RU2030635C1

RU2030635C1 - Oil-well pump

Info

Publication number: RU2030635C1
Authority: RU
Inventors: Н.К. Петренко; Н.П. Базуев; Р.Ю. Равич-Щербо; Г.Л. Рыбаков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "РИТР"
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: pump has a cylinder with suction valve mounted at its bottom part. The valve is mounted inside a housing and has the seat and valving member. A hollow plunger with the delivery valve is positioned in the cylinder space. The cylinder consists of bushings interconnected through locking bushings. The inner diameter of the locking bushings is grater than the inner diameter of the bushings. The plunger is three-step. The diameter of the top step is grater than the diameter of the middle step and lesser than the diameter of the bottom step. Seals and sleeves are interposed alternatively between the faces of the top and bottom steps. The outer surface of the seals and sleeves are in contact with the surface of the cylinder bushings. The inner surface define a space together with the middle step of the plunger. A groove is provided on the outer surface of the seal. A spring ring is received in the groove for permitting contact with the cylinder bushing or locking bushing whose length is grater than the length of the outer surface of the sleeve. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосам для глубинноскважинной эксплуатации нефтяных скважин. The invention relates to techniques for oil production, in particular to borehole sucker-rod pumps for downhole operation of oil wells.

Известен глубинный скважинный насос, содержащий цилиндр с полым плунжером внутри него, всасывающим клапаном в цилиндре и нагнетательным клапаном в плунжере, причем плунжер состоит из нескольких частей, жестко соединенных друг с другом [1]. Known deep well pump containing a cylinder with a hollow plunger inside it, a suction valve in the cylinder and a discharge valve in the plunger, and the plunger consists of several parts, rigidly connected to each other [1].

Недостатками данного насоса является то, что применение плунжера большой длины по отношению к его диаметру и большой жесткости приводит к интенсивному одностороннему износу цилиндра насоса при его работе в наклонных скважинах, когда цилиндр имеет естественное искривление за счет сил собственного веса. Недостатком также является использование в клапанах затвора в виде шарика, так как это ведет к быстрому разбиванию седла хаотично перемещаемым шариком в корпусе клапана во время работы насоса. The disadvantages of this pump is that the use of a long plunger with respect to its diameter and high rigidity leads to intensive unilateral wear of the pump cylinder when it is running in deviated wells, when the cylinder has a natural curvature due to its own weight. The disadvantage is the use of a ball valve in the valves, since this leads to a quick breaking of the seat with a randomly moving ball in the valve body during pump operation.

Известен скважинный насос, содержащий цилиндр с установленным в его нижней части всасывающим клапаном, смонтированным в корпусе и имеющим седло и запорный элемент, плунжер с нагнетательным клапаном, расположенный в полости цилиндра [2]. Known borehole pump containing a cylinder with a suction valve installed in its lower part, mounted in the housing and having a seat and a locking element, a plunger with a discharge valve located in the cylinder cavity [2].

Недостатками этого насоса являются те же причины, что и в предыдущем насосе: большая длина плунжера по отношению к его диаметру и конструкция затвора. Общая длина скважинных насосов колеблется от 4,5 до 8 м при диапазоне диаметров цилиндров от 30 до 60 мм. Поэтому в случае наклона скважины под углом 45^о величина отклонения конца насоса от прямой оси достигает 60 мм. На кривизне цилиндра, которая возникает в этом случае, полый плунжер своей серединой касается его поверхности, а с противоположной стороны от точки касания цилиндра своими крайними точками упирается в поверхность цилиндра, пытаясь его выпрямить. При перемещении вдоль цилиндра плунжера изнашивается его стенка. Надежность и долговечность такого насоса не велика.The disadvantages of this pump are the same reasons as in the previous pump: the large length of the plunger in relation to its diameter and the design of the shutter. The total length of downhole pumps ranges from 4.5 to 8 m with a range of cylinder diameters from 30 to 60 mm. Therefore, in case the borehole inclination angle of 45 ^about the deviation from the straight end of the pump axis is 60 mm. On the curvature of the cylinder, which occurs in this case, the hollow plunger with its middle touches its surface, and on the opposite side from the point of contact of the cylinder with its extreme points abuts against the surface of the cylinder, trying to straighten it. When moving along the cylinder of the plunger, its wall wears out. Reliability and durability of such a pump is not great.

Технической задачей изобретения является улучшение технологичности и соответственно увеличение долговечности насоса. An object of the invention is to improve manufacturability and, accordingly, increase the durability of the pump.

Для достижения этой задачи в скважинном насосе, содержащем цилиндр с установленным в его нижней части всасывающим клапаном, смонтированным в корпусе и имеющим седло и запорный элемент, полый плунжер с нагнетательным клапаном, расположенным в полости цилиндра, цилиндр выполнен составным из втулок, соединенных между собой замковыми втулками, имеющими внутренний диаметр больше внутреннего диаметра втулок, а плунжер выполнен трехступенчатым, причем диаметр верхней ступени больше диаметра средней ступени и меньше диаметра нижней ступени, между торцами верхней и нижней ступеней установлены поочередно уплотнители и гильзы, причем наружная поверхность уплотнителей и гильз контактирует с поверхностью втулок цилиндра, а их внутренняя поверхность образует зазор со средней ступенью плунжера, на наружной поверхности уплотнителя выполнена канавка с установленным в ней пружинным кольцом с возможностью контакта с втулкой цилиндра или замковой втулкой, длина которой больше длины наружной поверхности гильзы. To achieve this, in a borehole pump containing a cylinder with a suction valve installed in its lower part, mounted in the housing and having a seat and a shut-off element, a hollow plunger with a discharge valve located in the cylinder cavity, the cylinder is made up of integral bushings interconnected by locks bushings having an inner diameter larger than the inner diameter of the bushings, and the plunger is made three-stage, and the diameter of the upper stage is larger than the diameter of the middle stage and less than the diameter of the lower stage, Seals and sleeves are installed alternately between the ends of the upper and lower stages, the outer surface of the seals and sleeves in contact with the surface of the cylinder bushings, and their inner surface forming a gap with the middle stage of the plunger, on the outer surface of the seal there is a groove with a spring ring installed in it with the possibility of contact with a cylinder bushing or locking sleeve, the length of which is greater than the length of the outer surface of the liner.

Кроме того, наружные поверхности уплотнителей и гильз выполнены сферическими. In addition, the outer surfaces of the seals and sleeves are made spherical.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого насоса; на фиг.2 - узел I на фиг. 1; на фиг.3 - уплотнитель с канавкой в сечении, в которой не в сжатом состоянии размещено пружинное кольцо. In FIG. 1 shows a General view of the proposed pump; in Fig.2 - node I in Fig. 1; figure 3 - seal with a groove in cross section in which the spring ring is placed not in a compressed state.

Скважинный штанговый насос состоит из цилиндра 1, собранного посредством втулок 2, соединенных замковыми втулками 3, плунжера 4, имеющего 5, среднюю 6 и верхнюю 7 ступени. Нижняя ступень имеет со средней ступенью сферическую торцовую поверхность 8, а средняя ступень с верхней ступенью имеет торцовую поверхность 9. Между торцовыми поверхностями 8 и 9 размещены гильзы 10 со сферическими торцами 11 и уплотнители 12, контактирующие с поверхностью 8 и торцами 11. Уплотнители 12 имеют канавку 13, в которой размещено пружинное кольцо 14. Между средней ступенью 6 плунжера 4, гильзами 10 и уплотнителями 12 имеется зазор К. Замковая втулка 3 больше по внутреннему диаметру втулки 2 на величину двух Л. The borehole sucker rod pump consists of a cylinder 1 assembled by means of bushings 2 connected by locking bushings 3, a plunger 4 having 5, middle 6 and upper 7 stages. The lower stage has a spherical end surface 8 with the middle stage, and the middle stage has an end surface 9. Between the end surfaces 8 and 9, sleeves 10 with spherical ends 11 and seals 12 are in contact with the surface 8 and ends 11. The seals 12 have the groove 13, in which the spring ring is located 14. Between the middle stage 6 of the plunger 4, the sleeves 10 and the seals 12 there is a gap K. The locking sleeve 3 is larger in size of two L. by the inner diameter of the sleeve 2.

Две втулки 2 и 3 имеют фаски 15 и 16 с суммарным размером С. При этом кольцо 14 имеет толщину М, а уплотнитель 12 имеет ширину Н посадочной поверхности 17 больше размера С. Глубина Р канавки 13 равна ширине П кольца 14. Плунжер 4 соединен с тягой 18 и имеет нагнетательный клапан 19, состоящий из запорного элемента 20 и седла 21. Цилиндр 1 соединен с крышкой 22 и корпусом 23, в котором смонтирован всасывающий клапан 24, состоящий из запорного элемента 25, седла 26. Two bushings 2 and 3 have chamfers 15 and 16 with a total size of C. Moreover, the ring 14 has a thickness M, and the seal 12 has a width H of the seating surface 17 greater than size C. The depth P of the groove 13 is equal to the width P of the ring 14. The plunger 4 is connected to thrust 18 and has a discharge valve 19, consisting of a locking element 20 and a seat 21. The cylinder 1 is connected to the cover 22 and the housing 23, which is mounted a suction valve 24, consisting of a locking element 25, the seat 26.

Работа с насосом заключается в следующем. Work with the pump is as follows.

Насос цилиндром 1 закрепляется в скважине и за тягу 18 плунжеру 4 сообщают возвратно-поступательные движения вверх и вниз. При ходе плунжера 4 вниз запорный элемент 25 всасывающего клапана 24 опускается на седло 26 под силой тяжести, воздействующей на него, а запорный элемент 20 нагнетательного клапана 19 поднимается над седлом 21 посредством давления жидкости, образуемого между клапанами 19 и 24. При ходе вверх плунжера 4 закрывается нагнетательный клапан 19 силой тяжести, действующей на его запорный элемент 20, а клапан 24 открывается давлением жидкости в скважине, так как между клапанами 19 и 24 при подъеме плунжера 4 возникает разрежение. Столб жидкости, находящийся над клапаном 19, поднимается на величину хода плунжера 4. Затем цикл повторяется. При установке насоса в наклонных скважинах происходит естественное искривление цилиндра 1 от силы тяжести его распределенной массы, кроме того технологические отклонения формы цилиндра 1 (несоосность втулок 2 и 3, перекрещивание осей втулок 2, 3 и др.) создают непрямолинейную траекторию перемещения плунжера 4. Плунжер 4 своей короткой направляющей нижней ступенью 5 перемещается по внутренней поверхности втулок 2, одновременнo перемещая гильзы 10 и уплотнители 12 с пружинными кольцами 14 в их канавках 13. Поскольку между средней ступенью 6 плунжера 4 и гильзами 10 с уплотнителями 12 существует зазор К, то плунжер 4 может покачиваться в пределах этого зазора благодаря сферическому торцу 8 на своей нижней ступени 5 и за счет его посадки с зазором в цилиндре 1. Это покачивание плунжера 4 позволяет компенсировать кривизну цилиндра 1 на длине, равной длине плунжера 4. Гильзы 10 во время перемещения по криволинейному цилиндру 1 за счет своих сферических торцов 11 поворачиваются в уплотнителях 12, занимая касательное положение к кривизне цилиндра 1. Поскольку длина гильз 10 небольшая, то в пределах зазора между ними и цилиндром 1 они могут поворачиваться на значительный угол, компенсируя кривизну цилиндра 1. При этом с одной стороны цилиндра 1 упругие уплотнители 12 сжимаются , а с противоположной компенсируют увеличенное расстояние между сферическими торцами 11. Сами уплотнители 12 имеют маленькую длину контакта с цилиндром 1, и его кривизна не влияет на их работу. При перемещении гильз 10 по втулкам 2 цилиндра 1 происходит уплотнение плунжера 4 как за счет маленького щелевого зазора, равного допуску посадки гильз 10 и втулок 2, так и уплотнения посредством уплотнителей 12 с пружинными кольцами 14, причем так как глубина Р канавки 13 равна толщине П кольца 14, уплотнитель 12 опирается на кольцо 14, чем уменьшается усилие его прижима к цилиндру 1. The pump cylinder 1 is fixed in the borehole and the reciprocating motion up and down is reported to the plunger 4 for the thrust 18. When the plunger 4 moves down, the shut-off element 25 of the suction valve 24 is lowered onto the seat 26 under the force of gravity acting on it, and the shut-off element 20 of the discharge valve 19 rises above the seat 21 by means of the fluid pressure generated between the valves 19 and 24. When the up-stroke of the plunger 4 the discharge valve 19 is closed by gravity acting on its shut-off element 20, and the valve 24 is opened by the pressure of the liquid in the well, since a vacuum occurs between the valves 19 and 24 when the plunger 4 is raised. The liquid column located above the valve 19 rises by the stroke of the plunger 4. Then the cycle repeats. When installing the pump in deviated wells, a natural curvature of the cylinder 1 from the gravity of its distributed mass occurs, in addition, technological deviations of the shape of the cylinder 1 (misalignment of the sleeves 2 and 3, intersection of the axes of the sleeves 2, 3, etc.) create a non-linear trajectory of movement of the plunger 4. Plunger 4 with its short guide lower step 5 moves along the inner surface of the bushings 2, at the same time moving the sleeves 10 and seals 12 with spring rings 14 in their grooves 13. Since the plunger is between the middle step 6 4 and the sleeves 10 with seals 12 there is a gap K, then the plunger 4 can sway within this gap due to the spherical end face 8 at its lower stage 5 and due to its fit with a gap in the cylinder 1. This sway of the plunger 4 allows you to compensate for the curvature of cylinder 1 by the length equal to the length of the plunger 4. Sleeves 10 while moving along a curved cylinder 1 due to its spherical ends 11 are rotated in the seals 12, occupying a tangent position to the curvature of the cylinder 1. Since the length of the sleeves 10 is small, then within the gap The gap between them and cylinder 1 can be rotated by a significant angle, compensating for the curvature of cylinder 1. At the same time, elastic seals 12 are compressed on one side of cylinder 1 and compensate for the increased distance between the spherical ends 11 on the opposite side. The seals 12 themselves have a short contact length with the cylinder 1, and its curvature does not affect their operation. When the sleeves 10 are moved along the sleeves 2 of the cylinder 1, the plunger 4 is sealed due to the small slot gap equal to the tolerance of the sleeves 10 and the sleeves 2 and the seal by means of the seals 12 with spring rings 14, and since the depth P of the groove 13 is equal to the thickness P ring 14, the seal 12 is based on the ring 14, which reduces the force of its clamp to the cylinder 1.

При перемещении гильзы 10 по замковой втулке 3 (фиг.2) образуется зазор Л, что позволяет гильзе 10 сходить с поверхности одной втулки 2, зависая на сферических торцах 11, и входить в другую втулку 2, ориентируясь в пространстве. Уплотнители 12, имеющие длину контакта Н (фиг.3) больше, чем длина С (фиг.2) двух фасок 15 и 16 на втулках 2 и 3, свободно переходят с втулки 2 на втулку 3 и обратно. Аналогично и кольцо 14 с высотой М большей чем фаски 15 и 16 с суммарным размером С проходит свободно с втулки 2 на втулку 3 и обратно. Упругость уплотнителя 12 и кольца 14 обеспечивают герметичность плунжера 4. Конструкция насоса, таким образом, обеспечивает возможность изготовления цилиндра 1, составного из втулок 2 с замковыми втулками 3, компенсируя неточности изготовления и условия эксплуатации. Подвешенность гильз 10 на упругих уплотнителях 12 с загрузочными дополнительными кольцами 14, являющимися дополнительным уплотнением, делает конструкцию насоса технологичной и долговечной. Работа с насосом заканчивается выемкой его из скважины. When moving the sleeve 10 along the lock sleeve 3 (Fig. 2), a gap A is formed, which allows the sleeve 10 to move off the surface of one sleeve 2, hanging on the spherical ends 11, and enter the other sleeve 2, orienting itself in space. Seals 12 having a contact length H (FIG. 3) are longer than the length C (FIG. 2) of the two chamfers 15 and 16 on the bushings 2 and 3, freely move from the sleeve 2 to the sleeve 3 and vice versa. Similarly, the ring 14 with a height M greater than the chamfers 15 and 16 with a total size of C passes freely from the sleeve 2 to the sleeve 3 and vice versa. The elasticity of the seal 12 and the ring 14 ensure the tightness of the plunger 4. The design of the pump, thus, makes it possible to manufacture a cylinder 1, composed of bushings 2 with locking bushings 3, compensating for manufacturing inaccuracies and operating conditions. Suspension of the sleeves 10 on the elastic seals 12 with additional boot rings 14, which are an additional seal, makes the design of the pump technological and durable. Work with the pump ends with its removal from the well.

Claims

1. A downhole sucker rod pump, comprising a cylinder with a suction valve installed in its lower part, mounted in a housing having a seat and a shut-off element, a hollow plunger with a discharge valve located in a cavity composed of cylinder sleeves, characterized in that the cylinder sleeves are interconnected locking bushings having an inner diameter larger than the inner diameter of the bushings, the plunger is made three-stage, and the diameter of the upper stage is larger than the diameter of the middle stage and less than the diameter of the lower stage , between the ends of the upper and lower stages, seals and sleeves are alternately installed with the possibility of contact of their outer surfaces with the inner surface of the cylinder liners, and a gap is formed between their inner surfaces and the middle stage of the plunger, while a groove with a spring ring installed on the outer surface of the seal is installed in it with the possibility of contact with the cylinder sleeve or the locking sleeve, the length of which is greater than the length of the outer surface of the liner.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the outer end surfaces of the seals and sleeves are made spherical.