Трубный скважинный штанговый насос с укороченными цилиндром и плунжером

Изобретение предназначено для использования в нефтяной промышленности для откачивания из нефтяных скважин продукции пласта. Трубный скважинный насос, содержащий неподвижный цилиндр, подвижный плунжер с металлическими кольцами, всасывающий и нагнетательный клапаны, снабжен переходным цилиндром, предохраняющим рабочую поверхность плунжера и металлических колец от повреждения при спуске плунжера в цилиндр насоса в колонне НКТ, и переходником, установленным между колонной НКТ и цилиндром насоса для обеспечения свободного перемещения плунжера из переходного цилиндра в цилиндр насоса. Увеличивается производительность трубного насоса, снижается металлоемкость и энергия хода поршня вверх за счет уменьшения сил трения в цилиндре, вероятность прихвата поршня. 1 ил.

 

Изобретение относится к производству трубных насосов для производственных нужд.

Трубные скважинные насосы применяются на нефтяных промыслах для откачивания из нефтяных скважин продукции пласта.

Известны штанговые скважинные насосы вставные и трубные, представляющие собой гидравлические машины объемного типа, состоящие из неподвижного корпуса (цилиндра), подвижного плунжера и всасывающего и нагнетательного клапанов. Уплотнение между цилиндром и плунжером насоса осуществляется за счет высокой точности их рабочих поверхностей и регламентированных зазоров. Насосы, изготавливаемые по ОСТ 26.16.06 - 86 и по стандарту API, имеют большие габариты (по длине цилиндра).

Стандартная длина плунжера для насосов диаметром 28-44 мм составляет 991-1903 мм.

Руководство по эксплуатации скважин установками скважинных штанговых насосов в ОАО «Татнефть» РД 153-39.1-252-02 (2002 год).

Чичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983.

Известны вставные скважинные насосы, у которых вместо стандартного плунжера нашли применение укороченные плунжеры с металлическими кольцами в его верхней и нижней части для уплотнения между цилиндром и плунжером.

Длина короткого плунжера для насосов диаметром 28-44 мм составляет 280-440 мм, то есть в три-четыре раза меньше длины стандартного плунжера, и с увеличением диаметра кратность возрастает.

Журнал «Нефтяное хозяйство», 2004, №4. Минеев Б.П. Модернизация или создание нового скважинного насоса.

Данный насос выбран за прототип.

Применение в трубных вставных насосах плунжеров с металлическими кольцами позволяет снизить затраты на обработку плунжера, уменьшить металлоемкость насоса, так как уменьшаются размеры (длина) цилиндра и плунжера, практически исключаются утечки при движении плунжера в цилиндре, уменьшаются силы трения, что снижает потребление энергии приводом насоса, улучшается смазка трущихся поверхностей и снижается влияние твердых частиц, увеличивается производительность насоса за счет уменьшения длины и увеличения диаметра внутреннего канала в плунжере, снижающих гидравлические сопротивления движению жидкости через плунжер. Стоимости изготовления и эксплуатации насосов снижаются.

Для трубных насосов по конструктивным особенностям укороченные плунжеры с металлическими кольцами не применяются.

Учитывая, что при установке насосов с равными по диаметрам колоннами НКТ производительность трубного насоса выше производительности вставного насоса, применение плунжера с металлическими кольцами в трубных насосах позволит объединить преимущества трубного насоса с преимуществами насоса с укороченным плунжером с металлическими кольцами, даст дополнительные экономические преимущества.

У трубного скважинного насоса цилиндр спускается в скважину на трубах (НКТ), а плунжер с кольцами - на штангах.

При спуске плунжера в скважину возможны повреждения колец при трении о стенки труб, ударах в местах соединения между трубами.

Для решения задачи обеспечения применения укороченного плунжера с металлическими кольцами в трубном насосе необходимо обеспечить перемещение его при спуске в колонне НКТ 1 без повреждения колец и беспрепятственный вход плунжера 3 с кольцами 2 в цилиндр, так как диаметр колец плунжера в свободном (вне цилиндра) состоянии больше диаметра цилиндра трубного насоса.

Предлагаемая для решения конструкция показана на чертеже, где представлен цилиндр трубного штангового скважинного насоса 6, который соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 переходником 5. Переходной цилиндр 4 имеет замок 7 в нижней части для закрепления его в переходнике и замок 8 в верхней части для фиксации внутри его плунжера 3 с кольцами 2. Укороченный плунжер 3 в верхней и нижней частях имеет металлические кольца 2.

Рассмотрим предлагаемую конструкцию в работе.

Для исключения повреждения колец и рабочих поверхностей плунжера перед спуском по колонне НКТ плунжер 3 вставляется в переходной тонкостенный цилиндр 4 и фиксируется верхним замком 8. При движении плунжера 3 с металлическими кольцами 2 в колонне НКТ 1 во время спуска не происходит трения рабочей поверхности плунжера 3 и колец 2 о стенки труб, следовательно, плунжер и кольца не повреждаются. При достижении цилиндра насоса 6 переходной цилиндр 4 фиксируется в переходнике нижним замком 7, под действием веса колонны штанг плунжер 3 освобождается от зацепления в верхнем замке 8 и входит в цилиндр насоса 6 через направляющую переходника 5, после чего насос готов к работе.

При извлечении плунжера с кольцами 2 на поверхность во время ремонтных работ плунжер 3 поднимается и входит в переходной цилиндр 4, который под действием нагрузки срывается с нижнего замка 7 и поднимается на поверхность вместе с находящимся в нем плунжере.

Переходной цилиндр 4 представляет собой тонкостенный цилиндр с замком 7 в нижней части для закрепления его в переходнике и с замком 8 в верхней части для фиксации внутри его поршня с кольцами при спуске в колонне НКТ.

Переходник 5 представляет собой муфту, имеющую внутреннюю резьбу с обеих сторон и позволяющую соединить цилиндр насоса 6 с колонной НКТ 1, с выточкой в средней части для входа и фиксации переходного цилиндра 4 в переходнике 5.

Перед спуском поршня с кольцами по колонне НКТ в цилиндр трубного насоса он вставляется в переходной цилиндр и фиксируется верхним замком. При движении поршня в переходном цилиндре в колонне НКТ во время спуска не происходит трения рабочей поверхности поршня и колец о стенки труб. При достижении цилиндра насоса переходной цилиндр фиксируется в переходнике нижним замком, под действием веса колонны штанг поршень освобождается от зацепления в верхнем замке и входит в цилиндр насоса через направляющую переходника, после чего насос готов к работе.

При извлечении поршня с кольцами на поверхность во время ремонтных работ поршень входит в переходной цилиндр, который под действием нагрузки срывается с нижнего крепления и поднимается на поверхность вместе с поршнем.

Трубный скважинный штанговый насос, содержащий неподвижный цилиндр, подвижный плунжер с металлическими кольцами, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что он снабжен переходным цилиндром, предохраняющим рабочую поверхность плунжера и металлических колец от повреждения при спуске плунжера в цилиндр насоса в колонне насосно-компрессорных труб, и переходником, установленным между колонной насосно-компрессорных труб и цилиндром насоса для обеспечения свободного перемещения плунжера из переходного цилиндра в цилиндр насоса.