Скважинная штанговая насосная установка

 

СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расположенными в цилиндре, замковая часть которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью . повышения надежности работы, поворотное устройство установлено на штоке между колонной штанг и плунжером и выполнено в виде заключенной в корпусе и сопряженной со штоком цилиндрической обоймы, нижняя часть которой жестко связана с корпусом и плунжером а верхняя .установлена с возможностью одновременного вращательндго и возвратно-поступательного движения в корпусе, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей обоймы выпол нены зубья кулачкового профиля, стенка верхней части обоймы снабжена дву-. . мя сквозными продольными пазами, выполненными по винтовой линии, а штокСП жестко связанным с ним кольцом, заведенным в упомянутые пазы с возможностью переме1дения в них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком, соединенным с колонной штанг и.закрепленным в замковой части о цилиндра с возможностью осевого пе4 . ремещения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН, ÄÄ SUÄÄ1041 749

Зов F0484 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . ",,, :" :-, l" к авторском СвидетепьСтаУ " -% 4

Ж (21) 3391558/25-06 (22) 19.04.82 (46) 15,09.83. Бюл. М 34 (72) А.П. Масалаб, В.И, Сотник и К.В. Вино"радов (71) Ордена Трудового Красного Знамени Азербайджанский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (53). 621.651(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 823637, кл. Р 04 В 47/12, 1979.

2. Справочная книга по добыче нефтй, Под ред. Гиматудинова Ш.К. М., "Недра", 1974, с, 333-335, ° ° ° иг VII1-46.

54)(57) СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расположенными в цилиндре, замковая часть которого взаимодействуе" с зам" ковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности работы, поворотное устройство установлено на штоке между колонной штанг и плунжером и выполнено в виде заключенной в корпусе и сопряженной со штоком цилиндри" ческой обоймы, нижняя часть которой жестко связана с корпусом и плунжером, а верхняя, установлена с возможностью одновременного вращательного и возвратно-поступательного движения в корпусе, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей обоймы выполнены зубья кулачкового профиля, стенка верхней части обоймы снабжена дву-. мя сквозными продольными пазами, вы- Я полненнйми по винтовой линии, а штокжестко связанным с ним кольцом, за" веденным в упомянутые пазы с возможностью перемещения в них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком, соединенным с колонной м ай штанг и.закрепленным в замковои части цилиндра с воэможностью осевого пе" ремещения.

1 10417

Изобретение относится к технике для добычи нефти, в частности к сква" жинным штанговым насосным установкам и может быть использовано при эксплуатации скважин.

Известна скважинная штанговая насосная установка, содержащая станоккачалку, колонны насосно- компрессор° ных труб и штанг, плунжерный насос, вращатель, выполненный в виде храпового меманизма с собачкой и расположенный на устье скважины, дополнительное храповое колесо с собачкой и подпружиненным толкателем, связанное через поворотный блок посредством гибкой связи с балансиром станкакачалки, эксцентрик с толкателем, установленный соосно с дополнительным храповым колесом, причем основное храповое колесо с собачкой закреплено о на установленных посредством упорного подшипника насосно-компрессорных трубах и связано с толкателем эксцентрика, а насосно-компрессорные трубы со стороны устья скважины снабжены верт- люгом и расположенными по их длине подшипниками (1 1.

Недостатки этой скважинной штанговой насосной установки состоят в том, что она предназначена преимущественно для эксплуатации наклонно-и правленных и искривленных скважин, сложна и. громоздка в конструктивном отношении,.а также сложна в обслуживании.

Кроме того, ее надежность невелика из-за больших динамических нагрузок, возникающих при повороте колонны на-, сосно-компрессорных труб, что может привести к авариям, например заклиниваниям. Применение этой установки связано с большими энергетическими

40 затратами, Наиболее близким техническим решением к предлагаемой является сква"

) жинная штанговая насосная установка, содержащая колонну насосных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плунжером и соединенным с ним штоком, расположенными в цилиндре, замковая часть которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство (2 j.

Недостатками такой скважинной штанговой насосной установки является низкая надежность в работе, обуслов" 55 ленная сложностью, громоздкостью и, высокой металлоемкостью конструкции, а также большими динамическими на49 2 грузками в колонне штанги и рабочей паре цилиндр-плунжер.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

Укаэанная цель достигается тем, что в скважинной штанговой насосной установке, содержащей колонну насос" ных труб с замковой опорой, колонну штанг, плунжерный насос с полым плун" жером и соединенным с ним штоком, расположенным в цилиндре, замковая часть, которого взаимодействует с замковой опорой колонны насосных труб, и поворотное устройство, последнее установлено на штоке между колонной штанг и плунжером и выполнено в виде заключенной в корпусе и сопряженной со штоком цилиндрической обоймы, нижняя часть которой жестко. связана с корпусом и плунжером, а верхняя установлена с возможностью одновременного, вращательного. и возвратно-поступательного движения в корпусе, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей обоймы выполнены зубья кулачкового профиля, стенка верхней части обоймы снабжена двумя сквозными продольными пазами, выполненными по вин" товой линии, а шток - жестко связанным с ним пальцем, заведенным в упомянутые пазы с возможностью перемещения г, них и связанным с ним дополнительным промежуточным полым штоком, соединенным с колонной штанг и закрепленным в замковой части цилиндра с возможностью осевого перемещения.

На фиг. 1 схематично представлена скважинная штанговая насосная установка, общий вид; на фиг. 2 - скважинный штанговый насос с поворотным устройством, общий вид; на фиг . 3поворот,:ое устройство, общий вид; на фиг, 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - поворотное устройство при крайнем верхнем положении верхней части обоймы; на фиг. 6 - разрез

Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - поворотное устройство при крайнем нижнем положении верхней части обоймы, на фиг, 8разрез В-B на фиг. 7 (положение эа" цепления верхней и нижней частей обоймы); на фиг. 9 - элемент зацепления зубьев кулачкового профиля обеих частей обоймы.

Скважинная штанговая насосная установка содержит станок-качалку 1 с балансиром 2, колонну насосных труб 3 с замковой опорой 4, колонну штанг 5, плунжерный насос 6 с полым

1 з 1041 плунжером 7 и соединенным с ним штоком 8, расположенными в цилиндре 9, замковая часть 10 которого взаимодействует с замковой опорой 4 колонны насосных труб 3, и. поворотное уст-; 5 ройство 11, установленное на штоке 8 между колонной штанг 5 и плунжером 7 и выполненное в виде заключенной в корпусе 12 и сопряженной со штоком 8 цилиндрической обоймы 13. Нижняя, 10 часть 14 обоймы жестко связана с корпусом 12 и плунжером 7. Верхняя часть

l5 обоймы установлена с возможностью одновременного вращательного и воз+. вратно-поступательного движения в 15 корпусе 12, причем в месте сопряжения нижней и верхней частей 14 и )5 обоймы 13 выполнены зебья 16 кулачкового профиля, Стенка 17 верхней части 15 обоймы снабжена двумя сквозными про- 20 дольными. пазами 18, выполненными по винтовой линии, а шток 8 - жестко связанным с ним пальцем 19, заведенным в пазы 18 с возможностью пере-, мещения в них и связанным с ним до- 25 полнительным промежуточным полым штоком 20, соединенным с колонной штанг

5 и закрепленным в замковой части 10 цилиндра 9 с возможностью осевого перемещения. В цилиндре 9 насоса 6 ус- 0 тановлен всасывающий клапан 21, а в полом плунжере 7 - нагнетательный клапан 22, Промежутоный полый шток 20 снабжен двумя продольными сквозными паза35 ми 23, через которые пропущен палец

24; закрепленный в замковой части 10 цилиндра 9; например, прессовой посадки. В свою очередь, промежуточный полый шток 20 через переходник соеди- 40 нен с колонной штанг 5 посредством переводника 25.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом.

При ходе вниз балансира 2 станка- . 45 качалки 1 движется вниз и вся колонна штанг 5 с промежуточным полым штоком 20, поворотным устройством ll è. плунжером 7 насоса 6. При ходе плунжера 7 вниз осуществляется процесс на-5 гнетания скважинной жидкости иэ под-, плунжерной полости в плунжерную полость (не показано) и далее в полость колонны насосных труб 3. Процесс нагнетания скважинной жидкости при движении плунжера 7 вниз проис- .. ходит только тогда, когда гидравлическое давление в плунжерной полости

749

4 равно гидравлическому. давлению в подплунжерной полости. При движении плунжера 7 вниз из-за наличия гидравлических сопротивлений в нагнем тательном клапане 21 плунжер 7 испытывает сопротивляющую нагрузку (продольную силу), направленную снизу вверх. Причем продольная сила тем больше, чем больше скорость движения плунжера 7 вниз. Эта продольная сила и используется для проворачивания плунжера 7 поворотным устройством 11 при движении вниз. При этом шток 8 поворотного устройства ll, соединенный с промежуточным полым штоком 20 начинает двигаться вниз. Причем, в самый начальный момент .движения штока 8 вниз (фиг. 5 и 6), верхняя часть 15 обоймы, имеющая в своей стенке 17 два сквозных винтовых продольных па" за 18, свободно "висит" на выступах пальца 19. При этом зубья 16 верхней l5 и нижней 14 частей обоймы 13 находятся в незацепленном состоянии.

По мере перемещения всей колонны насосных штанг 5 и штока 8 вниз верхняя часть 15 обоймы сближается с ее нижней частью 14, и они своими зубьями 16 кулачкового профиля плотно прижимаются друг к другу (фиг. 3, 4, 7, 8, 9). Это обеспечивается,тем, что верхняя часть 15 движется вниз, а нижняя 14 под влиянием продольной силы - вверх. Затем, при дальнейшем поступательном перемещении(скольжении) выступов пальца 19 штока 8 по двум сквозным продольным пазам 18, вместе с подвижной верхней частью 15 обоймы начинает перемещаться по винтовой линии (по часовой стрелке) вокруг своей оси на необходимый угол, зависящий от параметров профиля винтовых сквозных продольных пазов 16, и нижняя часть 14 обоймы вместе с корпусом 12 (фиг. 3, 4, 7, 8), т.е. в поворотном устройстве 11 плунжера 7 происходит преобразование поступательного движения штока 8 в поступательно-вращательное движение цилинд" рической обоймы 13 поворотного устройства 11. Вращательному перемещению штока 8 (и прежде всего, обратному) препятствует промежуточный полый шток 20. Этот шток, благодаря двум сквозным продольным пазам 23, через которые пропущен палец 24, закреп,ленный в замковой части 10 цилиндра 9 ,насоса 6, также перемещается вниз только поступательно. Вращательному у 104 перемещению промежуточного полого штока 20 препятствует палец 23.

Так как поворотное устройство 11 нижним концом нижней части 14 обоймы соединено с плунжером 7, последний перемещается вниз по винтовой линии и проворачивается вокруг своей оси на тот же угол, что и нижняя часть . 14 обоймы. Перемещение и проворачивание плунжера 7 вокруг своей оси 10 на необходимый угол продолжается до тех пор, пока шток 8 своим нижним торцом не упирается в нижний торец внутренней расточки нижней части 14 обоймы (фиг. 7),,а палец 19 не упи- 1 рвется в нижние концы винтовых сквозных продольных пазов 16. Затем до конца хода вниз плунжера 7 в цилиндре 9 поворотное Устройство 11 плунжера 7 движется вниз только по- 20 ступательно.

При ходе вверх балансира 2 станкакачалки 1 вверх движется и вся колонна штанг 5 с промежуточным полым штоком 20, поворотным устройством 11 и плунжером 7 насоса 6. При ходе плунжера 7 вверх осуществляется процесс всасывания скважинной жидкости из затрубного пространства в подплунжерную полость. 8 самый начальный момент 3 движения колонны штанг 5 с промежу.точным полым штоком 20 вверх, шток 8 выступами пальца 19 начинает также двигаться поступательно вверх по двум винтовым продольным пазам 18, припод1749 б нимая и проворачивая верхнюю часть 15 обоймы поворотного устройства 11 про" тив часовой стрелки. При этом зубья

16 кулачкового профиля верхней части

15 обоймы начинают соскальзывать с зубьев 16 нижней части 14 обоймы (фиг. 9). По мере перемещения штока

8 вверх зубья 16 верхней части 15 обоймы полностью выходят из зацепления с зубьями 16 нижней ее части 14, и верхняя часть 15 обоймы в обратном направлении вхолостую проворачивается вокруг своей оси. Обратное холостое проворачивание подвижной верхней части 15 обоймы в корпусе 12 вокруг своей оси против часовой стрелки продолжается до,тех пор, пока шток 8 торцом ступени большего диаметра не упирается во внутренний верхний торец корпуса 12 (фиг. 5). При этом на длину хода винтового паза 18 верхней части 15 обоймы плунжер 7 в цилиндре 9 насоса 6 двигаться вверх не будет, После того, как шток 8 своим торцом ступени, большего диаметра упирается во внутренний верхний торец корпуса 12 поворотного устройства 11, плунжер 7 в цилиндре 9 до конца хода вверх двигается только поступательно.

Использование предлагаемого изобретения повышает эксплуатационную наде;юность скважинной насоСной установки в работе, снижает энергетические затраты и улучшает условия труда и техники безопасности.

1041749

1Р

19

1Ф

104 1749

1В

11

1041749

19

17

18

1041749,йд 88ер

Составитель Э. Гинзбург

Редактор И. Касарда .Техред,В.Далекорей . КоРРектоР В, Гирняк

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7094/36