Манжетный плунжер глубинного скважинного насоса

 

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в частности в конструкциях скважинных штанговых насосов при откачке нефти из скважин. Сущность изобретения: содержит выполненные на наружной цилиндрической поверхности корпуса кольцевые канавки с размещенными в них эластичными самоуплотняющимися манжетами, снабженными смазывающими элементами. 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к конструкциям скважинных штанговых насосов, и может быть использовано при откачке нефти из скважин.

Известны плунжеры глубинных штанговых насосов, изготавливаемые из цельнотянутых стальных труб с резьбой на обоих концах для присоединения узлов: клапанов, переводников и т.п. (Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М. Недра. 1973 г. стр. 207).

В зависимости от условий эксплуатации плунжеры выполняют с гладкой поверхностью, с кольцевыми и винтовыми канавками на внешней поверхности (там же, с. 208, рис. 101, а-в). Применение канавок улучшает условия смазки трущихся поверхностей плунжера и цилиндра, однако в условиях обводнившихся скважин, где насосы с металлическими плунжерами работают в условиях недостаточной смазки, трущиеся поверхности плунжера и цилиндра быстро изнашиваются.

Известен плунжер глубинного насоса (а.с. СССР N 601450, F 04 B 21/04, 1978), содержащий выполненные на наружной цилиндрической поверхности параллельные ряды углублений, расположенные с перекрытием относительно соседних рядов. В каждом из углублений установлен подпружиненный уплотнительный элемент.

Недостатком конструкции плунжера является сложность изготовления, быстрый износ уплотнительных элементов, а также то, что уплотнительная способность его зависит, в основном, от качества изготовления, требует центрирования уплотнительных элементов по четырем сторонам, а это усложняет технологию изготовления плунжера в целом.

Известен манжетный плунжер скважинного штангового насоса (а.с. СССР N 909284, F 04 B 21/04, 1982), содержащий установленные на трубчатом стержне распорные и уплотнительные кольца с взаимодействующими коническими поверхностями, а также подпружиненный разобщитель с уплотнителем, причем уплотнительные кольца изготовлены из упругоэластичных материалов.

Известный плунжер несколько смягчает, но не устраняет полностью тот недостаток, что вследствие износа колец в процессе эксплуатации увеличивается утечка между контактирующими поверхностями пары цилиндр-плунжер насоса.

Наиболее близким техническим решением является плунжер глубинного штангового насоса с резиновыми уплотнениями гуммированный плунжер (Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин, М. Недра, 1973, с. 207, рис. 101, д), принятый за прототип и состоящий из стального полого корпуса с кольцевыми проточками, в которых прочно привулканизированы резиновые манжеты. Одна из этих манжет (верхняя) самоуправляющаяся; она прижимается к стенкам цилиндра под давлением столба жидкости. Остальные манжеты уплотняют зазор в основном за счет упругости материала. Применение гуммированных плунжеров позволяет несколько улучшить условия работы и кроме того, упростить конструкцию насоса, так как в этом случае предъявляются не слишком жесткие требования к величине зазора между плунжером и к качеству рабочей поверхности цилиндра.

Недостатками конструкции плунжера с эластичными манжетами являются малые сроки службы и повышенный износ из-за недостаточной смазки трущихся поверхностей плунжера и цилиндра насоса.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении трения в паре плунжер-цилиндр насоса, повышении надежности и срока службы насоса.

Поставленная задача решается за счет того, что в манжетном плунжере глубинного скважинного насоса, содержащем выполненные на наружной цилиндрической поверхности корпуса кольцевые канавки с размещенными в них эластичными самоуплотняющимися манжетами, согласно изобретению, на концах плунжера дополнительно размещены манжеты, а манжеты корпуса снабжена смазывающими элементами.

Сущность изобретения заключается в следующем. При работе насоса изнашиваются сопрягающиеся элементы его рабочей камеры, в частности цилиндра и уплотнительных элементов, что может привести к появлению радиального зазора в паре плунжер-цилиндр и попаданию в него абразивных частиц. Образующаяся из них прослойка постепенно деформирует уплотнительные кольца, при этом увеличивается коэффициент трения в паре плунжер-цилиндр, снижается износостойкость и срок службы насоса. Однако при использовании в насосе предлагаемого плунжера этот износ может быть компенсирован следующим образом. Применение в манжетах смазывающих элементов, например графитовых вставок, дает возможность снизить коэффициент трения в паре плунжер-цилиндр. При возвратно-поступательных перемещениях плунжера относительно цилиндра на поверхность цилиндра наносится графитовая смазка, улучшающая условия работы насоса. Манжеты, установленные на концах плунжера, исключают попадание песка и других твердых частиц между соприкасающимися поверхностями цилиндра и плунжера, что улучшает условия работы и повышает надежность и срок службы насоса.

Размещение смазывающих элементов в манжетах корпуса плунжера обеспечивает полную обработку внутренней поверхности корпуса насоса смазочным составом. Это позволяет существенно снизить неравномерность износа плунжера и таким образом повысить его износостойкость и увеличить срок службы насоса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид плунжера в разрезе.

Плунжер выполнен полым и состоит из цилиндрического корпуса 1, на наружной поверхности которого выполнены кольцевые канавки 2 и установлены эластичные самоуплотняющиеся манжеты 3, снабженные смазывающими элементами 4. На концах плунжера дополнительно расположены самоуплотняющиеся манжеты 5.

Плунжер выполнен с внутренними каналами 6 и 7, корпус насоса 8.

Плунжер работает следующим образом.

При ходе колонны насосных штанг и плунжера вверх, т.е. при выполнении насосом такта всасывания жидкость по внутренним каналам 6 и 7 под давлением поступает к внутренней поверхности эластичных манжет 3 и 5, под действием возникающих сил манжеты 3 со смазывающими элементами 4 прижимаются к поверхности цилиндра, обеспечивая герметичность сопряжения пары плунжер-цилиндр, а манжеты 5 препятствуют попаданию абразивных частиц между соприкасающимися поверхностями. При возвратно-поступательном движении плунжера на внутреннюю поверхность корпуса насоса происходит нанесение разделительной смазочной пленки. При этом наружная поверхность смазывающих элементов соответствует форме сопрягаемой поверхности корпуса насоса.

Таким образом, происходит обработка поверхности корпуса насоса смазочным составом, обеспечивающая равномерный износ плунжера, а также уменьшение трения в паре плунжер-цилиндр по их контактирующей поверхности и повышение ресурса работы насоса.

Предложенный манжетный плунжер опробован при работе насоса внутренним диаметром 44,45 мм, стальной корпус которого имел кольцевые канавки глубиной 4,5 мм и шириной 12 мм, где размещались эластичные полиуретановые самоуплотняющиеся манжеты. При этом на манжетах корпуса плунжера были размещены графитовые элементы.

Размены графитовых элементов: длина 20,0 мм ширина 8 мм высота 3,8 мм В результате сравнительных экспериментов, создающих условия эксплуатации насосов, установлено, что интенсивность износа пары плунжер-цилиндр с использованием предлагаемого технического решения на 30-40% ниже, чем в существующих конструкциях насосов.

Предлагаемый манжетный плунжер позволяет улучшить условия работы пары плунжер-цилиндр за счет снижения коэффициента трения, увеличить период межремонтной эксплуатации и срок службы насоса на 25-30% что дает возможность экономить значительные средства, предназначенные на закупку новых насосов взамен изношенных.

Предлагаемое техническое решение предполагается использовать на нефтяных промыслах Тюменской области в АО "Лукойл-Когалым нефтегаз".

Формула изобретения

Манжетный плунжер глубинного скважинного насоса, содержащий выполненные на наружной цилиндрической поверхности корпуса кольцевые канавки с размещенными в них эластичными самоуплотняющимися манжетами, отличающийся тем, что манжеты корпуса снабжены смазывающими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1