скважинный штанговый насос

Формула изобретения

1. Скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с размещенным в нем полым плунжером, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан, насосную камеру с всасывающим клапаном в нижней части, при этом насос снабжен перепускным каналом с поплавковым клапаном, выполненным с запорным поплавковым элементом и расположенным над ним седлом, отличающийся тем, что цилиндр выполнен со стороны внутренней поверхности ступенчатым, перепускной канал с запорным поплавковым элементом выполнен в нижней части меньшей ступени цилиндра над насосной камерой, причем одно отверстие канала соединено с верхней частью насосной камеры, а другое отверстие канала соединено со скважиной.

2. Скважинный штанговый насос по п.1, отличающийся тем, что запорный поплавковый элемент выполнен пустотелым.

3. Скважинный штанговый насос по п.2, отличающийся тем, что пустотелый запорный поплавковый элемент заполнен газом под расчетным давлением.

4. Скважинный штанговый насос по п.3, отличающийся тем, что пустотелый запорный поплавковый элемент находится в направляющей клетке.

5. Скважинный штанговый насос по п.1, отличающийся тем, что оси плунжера и корпуса насоса расположены асимметрично.

6. Скважинный штанговый насос по п.1, отличающийся тем, что перепускной канал с поплавковым клапаном выполнен в виде отдельного устройства с возможностью переустановки, например, на резьбовом соединении.

7. Скважинный штанговый насос по п.1, отличающийся тем, что запорный поплавковый элемент выполнен с обтекателем со стороны насосной камеры, причем в обтекателе выполнено дренажное отверстие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для добычи нефти при большом содержании газа в откачиваемой жидкости.

Известна глубинно-насосная установка для откачки газированной жидкости с механическими примесями из нефтяной скважины, содержащая цилиндр с основным всасывающим клапаном, расположенным по оси цилиндра, и дополнительным всасывающим клапаном, расположенным выше основного и эксцентрично оси цилиндра, причем цилиндр снабжен приемной камерой, верхняя часть которой снабжена соединительной трубой, соосной с дополнительным всасывающим клапаном, расположенным на выходе этой трубы (см. патент RU № 2100651 С1, 25.12.1996).

Недостатком этой установки является то, что из-за лишнего хода плунжера для газовой составляющей насос обладает низким КПД

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр, в полости которого установлен полый плунжер с обводным каналом, выведенным в полую штанговую колонну, и поплавковым клапаном, установленным в полости плунжера, и снабженный охватывающим его плавающим поршнем, имеющим проходное отверстие, расположенное с возможностью перекрытия его поплавковым клапаном (см. авторское свидетельство SU № 983310 А, 22.07.1981).

Недостатком этого насоса, принятого в качестве прототипа, является то, что поплавковый клапан, подвижный поршень и обводной канал установлены в подвижном плунжере, имеющем ограниченные размеры по диаметру, что усложняет конструкцию насоса, снижает его надежность и повышает его стоимость. Кроме того, в насосе применены дорогие и ненадежные полые штанги, а наличие дополнительных гидравлических сопротивлений уменьшает эффективность насоса.

Кроме того, остается проблема отрыва поплавкового шара от седла из-за большого перепада давлений на клапане.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы насоса и уменьшение негативного влияния газа на работу насоса.

Технический результат - повышение КПД насоса, уменьшение газообразования в насосной камере.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с размещенным в нем полым плунжером, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан, и насосную камеру с всасывающим клапаном в нижней части, при этом насос снабжен перепускным каналом с поплавковым клапаном, выполненным с запорным поплавковым элементом и расположенным над ним седлом, цилиндр выполнен со стороны внутренней поверхности ступенчатым, перепускной канал с запорным поплавковым элементом выполнен в нижней части меньшей ступени цилиндра над насосной камерой, причем одно отверстие канала соединено с верхней частью насосной камеры, а другое отверстие канала соединено со скважиной.

Кроме того, запорный поплавковый элемент выполнен пустотелым.

Пустотелый запорный поплавковый элемент заполнен газом под расчетным давлением.

Кроме того, пустотелый запорный поплавковый элемент находится в направляющей клетке.

Оси плунжера и корпуса насоса могут быть расположены асимметрично.

Перепускной канал с поплавковым клапаном выполнен в виде отдельного устройства с возможностью переустановки, например, на резьбовом соединении.

Для точности посадки в седло запорный поплавковый элемент клапана находится в направляющей клетке

Запорный поплавковый элемент выполнен с обтекателем со стороны насосной камеры, причем в обтекателе выполнено дренажное отверстие.

На фиг.1 приведена схема реализации скважинного плунжерного насоса при крайнем нижнем положении плунжера, на фиг.2 - то же при крайнем верхнем положении плунжера, на фиг.3 - насос с асимметрично расположенными осями плунжера и корпуса, на фиг.4 - перепускной канал с поплавковым клапаном в виде отдельного узла.

В неподвижной части насоса 1, а именно в нижней части меньшей ступени, выполненного со ступенчатой внутренней поверхностью цилиндра, находится перепускной канал 2, соединяющий верхнюю часть насосной камеры 3 со скважиной 4. В перепускном канале 2 размещен поплавковый клапан, состоящий из седла 5, расположенного сверху, и запорного поплавкового элемента 6, например пустотелого и заполненного под давлением газом шарика с положительной плавучестью в скважинной жидкости, находящегося в направляющей клетке 7. В цилиндр 8 насоса вставлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно внутренней стенки меньшей ступени цилиндра 8 и уплотненный относительно нее полый плунжер 9. В нижней части полого плунжера 9 расположен нагнетательный клапан 10, а в нижней части насосной камеры 3, образованной большей ступенью цилиндра 8, расположен всасывающий клапан 11. На конце направляющей клетки 7 со стороны насосной камеры 3 установлен обтекатель 12 с дренажным отверстием 13 (Фиг.4) для предотвращения возможности закрытия поплавкового клапана потоком газа при его удалении из насосной камеры 3. На верхнем и нижнем концах полого плунжера 9 могут быть установлены центраторы (не показаны). При содержании большого количества твердых частиц в откачиваемой жидкости перед поплавковым клапаном можно установить фильтр (не показан). Полый плунжер 9 и цилиндр 8 насоса можно выполнить с асимметричным расположением их осей. В этом случае образуется большее пространство для расположения в насосе перепускного канала 2 и поплавкового клапана (Фиг.3).

Возможно выполнение перепускного канала 2 с поплавковым клапаном в виде отдельного устройства с возможностью его установки или переустановки, например, на резьбовом соединении (Фиг.4). В этом случае, в насосе можно устанавливать различные типоразмеры перепускного канала с поплавковым клапаном, а при необходимости место установки перепускного канала с поплавковым клапаном может быть заглушено, например, пробкой на резьбовом соединении.

Скважинный плунжерный насос работает следующим образом.

В начале процесса всасывания (Фиг.1), когда плунжер 9 начинает движение вверх, идет расширение насосной камеры 3 с падением давления, и когда давление откачиваемой жидкости в скважине 4 на уровне установки поплавкового и всасывающего клапанов превысит давление в насосной камере 3, открываются всасывающий клапан 11 и запорный поплавковый элемент 6 и через них в насосную камеру 3 поступает откачиваемая жидкость из скважины 4. При этом давление (P_P) внутри рабочей камеры меньше давления (P_W) в затрубном пространстве скважины и меньше давления (P_T) внутри полого плунжера 9. При образовании свободного газа в насосной камере 3 с открытым запорным поплавковым элементом 6 происходит замещение свободного газа на поступающую через перепускной канал 2 откачиваемую скважинную жидкость и/или частичное растворение газа в поступающей через поплавковый и всасывающий клапаны откачиваемой жидкости из скважины (P_P<P_W и P_P<P_T ). Если к началу нагнетания в насосной камере 3 остался свободный газ, то поплавковый клапан остается открытым, т.к. газ не может приподнять запорный поплавковый элемент 6. В начале процесса выталкивания (Фиг.2), когда полый плунжер 9 начинает движение вниз, всасывающий клапан 11 закрывается, нагнетательный клапан 10 еще не открыт, запорный поплавковый элемент 6 остается открытым, и в насосную камеру 3 через него продолжает поступать откачиваемая жидкость до момента, пока давление в насосной камере 3 не сравняется с давлением в скважине 4 (P_P=P_W и P _P<P_T). При этом не исключено пробулькивание через перепускной канал 2 газа из насосной камеры 3 в скважину. Как только давление в насосной камере 3 (P_P) превысит давление в скважине (P_W), через перепускной канал 2 начнется выдавливание не растворившегося газа в скважину 4 (P_W<P_P и P_P<P_T ). По мере исхода свободного газа из насосной камеры 3 уровень откачиваемой жидкости в насосной камере 3 повышается, жидкость поступает в перепускной канал 2 и начинает поднимать плавающий в ней запорный поплавковый элемент 6 по направляющей клетке 7 до его последующей посадки на седло 5. Возрастающее давление в насосной камере 3 прижимает запорный поплавковый элемент 6 к седлу 5 и герметично закрывает поплавковый клапан. При дальнейшем движении вниз плунжера 9 возрастающее давление в насосной камере 3, достигнув давления жидкости в колонне труб (не показана), открывает нагнетательный клапан 10 и жидкость из насосной камеры 3 начинает поступать через открытый нагнетательный клапан 10 в полость плунжера 9 и далее в колонну труб (P_W<P _P и P_P=P_T). При достижении плунжером 9 своего крайнего нижнего положения вектор движения плунжера 9 меняется на противоположный и цикл повторяется. Таким образом, предлагаемый насос с поплавковым клапаном осуществляет три основные стадии по уменьшению отрицательного влияния газового фактора.

1. Стадия уменьшения объема образования газа. При всасывании откачиваемой жидкости из скважины в насосную камеру поплавковый клапан снижает образование газового мешка путем подачи в верхнюю часть насосной камеры, т.е. в область образования газового мешка, откачиваемой жидкости из скважины, т.к. поплавковый клапан работает, в этом случае, как дополнительный всасывающий клапан.

2. Стадия замещения газа жидкостью. При выталкивании откачиваемой жидкости из насосной камеры в лифтовую колонну на начальном этапе выталкивания открытый поплавковый клапан продолжает работать как дополнительный всасывающий клапан, осуществляя доступ откачиваемой жидкости из скважины в насосную камеру насоса до момента выравнивания давлений в насосной камере и в скважине.

3. Стадия выпуска газа в скважину. При продолжении выталкивания откачиваемой жидкости из насосной камеры в лифтовую колонну после превышения давления в насосной камере над давлением в скважине через открытый поплавковый клапан выталкивается весь свободный газ до момента закрытия поплавкового клапана откачиваемой жидкостью.

Во всех стадиях предоставляется возможность удалять через перепускной канал с поплавковым клапаном находящийся в насосной камере свободный газ в скважину.

Вышеизложенное позволяет увеличить период всасывания в цикле работы насоса. В предлагаемом насосе поплавковый клапан установлен не в потоке откачиваемой жидкости, а обособленно, что не создает дополнительных гидравлических сопротивлений откачиваемой жидкости.

Преимущество изобретения состоит в том, что поплавковый клапан от предлагаемого насоса может применяться на других типах и видах насосов, где имеется проблема со свободным газом при перекачке газожидкостной среды. Поплавковый клапан насоса может изготавливаться как отдельное устройство и устанавливаться, например, на резьбе в верхнюю точку полости газообразования насоса.