью 10 (фиг.1) через отверстия 11, расположен шарик 12 клапана, седло клапана 13 и держатель седла 14. Ось 15 клапанной полоти расположена под углом относительно к оси насоса 3. Этот угол равен 90 для изображенного на фиг.1 горизонтального участка скважины. Если ствол скважины на рассматриваемом участке наклонен к горизонтали Земли на 45, то и угол =45, т.е. это означает, что ось 15 всегда должна быть направлена по вертикали Земли, что обуславливает нормальную работу всасывающего клапана. На практике угол в плоскости разреза (фиг.1) задается заранее индивидуально для каждой скважины отдельно. А ось 15 (фиг.2) свое вертикальное положение приобретает или клапан самоустанавливается благодаря эксцентричному расположению корпуса 1 клапана по отношению к другим соединенным соосно частям насоса и глубинно-насосного оборудования в целом.

Для предотвращения преждевременного износа эксплуатационной колонны 16 корпус клапана 1 снабжен колесной парой, ось 17 (фиг.3) которой расположена вертикально оси 3 (фиг.1) насоса, а колеса 18 - симметрично по отношению к эксцентриситету е, образованному между корпусом клапана 1 и насосом в целом. При этом для устойчивой работы колесной пары необходимо, чтобы ее ось 17 была расположена ниже оси 4 корпуса 1 и тем более оси 19 эксплуатационной колонны 16 (фиг.1).

Работа самоустанавливающегося всасывающего клапана заключается в следующем. Прежде чем спустить в скважину, клапан подвергается проверке с целью выявления работоспособности поворотной пары, что означает, что корпус клапана 1 должен без заеданий проворачиваться относительно цилиндра. Кроме того, производится гидравлическое испытание поворотной пары и всасывающего клапана в его закрытом положении.

Самоустанавливающийся всасывающий клапан спускается в скважину на колонне НКТ в сборе с цилиндром насоса (не показаны), удлинительным ниппелем 2, приемным фильтром 8. После спуска всасывающий клапан принимает свое рабочее вертикальное положение (фиг.2), при котором корпус клапана 1 и нижняя часть насоса встают на колеса 18 благодаря срабатыванию поворотного эксцентричного механизма, заложенного в конструкции клапана.

При движении плунжера вверх (не показан) расположенный в нем нагнетательный клапан закрывается, шарик 12 всасывающего клапана открывается (фиг.2). Добываемая нефть через приемный фильтр 8, всасывающий клапан поступает в подплунжерную полость 10. При этом корпус клапана 1 на роликах 18 смещается продольно вместе с плунжером на некоторое расстояние под действием упругих сил, возникающих в колонне НКТ.

При движении плунжера вниз шарик 12 всасывающего клапана садится в седло 13 и закрывает всасывающий клапан. Под действием напора жидкости, находящейся в подплунжерной полости 10, нагнетательный клапан открывается. Нефть из подплунжерной полости перетекает в цилиндр насоса. При этом корпус клапана 1 на роликах 18 смещается продольно вниз вместе с плунжером на некоторое расстояние под действием столба жидкости в колонне НКТ, т.е. колонна НКТ в пределах возникших в ней упругих деформаций удлиняется. И в дальнейшем процесс повторяется.

Конструкция самоустанавливающегося всасывающего клапана для работы в наклонно-направленных скважинах позволяет его самоустановление в оптимальном рабочем положении, обеспечивающем наибольшую производительность, создает возможность для применения широкопроходных всасывающих клапанов, исключает образование овальности в седле клапана. Применение колесной пары исключает преждевременный износ эксплуатационной колонны.