Плунжер глубинного штангового насоса

 

Использование: в нефтедобывающей промышленности. Сущность изобретения: уплотнение трубчатого несущего стержня выполнено в виде установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец. Встречные торцы колец выполнены коническими и образуют расширяющиеся в направлении наружной поверхности кольцевые канавки. В канавках размещены уплотнительные кольца трапецеидального сечения, обращенными более широкой частью наружу. Уплотнение стержня дополнительно снабжено набором установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец с коническими встречными торцами, образующими в направлении стержня с размещенными в них уплотнительными кольцами трапецеидальной формы, обращенных более широкой частью к стержню. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к скважинным штанговым насосам с плунжерами и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при глубинно-насосной добыче нефти.

Известен плунжер скважинного штангового насоса, включающий трубчатый несущий стержень, установленные на этом стержне распорные кольца, встречные торцы которых выполнены коническими и образуют расширяющиеся в направлении наружной поверхности кольцевые канавки, размещенные в этих кольцевых канавках уплотнительные кольца трапецеидального сечения, обращенные более широкой частью наружу, и стяжные средства на несущем стержне, с помощью которых набор распорных и уплотнительных колец стянут в осевом направлении через компенсационную пружину и разобщитель, снабженный уплотнителем несущего стержня в виде прямоугольного эластичного кольца, размещенного во внутренней кольцевой расточке разобщителя, при этом между внутренними поверхностями разобщителя, распорных и уплотнительных колец наружной поверхностью несущего стержня образована камера, гидравлически сообщенная с подплунжерным пространством.

При работе штангового насоса с плунжером такой конструкции набор распорных и уплотнительных колец в дополнение к первоначальному усилию стяжки подвергается воздействию гидравлического давления, величина которого при ходе плунжера вверх и вниз существенно различна, в результате чего длина набора колец периодически меняется и разобщитель с уплотнительным кольцом осциллирует на несущем стержне. В результате осцилляции в условиях среды с большим содержанием механических примесей, каковой является продукция скважин, в особенности пескопроявляющих, уплотнительное кольцо разобщителя быстро изнашивается и может преждевременно выйти из строя. Это ведет к снижению надежности работы плунжера, а следовательно, и глубинного штангового насоса в целом, и уменьшению межремонтных сроков.

Техническим результатом является повышение надежности работы плунжера и увеличение межремонтных сроков путем повышения надежности уплотнения несущего стержня.

Это достигается тем, что в плунжере глубинного штангового насоса, включающем трубчатый несущий стержень с уплотнениями, выполненными в виде установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец, встречные торцы которых выполнены коническими и образуют расширяющиеся в направлении наружной поверхности кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами трапецеидального сечения, обращенными более широкой частью наружу и стяжные средства с компенсационной пружиной, при этом уплотнение несущего стержня дополнительно снабжено набором установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец с коническими встречными торцами, образующими кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня с размещенными в них уплотнительными кольцами трапецеидальной формы, обращенных более широкой частью к несущему стержню.

Кроме того, кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня, с размещенными в них трапецеидальными уплотнительными кольцами, обращенными более широкой частью к несущему стержню, и кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении наружной поверхности распорных колец, с размещенными в них трапецеидальными уплотнительными кольцами, обращенными более широкой частью наружу, расположены поочередно.

На чертеже показан предлагаемый плунжер глубинного штангового насоса.

Плунжер включает трубчатый несущий стержень 1, на котором смонтированы набор распорных колец 2, установленных на нем с возможностью осевого перемещения, и уплотнительных колец 3, размещенных между распорными кольцами. Набор распорных и уплотнительных колец с одной стороны (снизу) опирается на заплечик несущего стержня, а с другой стороны через посредство компенсационной пружины 4 зажат с помощью клетки-переводника 5, навинченного на несущий стержень 1 и зафиксированного на нем контргайкой 6. Клетка-переводник 5 имеет в верхней части гнездо с резьбой для присоединения плунжера в колонне насосных штанг (не показана). Нижний конец несущего стержня 1 расточен и снабжен внутренней резьбой для установки нагнетательного клапана (не показан). Встречные торцы распорных колец 2 выполнены коническими и образуют кольцевые канавки, расширяющиеся поочередно то в сторону наружной поверхности, то в направлении несущего стержня 1. Уплотнительные кольца 3 имеют трапецеидальное сечение, при этом те из них, которые размещены в кольцевых канавках, расширяющихся в направлении наружной поверхности, обращены более широкой частью наружу, а те, которые находятся в кольцевых канавках, расширяющихся в направлении несущего стержня, обращены более широкой частью к несущему стержню. Уплотнительные кольца 3 выполнены предпочтительно из фторопласта.

Описываемый плунжер может иметь и другие варианты исполнения (на чертеже не представлены), например, при необходимости образования между несущим стержнем и набором колец гидравлической камеры с целью усиления прижима уплотнительных колец к внутренней поверхности цилиндра за счет использования давления жидкости уплотнительные кольца, обращенные более широкой частью к несущему стержню, размещаются в верхней части набора, а уплотнительные кольца, обращенные более широкой частью наружу, - в его нижней части. Кроме того, вместо представленных на чертеже средств осевой стяжки набора распорных и уплотнительных колец-заплечика на нижнем конце несущего стержня и клетки-переводника с контргайкой на верхнем конце - могут быть использованы, например, муфты, навинчиваемые на несущий стержень.

В процессе работы глубинного штангового насоса плунжер совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре насоса (не показан), при этом набор распорных и уплотнительных колец 2 и 3 находится под воздействием усилия первоначальной их затяжки на несущем стержне 1 с помощью клетки-переводника 5 и усилия от действия давления перекачиваемой жидкости, величина которого при ходе плунжера вверх и вниз существенно различна, т.к. в первом случае она определяется практически высотой столба откачиваемой жидкости в насосных трубах и, следовательно, может быть очень большой, а во втором - только гидравлическим сопротивлением нагнетательного клапана, которое невелико, и следовательно, сравнительно невелико результирующее усилие от действия давления жидкости. Суммарным действием усилия первоначальной затяжки и усилия от действия давления перекачиваемой жидкости уплотнительные кольца 3 деформируются в радиальном направлении, при этом те из них, которые находятся в кольцевых канавках, расширяющихся в направлении наружной поверхности, прижимаются к внутренней поверхности цилиндра насоса и уплотняют зазор между плунжером (распорными кольцами 2) и цилиндром, а те, что находятся в кольцевых канавках, расширяющихся в направлении несущего стержня 1, прижимаются к несущему стержню и уплотняют зазор между несущим стержнем и распорными кольцами 2. В процессе работы уплотнительные кольца 3 в результате взаимодействия с внутренней поверхностью цилиндра насоса и наружной поверхностью несущего стержня 1 (последнее обусловлено отмеченными выше изменением действующего на набор колец усилия и вызываемой этим осцилляцией колец на несущем стержне) изнашиваются, однако за счет их деформации в радиальном направлении, как отмечено выше, обеспечивается в течение длительного времени надежное уплотнение зазоров как между плунжером и цилиндром, так и между несущим стержнем и набором колец. Благодаря поочередной установке уплотнительных колец 3, предназначенных для уплотнения наружного и внутреннего зазоров, достигается более равномерное распределение гидравлического давления по длине плунжера, а значит, и нагрузки на уплотнительные кольца, что способствует дополнительному повышению надежности их работы и срока службы.

Формула изобретения

1. ПЛУНЖЕР ГЛУБИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА, включающий трубчатый несущий стержень с уплотнением, выполненным в виде установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец, встречные торцы которых выполнены коническими и образуют расширяющиеся в направлении наружной поверхности кольцевые канавки с размещенными в них уплотнительными кольцами трапецеидального сечения, обращенными более широкой частью наружу, и стяжные средства с компенсационной пружиной, отличающийся тем, что уплотнение несущего стержня дополнительно снабжено набором установленных на нем с возможностью осевого перемещения распорных колец с коническими встречными торцами, образующими кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня с размещенными в них уплотнительными кольцами трапецеидальной формы, обращенными более широкой частью к несущему стержню.

2. Плунжер по п.1, отличающийся тем, что кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня с размещенными в них трапецеидальными уплотнительными кольцами, обращенными более широкой частью к несущему стержню, и кольцевые канавки, расширяющиеся в направлении наружной поверхности распорных колец с размещенными в них трапецеидальными уплотнительными кольцами, обращенными более широкой частью наружу, расположены поочередно.

РИСУНКИ

Рисунок 1