способ обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, заключающийся в том, что на установленный в нижнем конце цилиндра всасывающий клапан в виде плавающего шарика, расположенного в корпусе клапана над его седлом, воздействуют потоком добываемой жидкости, возникающего по причине разности давлений между разделенными всасывающим клапаном полостями, отличающийся тем, что работу всасывающего клапана сопровождают осуществляемой в ритме работы насоса операцией принудительного закрытия всасывающего клапана под воздействием на него дополнительного усилия, а при отказе всасывающего клапана его принудительное закрытие осуществляют путем механического воздействия на него нижним окончанием плунжера в сочетании с расхаживанием последнего.

2. Устройство для обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, в клапанной полости корпуса которого, над седлом с его держателем расположен плавающий шарик, состоящее из соединенного с насосными трубами цилиндра с центральным расположением полого плунжера, соединенного с приводной колонной насосных штанг, расположенного в нижнем конце полого плунжера нагнетательного клапана, в клапанной полости всасывающего клапана предусмотрены верхний ограничитель с проходными отверстиями для прохождения добываемой жидкости, направляющая клапана и боковые продольные выемки для прохождения добываемой жидкости, ориентированные на отверстия в верхнем ограничителе клапана, отличающееся тем, что в корпусе всасывающего клапана над его верхним ограничителем установлен толкатель клапана с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана и взаимодействия с нижним окончанием плунжера с одной стороны, а с другой - всасывающим клапаном, толкатель клапана выполнен в виде диска с проходными отверстиями, совпадающими с аналогичными отверстиями в верхнем ограничителе клапана, снабжен направленным вниз центральным стержнем, расположенным в соответствующем отверстии верхнего ограничителя клапана.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, заключающийся в том, что на установленный в нижнем конце цилиндра всасывающий клапан в виде плавающего шарика, расположенного в корпусе клапана над его седлом, воздействуют потоком добываемой жидкости, возникающим по причине разности давлений между разделенными всасывающим клапаном полостями, а также устройство для обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, в клапанной полости корпуса которого, над седлом с его держателем расположен плавающий шарик, состоящее из соединенного с насосными трубами цилиндра с центральным расположением полого плунжера, соединенного с приводной колонной насосных штанг, расположенного в нижнем конце полого плунжера нагнетательного клапана, в клапанной полости всасывающего клапана предусмотрены верхний ограничитель с проходными отверстиями для прохождения добываемой жидкости, направляющая клапана и боковые продольные выемки для прохождения добываемой жидкости, ориентированные на отверстия в верхнем ограничителе клапана (ОАО «Ижнефтемаш», Каталог «Глубинные штанговые насосы» ред.2-2001, стр.44).

При ходе штанг и, следовательно, плунжера вверх, вследствие давления жидкости на всасывающий клапан снизу и образования вакуума в цилиндре шарик поднимается с седла и жидкость, проходящая через клапан в цилиндр, заполняет его. В это время верхний нагнетательный клапан закрыт вследствие давления столба жидкости, находящегося над ним. При движении штанг и плунжера вниз нижний всасывающий клапан под давлением жидкости под плунжером закрывается, а верхний клапан открывается, жидкость выдавливается плунжером из цилиндра и идет вверх через полый плунжер и специальную клетку в пространство над плунжером, т.е. в подъемные трубы.

Эффективность работы клапанов, в том числе всасывающего клапана, на таком принципе существенно снижается и насос перестает работать при добыче высоковязкой с повышенным содержанием парафина нефти из наклонных скважин, а также при попадании в клапанный узел твердых предметов, мусора. Всасывающий клапан зависает в открытом положении и отказывает в работе.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение эффективности работы всасывающего клапана и насоса в целом.

Эта задача достигается тем, что в способе обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, заключающегося в том, что на установленный в нижнем конце цилиндра всасывающий клапан в виде плавающего шарика, расположенного в корпусе клапана над его седлом, воздействуют потоком добываемой жидкости, возникающим по причине разности давлений между разделенными всасывающим клапаном полостями, при этом работу всасывающего клапана сопровождают осуществляемой в ритме работы насоса операцией принудительного закрытия всасывающего клапана под воздействием на него дополнительного усилия, а при отказе всасывающего клапана его принудительное закрытие осуществляют путем механического воздействия на него нижним окончанием плунжера в сочетании с расхаживанием последнего.

Устройство для обеспечения работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса, в клапанной полости корпуса которого, над седлом с его держателем расположен плавающий шарик, состоящее из соединенного с насосными трубами цилиндра с центральным расположением полого плунжера, соединенного с приводной колонной насосных штанг, расположенного в нижнем конце полого плунжера нагнетательного клапана, в клапанной полости всасывающего клапана предусмотрены верхний ограничитель с проходными отверстиями для прохождения добываемой жидкости, направляющая клапана и боковые продольные выемки для прохождения добываемой жидкости, ориентированные на отверстия в верхнем ограничителе клапана, при этом в корпусе всасывающего клапана над его верхним ограничителем установлен толкатель клапана с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода клапана и взаимодействия с нижним окончанием плунжера с одной стороны, а с другой - всасывающим клапаном, толкатель клапана выполнен в виде диска с проходными отверстиями, совпадающими с аналогичными отверстиями в верхнем ограничителе клапана, снабжен направленным вниз центральным стержнем, расположенным в соответствующем отверстии верхнего ограничителя клапана.

На фиг.1 изображен продольный разрез глубинного штангового насоса на уровне всасывающего клапана в его открытом положении; на фиг.2 - продольный разрез глубинного штангового насоса на уровне всасывающего клапана в его закрытом положении; на фиг.3 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.4 - вынесенное сечение на фиг.1.

Корпус 1 (фиг.1) всасывающего клапана через муфту 2 и удлинительный ниппель 3 соединен с цилиндром (не показан). В клапанной полости 4 (фиг.4) расположен (запорный элемент) клапан 5 в виде шарика, размещенного над седлом 6 с его держателем 7. Верхний ограничитель 8 всасывающего клапана установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода 9 клапана 5. Клапанная полость 4 имеет направляющую 10 (фиг.4) клапана и боковые продольные выемки 11 для прохождения добываемой жидкости, контур которых соответствует наружной образующей поверхности 12 (фиг.3) верхнего ограничителя 8. Пределы движения верхнего ограничителя 8 определяются соответствующими выступами 13, 14 на корпусе 1, находящимися во взаимодействии с опорными ушками 15 верхнего ограничителя 8, снабженного отверстиями 16 для прохождения жидкости.

В нижнем конце плунжера (не указан) установлен нагнетательный клапан 17 в виде свободно плавающего шарика над седлом 18 с его держателем 19, которым оканчивается плунжер. При этом габариты держателя 19 седла 18 подобраны так, что при подгонке плунжера последний имеет возможность механического воздействия на верхний ограничитель 8 всасывающего клапана.

Устройство работает следующим образом.

При движении плунжера вверх нагнетательный клапан 17 (фиг.1) под давлением столба жидкости, находящейся над клапаном, закрывается, а в подплунжерной полости создается разрежение и всасывающий клапан 5 вместе с подвижным верхним ограничителем 8 под давлением пластовой жидкости открывается. Подплунжерная полость заполняется добываемой жидкостью через всасывающий клапан: через седло 6, боковые выемки 11 корпуса 1 и отверстия 16 верхнего ограничителя 8. При этом верхний ограничитель 8 движется до соприкосновения с выступом 13, предусмотренным в корпусе 1, пройдя путь не более чем рабочий ход 9 всасывающего клапана 5.

При движении плунжера вниз верхний ограничитель 8 (фиг.2) со всасывающим клапаном 5 под действием их суммарного веса и столба жидкости над ними опускаются вниз и всасывающий клапан 5 закрывается, а нагнетательный клапан открывается. Опорное ушко 15 упирается об выступ 14 корпуса 1, ограничивая путь верхнего ограничителя 8. Такое ограничение хода верхнего ограничителя обуславливает нормальное распределение нагрузки, приходящей за счет веса колонны насосных штанг, как при подгонке плунжера, и предохраняет клапанный узел от поломки. При этом верхний ограничитель наружным контуром своего нижнего торца соскабливает со стенок клапанной полости 4 (фиг.4) все, что может оказаться на его пути (парафин, различного рода мусор и т.п.), подводя это содержимое ближе к зоне открытия клапана 5 с тем, чтобы вынести его из клапанной полости при очередном открытии всасывающего клапана. Далее процесс повторяется.

При добыче нефти с повышенным содержанием парафина верхний ограничитель может зависнуть и застрять в открытом положении. Тогда всасывающий клапан превращается в клапан известного классического исполнения с неподвижным верхним ограничителем и свободно плавающим шариком. Не исключено, что такой сам по себе преобразованный всасывающий клапан может отказать в работе и зависнуть, особенно по причине простоев скважин и отложения парафина при этом. В таких случаях у глубинного штангового насоса с предложенным всасывающим клапаном есть возможность запустить его в работу, не привлекая службу подземного ремонта и т.п. Для этого необходимо перецепить канатную подвеску на устьевом штоке (не показаны) так, чтобы при движении колонны насосных штанг вниз плунжер своим нижним окончанием, т.е. специальным держателем седла 19 нагнетательного клапана 17 (фиг.2), под механическим воздействием на верхний подвижный ограничитель 8 мог закрыть прилипший в верхнем положении всасывающий клапан 5 (фиг.1). А при движении плунжера вверх всасывающий клапан открывается и промывается. Такой способ расхаживания плунжера продолжается до появления подачи насоса. Канатная подвеска на устьевом штоке устанавливается в прежнее положение, и штанговая насосная установка запускается в работу.

Использование изобретения позволит повысить эффективность работы всасывающего клапана и насоса в целом, рентабельность добычи нефти за счет сокращения подземных ремонтов скважин, связанных с их реанимацией.