RU2076953C1

RU2076953C1 - Seal for plunger of oil-well sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2076953C1
Application number: RU93043955A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Лузянин; Л.М. Матвеенко; В.Д. Разуваев; С.С. Задумин
Original assignee: Конструкторское бюро производственного объединения "Саратовнефтегаз"
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: surface of the end faces of the distance rings is defined by the inner and outer convex- smooth surfaces. The curvature of the surfaces continuously increases from the top of crossing to the ends. The surfaces intersect at a distance 0.1-0.2 of the width of the ring from its inner edge. EFFECT: enhanced capacity. 3 cl

Description

Изобретение относится к гидравлическим машинам, в частности к скважинным штанговым насосам с большими зазорами в паре плунжер цилиндр. The invention relates to hydraulic machines, in particular to downhole sucker rod pumps with large gaps in a pair of plunger cylinder.

Известно уплотнение плунжера в виде слоя загумированной резины или резиновых манжет на поверхности плунжера. Уплотнение распирается давлением из полости плунжера при его ходе вверх через радиальные каналы в стенке плунжера [I]
Однако область применения таких насосов ограничена малыми и средними перепадами давления по концам плунжера, т.е. для малых и средних глубин динамического уровня жидкости в скважине.It is known to seal the plunger in the form of a layer of rubberized rubber or rubber cuffs on the surface of the plunger. The seal is bursting with pressure from the plunger cavity as it moves upward through the radial channels in the plunger wall [I]
However, the scope of such pumps is limited by small and medium pressure drops at the ends of the plunger, i.e. for small and medium depths of the dynamic fluid level in the well.

Известно также уплотнение плунжера скважинного штангового насоса, включающее установленный на трубчатом несущем стержне с возможностью осевого смещения набор чередующихся распорных и уплотнительных колец, выполненных с ответными поверхностями торцов. Торцы распорных колец выполнены коническими, а уплотнительные кольца имеют трапецеидальное сечение, обращенное широким основанием наружу. На стержне имеются стяжные средства [2]
Недостатком известного уплотнения плунжера является то, что поверхность контакта между уплотнительным кольцом и распорным кольцом представляют собой в сечении прямую линию и, когда плунжер совершает ход вверх, распорные кольца совершают осевое перемещение, одинаковое по всей длине линии контакта. При этом резина уплотнительных колец сдавливается, но выдавливание ее в сторону зазоров затруднено силами трения и когезии между резиной и металлом, направленным в обратную сторону. Это обстоятельство приводит к тому, что радиальное движение резины происходит преимущественно по среднему сечению кольца. Работает только средняя часть уплотнительного кольца с очень ограниченным ресурсом, т.е. не компенсируется износ кольца о стенку цилиндра, но за счет упомянутых сил трения и когезии даже в малой части работающей резины возникают противоположно действующие внутренние напряжения, что обуславливает быстрое старение и разрушение уплотнительных колец. В результате уменьшается межремонтный период работы скважины.It is also known to seal the plunger of a downhole sucker rod pump, including a set of alternating spacers and o-rings mounted on the end surfaces of the ends mounted on a tubular bearing rod with axial displacement. The ends of the spacer rings are made conical, and the sealing rings have a trapezoidal section facing outward with a wide base. There are coupling means on the shaft [2]
A disadvantage of the known plunger seal is that the contact surface between the sealing ring and the spacer ring is a straight line in section and when the plunger moves up, the spacer rings perform axial movement that is the same along the entire length of the contact line. In this case, the rubber of the o-rings is compressed, but squeezing it out to the side of the gaps is complicated by the forces of friction and cohesion between the rubber and the metal directed in the opposite direction. This circumstance leads to the fact that the radial movement of rubber occurs predominantly along the middle section of the ring. Only the middle part of the o-ring with a very limited life, i.e. the wear of the ring against the cylinder wall is not compensated, but due to the mentioned friction and cohesion forces, even in a small part of the working rubber, opposing internal stresses arise, which leads to rapid aging and destruction of the sealing rings. As a result, the overhaul period of the well is reduced.

Задача изобретения состоит в повышении эксплуатационной надежности и качества уплотнения плунжера скважинного штангового насоса. The objective of the invention is to increase the operational reliability and quality of the seal of the plunger of a downhole sucker rod pump.

Технический результат достигается тем, что в уплотнении плунжера скважинного штангового насоса, включающем установленный на трубчатом несущем стержне с возможностью осевого смещения набор чередующихся распорных и уплотнительных колец, выполненных с ответными поверхностями торцов, поверхность торцов распорных колец образована внутренней и наружной взаимопересекающимися выпукло-гладкими поверхностями с непрерывно увеличивающейся кривизной в направлении от вершины пересечения поверхностей к краям кольца, причем поверхности пересекаются на расстоянии 0,1 0,2 ширины кольца от его внутреннего края. The technical result is achieved in that in the seal of the plunger of the downhole sucker rod pump, including a set of alternating spacer and sealing rings made on the mating surfaces mounted on the tubular bearing rod with the possibility of axial displacement, the surface of the ends of the spacer rings is formed by internal and external mutually intersecting convex-smooth surfaces with continuously increasing curvature in the direction from the vertex of the intersection of surfaces to the edges of the ring, and the surfaces are intersecting repent at a distance of 0.1 to 0.2 of the width of the ring from its inner edge.

На фиг.1 изображено уплотнение плунжера скважинного штангового насоса в разрезе; на фиг. 2 распорное кольцо; на фиг.3 схема работы уплотнения. На фиг.2 обозначены: b расстояние точки пересечения поверхностей от внутреннего края кольца; a ширина кольца; с точка пересечения поверхностей; ес, cd ширина поверхностей. Figure 1 shows the seal of the plunger of the downhole sucker rod pump in the context; in FIG. 2 spacer ring; figure 3 diagram of the operation of the seal. Figure 2 shows: b the distance of the intersection point of the surfaces from the inner edge of the ring; a ring width; with the intersection point of the surfaces; ec, cd width of surfaces.

Уплотнение плунжера включает трубчатый несущий стержень 1, на котором с возможностью осевого смещения установлен набор чередующихся распорных 2 и уплотнительных 3 колец, торцы которых имеют ответную поверхность. Уплотняется контакт со стенкой цилиндра 4 и стержня 1. Поверхность торцов распорных колец образована внутренней ec и наружной cd взаимопересекающимися выпукло-гладкими поверхностями с непрерывно увеличивающейся кривизной в направлении от вершины пересечения с поверхностей к краям кольца, причем поверхности пересечения на расстоянии b (0,1 0,2)d, т.е. 0,1 0,2 ширины кольца от его внутреннего края. Уплотнение поджато стяжными средствами (не показаны). Уплотнение работает следующим образом. The seal of the plunger includes a tubular bearing rod 1, on which a set of alternating spacer 2 and sealing 3 rings are installed with axial displacement, the ends of which have a mating surface. The contact with the wall of the cylinder 4 and the rod 1 is sealed. The surface of the ends of the spacer rings is formed by the inner ec and the outer cd by mutually intersecting convex-smooth surfaces with continuously increasing curvature in the direction from the top of the intersection from the surfaces to the edges of the ring, and the intersection surface is at a distance b (0,1 0,2) d, i.e. 0.1 0.2 the width of the ring from its inner edge. The seal is tightened with clamping means (not shown). Sealing works as follows.

При ходе несущего стержня 1 плунжера вверх не уплотнение сверху действует сила перепада давления, между распорными кольцами 2 сжимается уплотнительное кольцо 3. Процессом охватывается вся длина уплотнения, поскольку набор колец 2, 3 установлен на трубчатом несущем стержне 1 с возможностью осевого перемещения. При этом уплотнительное кольцо 3 сжимается из-под вершины с в обе стороны, а именно: в сторону трубчатого стержня 1 и в сторону цилиндра 4 насоса, уплотняя соответственно зазоры, причем процессом отжатия в сторону трубчатого стержня охватывается меньшая часть уплотнительного кольца, а в сторону цилиндра большая его часть. When the carrier rod 1 of the plunger moves upward, the pressure differential is not acting from above; between the spacer rings 2, the seal ring 3 is compressed. The process covers the entire length of the seal, since a set of rings 2, 3 is mounted on the tubular carrier rod 1 with axial movement. In this case, the sealing ring 3 is compressed from underneath from both sides, namely: towards the tubular shaft 1 and towards the pump cylinder 4, sealing the gaps, respectively, and the smaller part of the sealing ring is covered by the squeezing process towards the tubular shaft, and towards cylinder most of it.

Процесс отжатия проходит беспрепятственно, поскольку отжимаемая поверхность торца состоит по обеим направлениям отжатия из двух выпукло-гладких поверхностей ес и cd, кривизна которых непрерывно увеличивается к краям распорных колец 2. The squeezing process takes place without hindrance, since the squeezed end surface consists in both squeezing directions of two convex-smooth surfaces ec and cd, the curvature of which continuously increases towards the edges of the spacer rings 2.

Благодаря этому же обстоятельству уплотнительное, например резиновое, кольцо 3 будет по мере износа непрерывно отжиматься до его полного расходования. В результате увеличивается ресурс работы и надежность уплотнения, а соответственно повышается межремонтный период работы добывающих скважин. Due to the same circumstance, the sealing, for example rubber, ring 3 will continuously be wrung out as it wears until it is completely consumed. As a result, the service life and reliability of the seal increase, and, accordingly, the overhaul period of production wells increases.

Claims

The seal of the plunger of the downhole sucker rod pump, including a set of alternating spacer and sealing rings mounted on the tubular bearing rod with the possibility of axial displacement, made with mating surfaces of the ends, characterized in that the surface of the ends of the spacer rings is formed by internal and external mutually intersecting convex-smooth surfaces with continuously increasing curvature in the direction from the top of the intersection of the surfaces to the edges of the ring, and the surfaces intersect at a distance of 0.1 0.2 width of the ring from its inner edge.