Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_13202
.pdf
вызывать то, что обычно называют «засыпанием песком».
Ещё одной важной задачей является обеспечение надёжной фиксации между силовым клапаном и поршнем в
течение определённых участков хода поршня, чтобы надёжно удерживать клапан в одном из двух положений,
в которых отверстия открыты для подачи рабочей жидкости.
Еще одной важной задачей является создание конструкции, в которой будут использоваться трубчатые
элементы стандартных размеров, чтобы многие детали насоса могли быть изготовлены из холоднокатаных
элементов, производимых их изготовителями и хранящихся на складе для различных целей.
Другие объекты и преимущества будут описаны в прилагаемом подробном описании. 55 Прилагаемые
чертежи иллюстрируют изобретение:
На рисунке 1 представлен вид сбоку, частично в разрезе, бесштокового насоса, изготовленного в
соответствии с положениями изобретения № 60. Насос изображен короче по отношению к своему диаметру,
чем обычно используется на практике, чтобы сузить поле зрения.
Рисунки 2, 3, 4, 5 и 7 представляют собой увеличенные продольные сечения различных частей насоса,
показанного на рис. 1, которые были сделаны последовательно и представляют различные
последовательные участки от верхнего конца насоса до нижнего конца. 70 Рисунки 8, 9 и 10 представляют
собой горизонтальные сечения по линиям, обозначенным соответственно 8-8, 9-9 и 10-10 (рис. Y. 2). Рисунок
11 представляет собой горизонтальный разрез по линии, обозначенной цифрой 11-41 на рис. 5. 7 Рисунки 12,
1 и 14 представляют собой горизонтальные сечения по линиям, обозначенным соответственно на рисунках
12-12, 13-13, 14-14 (рис. 6).
Рисунок 15 представляет собой горизонтальный разрез по линии, обозначенной цифрой 1,5-45 на рис. 7. 80
Fi1ur1 16 представляет собой горизонтальный участок на линии, обозначенной 1f-16 на рис. 4.
На рисунке 17 представлена схематическая иллюстрация зон перепада давления насоса. 85 На чертежах
клапанный полый или трубчатый плунжер насоса обозначен цифрой 20, а клапанный рабочий цилиндр, в
котором работает указанный плунжер, — цифрой 21. Следует понимать, что может быть использован
подходящий тип рабочего ствола с клапаном и плунжера с клапаном. Однако тип, показанный на чертежах и
который будет подробно описан далее, имеет особые преимущества, которые будут упомянуты ниже. 95
377,946 В нижний конец рабочего ствола 21 ввинчивается трубчатый корпус клапана 22, который вблизи
своего верхнего конца снабжен внутренним кольцевым скошенным седлом 23, к которому прилегает затвор
клапана 24, который в данном случае выполнен в виде пробки. Следует отметить, что клапан 24 закрывается
вверх на седле 23 и открывается вниз. Открытие затвора 24 ограничено упором 2а, который в данном случае
выполнен в виде стержня или штифта, проходящего поперек канала ствола 22 и имеющего противоположные
концы, закрепленные в указанном корпусе. В данном случае рабочий ствол выполнен из секций, которые
удерживаются в собранном виде благодаря тому, что нижняя секция 26 навинчена в нижний конец трубчатой
оболочки 27, а верхняя секция 28 навинчена в верхний конец указанной оболочки.
Насос закрыт с нижней стороны полусферической крышкой 29, которая привинчена к нижнему концу секции
26.
Рабочий цилиндр 21 отстоит от рубашки 27, образуя кольцевой канал, в который жидкость может поступать из
крышки z29 через один или несколько вертикальных каналов 31 в секции 26. Корпус 22 выступает ниже
нижнего конца секции 26 в крышку 29 и снабжен одним или несколькими горизонтально открывающимися
отверстиями 32, так что жидкость может свободно поступать внутрь крышки 29 из корпуса клапана 22.
Клапан 22 и затвор 24 вместе образуют ножной или стоячий клапан, и следует отметить, что конструкция
указанного клапана позволяет нижнему концу плунжера приближаться к седлу 23 на относительно небольшое
расстояние, так что при опускании плунжера практически вся жидкость в рабочем цилиндре под ним будет
вытеснена из этого рабочего цилиндра.
В нижней части плунжера имеется седло клапана 33, к которому прижимается запорный элемент клапана 34,
который в данном случае выполнен в виде конусообразной пробки, предназначенной для установки на седло.
Затвор 34 снабжен штоком 35, который перемещается в направляющей 36. Следует отметить, что клапан 34
закрывается вверх на свое седло и открывается вниз. — Открытие — движение клапана 34 ограничено
выступом 37 на штоке 3-5, входящим в зацепление с верхней поверхностью направляющей 36.
Жидкость поступает в насос через один или несколько портов 38 в стволе (секция 28), при этом порты 38
предпочтительно расположены под наклоном вниз и внутрь, чтобы любой газ, стремящийся выйти между
рабочим стволом и плунжером при движении плунжера вниз, легко проходил через порты 38 в масляный
корпус, находящийся вне насоса, так что указанный газ не будет мешать работе насоса. 70 Для плунжера 20
предусмотрено подходящее средство управления, и в данном случае это средство выполнено в виде
двигателя, обозначенного в общем виде символом «ji3, 3», и в данном случае двигатель приводится в
действие давлением жидкости, например, жидкостью, которая подается с поверхности земли в насос другим
насосом, не показанным на рисунке, на поверхности. 80 Масло является очень подходящей средой для
работы двигателя, конструкция которого выглядит следующим образом: имеется цилиндр 40, который в
данном случае имеет секционную конструкцию, и секции удерживаются в собранном виде 85 благодаря тому,
что нижняя секция 41 ввинчивается в промежуточный трубчатый элемент 42, а верхняя секция 46
ввинчивается в верхний конец указанного элемента 42.
Трубчатая оболочка 413 90 окружает трубчатый элемент 42 и отстоит от него, образуя кольцевой канал 44.
Трубчатый элемент 42 расположен на некотором расстоянии от цилиндра 40, образуя кольцевой канал 45 для
жидкости. Нижний конец канала 45 (95) сообщается с каналом ствола насоса через отверстие или отверстия
451.
Нижний конец секции оболочки 43 привинчен к верхнему концу секции ствола 28, а верхний конец указанной
секции оболочки 43 привинчен к соединительному элементу 46, который соединяет секцию оболочки 43 с
секцией оболочки 82.
Наружный диаметр секции 41 ствола 105 меньше внутреннего диаметра оболочки 43, образуя кольцевое
пространство 47, которое соединяет канал 44 с кольцевым каналом 48, расположенным между оболочкой 43 и
трубчатой направляющей кромки 49 для штока 50, соединяющего плунжер с поршнем двигателя 51. В данном
случае направляющая штока 49 имеет секционную конструкцию, и секции плотно прилегают друг к другу
благодаря тому, что верхняя направляющая секция входит в зацепление с нижней цилиндрической секцией
41, а нижняя направляющая секция входит в зацепление с верхней секцией ствола 28.
Нижний конец канала 48 соединяется с верхним концом канала 30 через вертикальное отверстие или
отверстия 481 в ствольной секции 28. Порты 481 расположены со смещением относительно портов 38 таким
образом, чтобы избежать перекрытия указанных портов 38. Шток 50 включает в себя относительно длинную
или трубчатую секцию 52, элемент 53, ввинченный в нижний конец элемента 52, и элемент 54, ввинченный в
верхний конец указанного элемента 52. 130 377,946 Нижний конец штока 53 заканчивается головкой 55,
которая заключена между внутренними выступами 56, 57 в плунжере. Диаметр головки 55 в этой точке
немного меньше внутреннего диаметра плунжера, так что самопроизвольное прилегание плунжера к
рабочему стволу может легко происходить независимо от того, выровнен ли шток с плунжером или нет.
Иными словами, головка 55 и плечи 56, 57 образуют свободное соединение между поршнем и штоком,
обеспечивающее самовыравнивание. Головка 55 сплющена по бокам, чтобы обеспечить прохождение
жидкости мимо этой головки внутри поршня.
Кормовая часть 54 соединяется с поршнем 51 благодаря тому, что верхняя часть этой части 54 заканчивается
головкой 58, которая заключена между выступами 59 и 60, предусмотренными в поршне. Поршень снабжен
камерой 61, в которой находится витая пружина 62, окружающая трубчатую направляющую пружины 63 между
нижним седлом пружины 64 и верхним седлом пружины 65.
Опора пружины 64 опирается на полый элемент 66, образующий плечо 59.
Подпружиненное седло 65 имеет трубчатую форму и окружает секцию штока 67, которая ввинчивается или
иным образом крепится своим нижним концом к подпружиненному седлу 64. Таким образом, между опорами
пружины 64 и 65 может происходить относительное движение для сжатия и расширения пружины. Опора
пружины 65 сплющена по бокам, чтобы обеспечить прохождение через нее рабочей жидкости.
Секция 67 стержня, в данном случае стержень, находится в телескопическом соединении с другой секцией 68
стержня, которая в данном случае имеет трубчатую конструкцию и снабжена через равные промежутки
практически по всей своей длине отверстиями 69. Вблизи верхнего конца шток 67 снабжен кольцевым
выступом 70, предназначенным для зацепления с кольцевым выступом 71 в нижнем конце штока 68, когда
поршень перемещается в нижнее положение хода, чтобы потянуть шток 68 вниз и, таким образом, привести в
действие регулирующий клапан 72, который привинчен или иным образом закреплен к верхнему концу
указанного штока 68.
Клапан 72 имеет скользящий тип и снабжен по периметру кольцевым каналом 73, который в нижнем
положении предназначен для сообщения своим верхним концом с отверстием или отверстиями 74 в корпусе
клапана 75, снабженном отверстием 76, по которому скользит клапан OG 72. В этом положении нижний конец
канала 73 сообщается с расширенной частью канала 77 в корпусе клапана 75. Когда указанный клапан
находится в самом верхнем положении, верхний конец канала 73 совпадает с a.
Отверстие или отверстия 78, расположенные горизонтально в корпусе клапана 75, и в этом верхнем
положении клапана 72 указанный клапан перекрывает сообщение между каналом 73 и камерой 77, а нижний
конец 70 канала 73 совпадает с отверстиями 74. Корпус клапана 75 снабжен вертикальным отверстием или
отверстиями 79, которые сообщаются своими нижними концами с камерой 77, а своими верхними концами с
отверстием 80 соединительного элемента 81, который ввинчивается в верхний конец секции рубашки 82,
нижний конец которой ввинчивается в верхний конец секции цилиндра 46. Порты 79 расположены в
шахматном порядке относительно портов 74 и 78, чтобы избежать столкновения с последними упомянутыми
портами.
Соединительный элемент 81 снабжен вертикальным отверстием или отверстиями 83, которые сообщаются
своими верхними концами с расширенным отверстием 85 части 84 соединительного элемента Si и которые
сообщаются своими нижними концами с кольцевым каналом 85, расположенным между корпусом клапана 75
и рубашкой 82 и соединяющимся с каналом 88.
Порты 78 соединяют проход с отверстием 76 корпуса клапана 75.
Внешние концы портов 74 сообщаются с кольцевым каналом 86 95, который находится между корпусом
клапана 75 и восходящим удлинителем 87 муфты рубашки 46, в который этот удлинитель ввинчивается.
Нижний конец кольцевого канала 85 сообщается через 100 вертикальных портов 88 в соединительном
элементе 46 с кольцевым каналом 44. Нижний конец кольцевого канала 86 соединяется с кольцевым каналом
45 через кольцевой канал 89, который 105 существует между муфтой 46 и корпусом клапана 75.
В данном случае, секция штока клапана 68 состоит из элементов с различными наружными диаметрами, и
предусмотрено средство для фиксации нижнего из указанных элементов 90 в двух различных положениях
относительно удлинителя 95, причем указанное фиксирующее средство может быть разблокировано
движением поршня. 4115 В данном случае это фиксирующее устройство выполнено следующим образом:
элемент снабжен верхним и нижним наружными кольцевыми скошенными выступами 91, 92. Для
избирательного зацепления с выступами 91, 92 120 расположен шариковый фиксатор или фиксаторы 93,
которые размещены в отверстиях 94 в трубчатом нисходящем продолжении 95 корпуса клапана 75,
составляющем верхнюю головку цилиндра. 125 Этот удлинитель 95 расположен на некотором расстоянии от
штоковой секции 68, образуя кольцевой канал 96, с которым сообщаются порты 69, а верхняя часть
удлинителя 95 снабжена портами 97–130, позволяющими жидкости поступать и выходить из пружины 62
после плеч 70, 71 цилиндра над штоком.
В данном случае поршень цилиндра насоса, секция 41, включает в себя три трубчатых элемента, которые
расположены внутри цилиндра, в котором находятся наружный элемент 107 с закругленными краями,
ввинченный в нижний конец кольцевых выступов, и верхний элемент 108, который ввинчивается в цилиндр
107, и элемент 109, фиксирующий поршень, который ввинчивается в цилиндр 108. Плечо 91, таким образом,
блокирует шток клапана Menal er 107, на определенном расстоянии, 75 wn - 108, a-re расположены на
некотором расстоянии от части a,-,ainst--a"drd движения. На элементе --- ке поршня: плечо 99 элемента 109
образует кольцевой адаптер для перемещения фиксаторов 93 внутрь через канал 110, который передает
сигнал для прижима стопорного кольца 92, чтобы предотвратить - Нижний конец цилиндра с движением
клапана 12 вниз - вертикальный дуэт в элементе 109.
80 Плечо 98 находится около верхнего конца нижнего конца воздуховода 111, соединяющего его с цепью
клапанов 119, и оно образовано шаровым клапаном 113, который закрывает верхнюю торцевую стенку
кольца, направленную вниз на седло 114 в верхнем внутреннем углублении 09-91 в поршне. Оно будет
расположено на порту 115, который сообщается через свой порт 85. Следует отметить, что когда поршень
приводится в движение, нижний конец проходит через проход 48.
вниз, так что плечо 99 заставляет часть 84 муфты, имеющую отверстие, зафиксировать фиксаторы 93 в
заблокированном положении. Указанный элемент R имеет резьбу 116, так что фиксаторы удерживаются в
нужном положении. Запорная трубка может быть легко соединена с внутренним торцом поршня, указанного
coiiD3,iii- rneijbcr, до тех пор, пока плечо D8 не пройдет ниже уровня фиксаторов. Понятно, что путем
соответствующей упаковки уровень фиксаторов. - Плечо -98 представляет собой пространство между
оболочкой насоса и корпусом, образованное концом внутренней обсадной трубы, не показанной на рисунке;
корпус также самозатягивается, самозатягиваясь, 992 в верхнем конце может использоваться для проведения
потока 00, углубление позволяет вытеснять жидкость из скважины, которая перемещается наружу, чтобы
обеспечить обратную связь. Даже трубка не будет использоваться.
-n --- Уменьшенная диаметральная часть 117--- --t-he Аналогично, поршень приводится в движение -w--rdl---t -f
поршня на 'Main- - coiipiiii. -.1iJ внутренний холостой ход o t элемент 51 имеет резьбу для катушки-'earns that-
detests 93 in ickkilig -position- - соединение с насосом или - -Mh -ant- c-- --Ted6S 99-1 fegisters--- -с --:tiiacaroni,
который является термином Grdinc 100 ---detente - 93, после чего указанные фиксаторы обычно используются
для обозначения небольших ри- 0 -движутся наружу в -разблокирующие - трубки -используются, в некоторых
случаях, для положения- Расстояние между плечами - кабелепроводом - ' обеспечивает подачу жидкости к
насосу от 98, 991 -5aiffic-i len-t для обеспечения полного хода - -поверхности -6земли. Сополимер в Js
обеспечивал v, седло клапана - поршня. - элемент 81 а Элемент 90 снабжен --- - одним или -1180 11 Который
приспособлен для потери шарика ts,;I0G- - он-- f_.a обычно предотвращает силовой _t -клапан 119, или более
порцию o_ perini -- oinfl _x и h- поршень wke fil' d -входящий, отверстие корпуса клапана -nu QT - n ui 1v Ahe pist
-up cl d xespec- 75-an moves- -an own -echoln 91} isrOV1 MU x th:e forepin it will -be $pen that T13.6 -stein d _d r
om near--its--low-e-r endhw-ith -a shoulder 101 the -c-ylinder-and pump -lba-rrel are conCD!:g 9-c- может он -
насосный цилиндр к -b-ut-.hiei&10 адаптирует -a 2---соединен--кðe: с t Ibrinedi в этот момент 1 самый --,in(
-t-hat--снаружи него и r,6, hy нижний конец - - мощность - - t, a et a, что Q5 jo--ils t he wi h a, J ck,nd 0 t re 50= in
-ov n Jacke -ward efnent--- клапана 72. -Указанный -tli-e A- и цилиндр и fie o a e -с ним- в пространстве
находится в соединении с th& neentri the-rea-b-atmient 102, когда плечо 92 находится - внутри, трубчатый
элемент 42 так, чтобы соединиться с -фиксаторами 93.
DownWar ioxm — кольцевой проход, верхнее движение — посредством iorti n f wliibh lief, между thineinber of the
yalve T2 is- limited :amn-ular-. slouldef - 103------011 49- и - оболочка, промежуточный - r 55- внешний,--- o--90
внутренний, -tion i'befv,-6elS TY, -- - стержневая секция _n- зацепляющаяся 1 венозный -рулевой- 49 и
абатмент ID4 - - - t et, кольцевой- an he -iexieiision-.1 a cl--,anid the}(}her -portion bf'tv-eep the h he, оболочка s:
ouldell 103 engagghs tabut---- p-bairel a -and, f arther -9C T. - - n - -- - al t em of the v.
мент -10-4 W s]16,н-лд-ер-- 91, это, сцен -то-11c- ---Is MOTO 11-что st VC Jdo -re.,--ister with- ihe--(lbtefits -98. -
72 - -CO prises -Sections in shiftable rla-with an t d w --- Ii -25 is- provided fi6n to one another, c one conn -ec e U
---ex-teriia-1 itunrat -should(it- 10.5 -adapted to ---the vuly. e12 and -other.1dapted-to be ul h the piston on its up
stroke by ann aT -engo (.1 -a - enwage e- 1 that-said stem pi, onCIP of st when A compr-es th Tring, ani 65- piston
descends, -to effeet r65116n of -are p Se6tions rovided With the sho _s 377,946 5 7 0, 71 adapted to engage on the
down stroke of piston to compress the spring.
Описанное выше изобретение работает следующим образом: при обычной работе насоса жидкость под
давлением, например, чистое масло, будет выталкиваться вниз по трубке или другому трубопроводу 120, и,
если предположить, что клапан 72 находится в верхнем положении и зафиксирован в этом положении
фиксаторами 93, входящими в зацепление с выступом 92, рабочая жидкость будет протекать через отверстия
79 в камеру 77, мимо нижнего конца клапана 72 в верхний конец канала 96 и через отверстия 69 в отверстие
верхней части штока 68 и через отверстия 97, перемещая таким образом поршень вниз. Когда поршень
начинает опускаться, выступ 99 вдавливает фиксаторы 93 внутрь, заставляя их защелкиваться на выступе 92,
тем самым предотвращая падение клапана 72 после того, как поршень опустится на достаточное расстояние,
чтобы обеспечить плавное расширение пружины 62. Масло или другая перекачиваемая жидкость, пока
поршень движется вниз, будет поступать в отверстия 38 из V-образного углубления и поступать в полый
плунжер.
В начале хода поршня вниз, при движении поршня вниз, клапан 34 закрывается за счет перепада давления,
выталкивая масло под поршнем в нижней части или всасывающей камере цилиндра насоса мимо запорного
клапана 24, затем через отверстия 32 в крышку 29, затем вверх через отверстия 31 в канал 30, затем через
отверстия 481 в канал 48, затем через канал 47 в канал 44 и затем в канал 86. Во время хода поршня вниз,
рабочая жидкость, находящаяся в цилиндре под нижним концом поршня, выталкивается через отверстия 451
в канал 45 и проходит вверх через этот канал, затем через канал 89, затем через канал 86, затем через
отверстия 74 в клапанный канал 73 и затем через отверстия 78 в канал 85, где она смешивается с
перекачиваемой жидкостью. вошла в указанный проход из портов 88. Затем смешанные перекачиваемая и
рабочая жидкости будут течь вверх через отверстия 83 в более широкую часть соединительного элемента 84,
а оттуда вверх по трубке насоса 121, если такая трубка используется для этой цели.
или иным образом, поднимаясь вверх через скважину к поверхности земли.
Когда нижний конец поршня достигнет точки примерно в трех дюймах над нижним концом цилиндра, выступы
70, 71 войдут в зацепление, удерживая таким образом нижнюю опору пружины в неподвижном положении.
Затем плечи 105, 106 входят в зацепление при дальнейшем движении поршня вниз, сжимая таким образом
пружину 62 между седлами пружины 64, 65. После сжатия пружины дальнейшее движение поршня вниз
приведет к тому, что выступ 92 окажется напротив углубления 992, после чего выступ 92 вытолкнет
фиксаторы 9.3 наружу, позволяя пружине 62 переместить клапан 72 в нижнее положение, тем самым
перекрыв подачу рабочей жидкости в канал 96. После этого поршень и плунжер остановятся. 80 Находясь
теперь в положении, показанном на чертежах, клапан 72, рабочая жидкость проходит из камеры 77 через
канал 7g3, затем через отверстия 74 в канал 86, затем через канал 85, затем через канал 89, затем через
канал 45, затем через отверстия 451 в нижний конец цилиндра, создавая восходящее давление на нижний
конец поршня, который, соответственно, поднимается вверх, увлекая за собой плунжер насоса.
По мере подъема плунжера он стремится создать частичный вакуум внутри цилиндра насоса под клапаном
34, тем самым закрывая клапан 95 24 и открывая клапан 34, в результате чего масло, попавшее в плунжер
через отверстия 38, поступает в цилиндр насоса под клапаном 34.
По мере подъема поршня рабочая жидкость 100, находящаяся над поршнем, будет выталкиваться через
отверстие 97 в канал 96, затем через отверстия 69 в шток клапана, а также через отверстия 100 в полый шток
105. От штока жидкость проходит через некоторые отверстия 69 в канал 96, а из указанного канала 96 обратно
в шток через другие отверстия 69; затем через клапан 72 110 в верхнюю часть корпуса клапана 75, затем
боковым образом через отверстия 78 в канал 85, затем через отверстия 83 и далее из скважины через
насосную трубу или обсадную трубу, 115 в зависимости от случая. Когда поршень поднимается, достигая,
например, трех дюймов от верхнего края своего хода, пружинное седло 65 входит в зацепление с нижним
концом секции штока 68 ^20, тем самым сжимая пружину 62.
После сжатия пружины дальнейшее движение поршня вверх приведет к тому, что углубление поршня 991
совпадет с выступом 91, и, соответственно, расширяющая сила пружины 42 переместит шток клапана вверх
до тех пор, пока выступ 92 не совместится с фиксаторами 93. Клапан 72 в этом верхнем положении
перекрывает подачу рабочей жидкости в порты 74, и это завершает один цикл:
насос. Затем цикл будет повторяться до тех пор, пока рабочая жидкость подается к насосу.
1
Если по какой-либо причине насосу будет разрешено прекратить свою работу, и в таком случае, если
заполнение насоса песком препятствует его запуску, то, подавая рабочую жидкость описанным выше
способом, рабочая жидкость будет подаваться в насос в обратном направлении, то есть через трубки насоса
или шланги, в зависимости от ситуации.
Предположим, что насос остановился, а клапан 72 находился в нижнем положении. В этом случае рабочая
жидкость будет поступать – как описано выше для перекачиваемой жидкости – до тех пор, пока указанная
рабочая жидкость не поступит в канал S8. В этом канале рабочая жидкость будет проходить через отверстие
115 мимо клапана 11.3 в камеру клапана 112, затем через отверстие 11, затем через канал 110 в отверстие
цилиндра под поршнем, стремясь таким образом поднять поршень вверх, если он не находится в верхнем
положении своего хода.
В то время как поршень 15 движется вверх, поток рабочей жидкости над ним направлен в противоположную
сторону по сравнению с тем направлением, которое он имел для вызывания хода поршня вниз, как при
нормальной работе насоса, описанной выше. Если насосный механизм не реагирует быстро, когда рабочая
жидкость подается в обратном направлении, направление подачи рабочей жидкости снова изменится на
противоположное путем подачи ее в трубку 120, и этот альтернативный способ подачи рабочей жидкости
будет повторяться столько раз, сколько необходимо для разрыхления уплотненного песка или грязи в насосе
в достаточной степени для обеспечения нормальной работы насоса, как описано выше.
- Очистка насоса таким способом.
Результат: даже кратковременное возвратно-поступательное движение поршня позволит жидкости
достаточно перемещаться, чтобы вымыть песок или ил из насосного механизма.
Производственный узел, или, другими словами, насосный цилиндр с обратным клапаном и плунжер с
клапаном, во всех отношениях отличается от обычных типов скважинных насосов, приводимых в действие
штангами, как это широко распространено на нефтяных месторождениях. В обычном насосе плунжер снабжен
напорным подвижным клапаном p, расположенным либо на его верхнем, либо на нижнем конце, а на нижнем
конце корпуса насоса находится неподвижный клапан. Когда насосные штанги поднимаются вверх для
подъема.
Поршень вытесняет жидкость выше указанного поршня, в результате чего откачиваемая жидкость вытекает из
устья скважины.
По мере движения поршня вверх, та часть ствола, которая находится ниже поршня, превращается в канал
низкого давления, который принимает заряд жидкости из скважины через неподвижный клапан. Поскольку вся
нефть, добываемая из скважин, содержит определенное количество газа, который испаряется при
пониженном давлении или перемешивании, всасывающая камера насоса старого типа, как правило, не
полностью заполнена нефтью! но содержит также газ, давление которого прямо пропорционально давлению
гидростатического напора в обсадной трубе скважины, поскольку давление породы — это сила, заполняющая
всасывающую камеру. 80 По мере движения поршня вниз, регулирующий клапан закрывается, и газ во
всасывающей камере сжимается под действием веса буровой колонны до тех пор, пока давление жидкости во
всасывающей камере не станет немного выше давления масла в трубах насоса, по которым перекачиваемое
масло поднимается на поверхность. Когда в камере всасывания достигается такое давление, подвижный
клапан открывается, и движущийся вниз поршень поднимает газ и масло вверх.
Когда поршень снова начинает движение, подвижный клапан закрывается вниз, и сжатая жидкость из
всасывающей камеры G5 становится частью столба жидкости в трубке насоса над поршнем. Сжатие
газифицированной жидкости во всасывающей камере при каждом ходе поршня вниз представляет собой
существенную потерю производительности насоса и мощности, приводящей его в действие.
Еще одна серьезная потеря, которая происходит в используемых в настоящее время насосах с приводом от
штанги, связана с тем, что обычно называют «газовой пробкой» во всасывающей камере.
Для борьбы с этой нежелательной проблемой с насосами используются различные типы масло- и
газоотделителей или газовых анкеров. Функция газового якоря HG заключается в отделении свободного газа
от масла до того, как масло попадет во всасывающую камеру насоса. Работа газового якоря вполне
удовлетворительна в том, что касается его воздействия на свободный газ J45, однако газовый якорь, будучи
прикрепленным к нижнему концу насоса и, соответственно, подверженным давлению, существующему в
скважине, не может удалить из насоса тот газ, который отделяется от нефти после попадания в камеру
всасывания при пониженном давлении внутри этой камеры, или тот газ, который отделяется от нефти путем
перемешивания.
Предположим, например, что в насосе старого типа i2r зазор между плунжером и корпусом насоса составляет
0,02 дюйма. В этом случае при ходе поршня вверх масляное уплотнение между плунжером и корпусом насоса
должно выдерживать статическое давление всего столба жидкости, поднимаемого плунжером через трубу
насоса, которое, например, в скважине глубиной 5000 футов достигает приблизительно 2000 фунтов на
квадратный дюйм.
Масло в зазоре служит непроницаемым уплотнением и смазкой для движущегося вверх плунжера, при
условии, что перемешивающее движение плунжера не приводит к высвобождению каких-либо газов из масла,
образующего уплотнение. Однако обычно происходит высвобождение газа из уплотнения, и по мере
высвобождения газа давление над плунжером препятствует его движению вверх, и, соответственно, газ в
уплотнении стекает вниз по мере движения плунжера вверх, в результате чего в камеру всасывания поступает
объем газа высокого давления, который стремится удерживать запорный клапан в закрытом состоянии, что
приводит к так называемой газовой пробке. Такая газовая пробка не может возникнуть при использовании
описанного выше плунжера и рабочего ствола для бурения, поскольку подвижный клапан плунжера
открывается вниз по мере подъема плунжера и закрывается вверх по мере его опускания, а перекачиваемая
жидкость выкачивается из рабочего ствола через стоячий клапан под давлением, создаваемым плунжером
вниз, и указанный стоячий клапан, пока плунжер находится только в верхнем положении, удерживается в
закрытом положении гидростатическим напором жидкости в скважине, который прижимается к нижней
поверхности стоячего клапана.
Соответственно, при движении поршня вверх в камере всасывания под поршнем возникает зона низкого
давления 4n, которая заставляет жидкость из скважины течь вниз через детали 38, через поршень и выходить
через подвижный клапан 34 в камеру всасывания.
Если предположить, что описанный выше насосный цилиндр с клапаном и поршень с клапаном, являющиеся
предметом данного изобретения, установлены в скважине на глубине 5000 футов с зазором между поршнем и
плунжером в 0,002 дюйма, при этом поршень является неподвижным, то рабочая жидкость подается на
нижнюю сторону поршня, приводя его в движение вверх.
Это приводит к образованию зоны низкого давления во всасывающей камере между поршнем и закрытым
стоячим клапаном.
Соответственно, через отверстия 38 будет происходить поток масла в плунжер и мимо клапана 34 в камеру
всасывания. Любой свободный газ, содержащийся в камере всасывания, естественно, стремится к верхнему
концу камеры непосредственно под поршнем, и, поскольку дополнительное давление на этот газ создается
следующим движением поршня вниз, любое проскальзывание жидкости, которое может произойти между
поршнем и рабочим стволом, приведет к потоку этой жидкости из камеры всасывания, мимо поршня, вверх и
наружу через отверстия 38 в обсадную трубу скважины. Когда плунжер достигает нижнего конца своего хода
вниз, следует отметить, что его конец может приблизиться к стоячему клапану на расстояние, близкое к
дюйму (75 мм), так что всасывающий канал практически полностью освобождается от перекачиваемой
жидкости, и отсутствует мертвое пространство для накопления газа высокого давления, как это происходит в
более старых типах насосов, в которых используется стоячий клапан, работающий внутри клетки.
Таким образом, исключается любое сопротивление притоку жидкости в камеру всасывания во время такта
всасывания насоса, вызванное сжатым газом, как это происходит в насосах более старых типов. В
упомянутом выше насосе старого типа клапанная клетка занимает от четырех до восьми дюймов
пространства внутри камеры насоса (90 p11w)), и поршни должны быть прижаты плунжером в указанном
пространстве.
Произошло срабатывание газовой утечки, давление газа на пусковом клапане увеличивается до тех пор, пока
поршень не поднимется до уровня, позволяющего пусковому клапану открыться. Таким образом, в течение
большей части хода поршня вверх по всасывающему каналу фиксатор закрыт, что, конечно же, снижает
эффективность работы насоса на 100%.
Такое состояние обычно называют частичной газовой пробкой, и оно не может существовать в описанном
выше насосе.
При описанной выше конструкции можно использовать такие соотношения рабочих поверхностей поршня и
плунжера, которые обеспечат практически сбалансированное состояние, при котором потребление энергии
при движении поршня вверх и вниз будет практически одинаковым, и этот насос, хотя и снабжен только одной
всасывающей камерой, является двухсторонним, поскольку обеспечивает практически равномерный поток
жидкости из насоса. Балансирующий эффект достигается путем отвода рабочей жидкости под поршнем в
столб жидкости, выталкиваемый из всасывающей камеры при движении поршня вниз, и путем отвода рабочей
жидкости в указанный столб жидкости над поршнем при движении поршня вверх. Нижняя поверхность поршня
имеет меньшую площадь, чем верхняя, из-за наличия соединительного штока 52, 1, 53, 54.
В настоящее время используется следующее соотношение рабочих поверхностей поршня и плунжера: На
рис. 17 верхняя поверхность поршня имеет диаметр 2,25 дюйма и площадь 3,97 дюйма; нижняя поверхность
поршня имеет тот же диаметр, что и верхняя, но диаметр поршня составляет 1,1417 дюйма, а площадь 1,0246
дюйма, что оставляет эффективную площадь 2,9515 дюйма для нижней поверхности поршня. Поверхность
поршня, на которой расположен плунжер, равна 1 и не влияет на соотношение. Нижний конец поршня имеет
диаметр 1. Размеры: 5 дюймов, площадь 2,05,3 дюйма.
Пусть A обозначает площадь верхней поверхности поршня, B — площадь нижней поверхности поршня, а C —
сумму площадей рабочей поверхности плунжера и его клапана. Тогда мы получим уравнение A:B-C:. B:A
Решив приведенное выше уравнение, мы обнаружим, что отношение мазута к перекачиваемому маслу
приблизительно равно 2,88 к 1. Соответственно, если не учитывать энергопотребление, обусловленное
трением, мощность потока в этом конкретном насосе должна находиться под давлением приблизительно 139
Ом на квадратный дюйм на фут-фут, что соответствует давлению в насосе.
Хотя изобретение в данном документе более подробно описано как работающее в нефтяной скважине,
следует понимать, что продувка любой другой жидкостью, кроме масла, может быть с успехом осуществлена.
Если, например, необходимо перекачивать воду, то в качестве рабочего тела может использоваться вода или
воздух под давлением. Независимо от характеристик используемого рабочего тела, давление в нем создается
соответствующим насосом или компрессором на поверхности земли, или же газ из газовой скважины может
использоваться при его естественном давлении нагнетания из этой скважины, если это давление нагнетания
достаточно высокое.
Теперь, подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы
заявляем, что… то, что мы…
Соседние файлы в папке патенты