RU2096661C1

RU2096661C1 - Collar plunger of submerged well pump

Info

Publication number: RU2096661C1
Application number: RU95103572A
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Блинов; В.Р. Федорин; С.И. Пыхов; В.И. Кузнецов; Н.П. Хохлов; В.Н. Ярыгин; В.П. Климов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности; Акционерное общество открытого типа "УралЛУКтрубмаш"
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1997-11-20
Also published as: RU95103572A

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: pump has ring grooves provided on the outer cylindrical surface of the housing. The grooves receive flexible self-sealed collars provided with lubricated members. EFFECT: enhanced delivery. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к конструкциям скважинных штанговых насосов, и может быть использовано при откачке нефти из скважин. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to designs of sucker rod pumps, and can be used for pumping oil from wells.

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). Known plungers of deep-well sucker-rod pumps made of seamless steel pipes with threads at both ends for connecting nodes: valves, sub, etc. (Muravyov V.M. Operation of oil and gas wells. M. Nedra. 1973, p. 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. Depending on the operating conditions, the plungers are made with a smooth surface, with annular and helical grooves on the outer surface (ibid., P. 208, Fig. 101, a-c). The use of grooves improves the lubrication of the friction surfaces of the plunger and cylinder, however, in conditions of waterlogged wells, where pumps with metal plungers work in conditions of insufficient lubrication, the friction surfaces of the plunger and cylinder wear out quickly.

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. A well-known plunger of a deep pump (as USSR USSR N 601450, F 04 B 21/04, 1978) containing parallel rows of recesses made on the outer cylindrical surface located overlapping relative to adjacent rows. A spring-loaded sealing element is installed in each of the recesses.

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. The disadvantage of the plunger design is the manufacturing complexity, rapid wear of the sealing elements, as well as the fact that its sealing ability depends mainly on the manufacturing quality, requires centering of the sealing elements on four sides, and this complicates the plunger manufacturing technology as a whole.

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. A well-known cuff plunger of a borehole sucker-rod pump (AS USSR N 909284, F 04 B 21/04, 1982) containing spacer rings and sealing rings with interacting conical surfaces mounted on a tubular rod, as well as a spring-loaded disconnector with a sealant, the sealing rings are made from elastic materials.

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. The known plunger somewhat mitigates, but does not completely eliminate the disadvantage that due to wear of the rings during operation, the leakage between the contacting surfaces of the pair of pump-cylinder plungers increases.

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. The closest technical solution is the plunger of a deep-well sucker-rod pump with rubber seals gummed plunger (Muravyev V.M. Operation of oil and gas wells, M. Nedra, 1973, p. 207, Fig. 101, e), adopted as a prototype and consisting of steel hollow body with annular grooves in which rubber cuffs are firmly vulcanized. One of these cuffs (upper) is self-governing; it is pressed against the walls of the cylinder under the pressure of a liquid column. The remaining cuffs seal the gap mainly due to the elasticity of the material. The use of gummed plungers makes it possible to slightly improve working conditions and, moreover, simplify the design of the pump, since in this case not very stringent requirements are imposed on the size of the gap between the plunger and on the quality of the working surface of the cylinder.

Недостатками конструкции плунжера с эластичными манжетами являются малые сроки службы и повышенный износ из-за недостаточной смазки трущихся поверхностей плунжера и цилиндра насоса. The disadvantages of the design of the plunger with elastic cuffs are short service life and increased wear due to insufficient lubrication of the rubbing surfaces of the plunger and pump cylinder.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении трения в паре плунжер-цилиндр насоса, повышении надежности и срока службы насоса. The technical problem solved by the invention is to reduce friction in a pair of plunger-cylinder pump, increasing the reliability and service life of the pump.

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. The problem is solved due to the fact that in the cuff plunger of the deep well pump containing annular grooves made on the outer cylindrical surface of the casing with elastic self-sealing cuffs housed in them, according to the invention, cuffs are additionally placed at the ends of the plunger, and the cuffs of the casing are provided with lubricating elements.

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. The invention consists in the following. During operation of the pump, the mating elements of its working chamber, in particular the cylinder and the sealing elements, are worn out, which can lead to the appearance of a radial clearance in the pair of plunger-cylinder and the ingress of abrasive particles into it. The interlayer formed from them gradually deforms the sealing rings, while the friction coefficient in the plunger-cylinder pair increases, the wear resistance and service life of the pump decrease. However, when using the proposed plunger in the pump, this wear can be compensated as follows. The use of lubricating elements in the cuffs, for example graphite inserts, makes it possible to reduce the coefficient of friction in a pair of plunger-cylinder. During reciprocating movements of the plunger relative to the cylinder, graphite lubricant is applied to the surface of the cylinder, which improves the working conditions of the pump. Cuffs installed at the ends of the plunger prevent sand and other solid particles from entering between the contacting surfaces of the cylinder and plunger, which improves working conditions and increases the reliability and service life of the pump.

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. The placement of the lubricating elements in the cuffs of the plunger housing provides a complete treatment of the inner surface of the pump housing with a lubricant. This can significantly reduce the uneven wear of the plunger and thus increase its wear resistance and increase the life of the pump.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид плунжера в разрезе. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the plunger in section.

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. The plunger is hollow and consists of a cylindrical body 1, on the outer surface of which annular grooves 2 are made and elastic self-sealing cuffs 3 are installed, equipped with lubricating elements 4. Self-sealing cuffs 5 are additionally located at the ends of the plunger.

Плунжер выполнен с внутренними каналами 6 и 7, корпус насоса 8. The plunger is made with internal channels 6 and 7, the pump housing 8.

Плунжер работает следующим образом. The plunger works as follows.

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. During the course of the string of pump rods and plunger up, i.e. when the pump performs the suction stroke, the liquid flows through the internal channels 6 and 7 under pressure to the inner surface of the elastic cuffs 3 and 5, under the action of the arising forces of the cuff 3 with lubricating elements 4 are pressed to the surface of the cylinder, ensuring a tight pairing of the plunger-cylinder pair, and the cuff 5 prevent the ingress of abrasive particles between contacting surfaces. With the reciprocating movement of the plunger on the inner surface of the pump casing, a release lubricant film is applied. The outer surface of the lubricating elements corresponds to the shape of the mating surface of the pump housing.

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. Thus, the surface of the pump casing is treated with a lubricating composition, which ensures uniform wear of the plunger, as well as a decrease in friction in the plunger-cylinder pair along their contact surface and an increase in the pump life.

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. The proposed cuff plunger was tested during operation of the pump with an inner diameter of 44.45 mm, the steel casing of which had annular grooves with a depth of 4.5 mm and a width of 12 mm, which housed elastic polyurethane self-sealing cuffs. At the same time, graphite elements were placed on the cuffs of the plunger body.

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.Changes in graphite elements:
length 20.0 mm
width 8 mm
height 3.8 mm
As a result of comparative experiments creating the operating conditions of the pumps, it was found that the wear rate of the plunger-cylinder pair using the proposed technical solution is 30-40% lower than in existing pump designs.

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. The proposed cuff plunger can improve the working conditions of the plunger-cylinder pair by reducing the friction coefficient, increase the period of overhaul operation and the pump life by 25-30%, which makes it possible to save significant funds intended for the purchase of new pumps instead of worn ones.

Предлагаемое техническое решение предполагается использовать на нефтяных промыслах Тюменской области в АО "Лукойл-Когалым нефтегаз". The proposed technical solution is supposed to be used in the oil fields of the Tyumen region in JSC Lukoil-Kogalym Neftegaz.

Claims

A cuff plunger of a deep well pump comprising annular grooves made on the outer cylindrical surface of the casing with elastic self-sealing cuffs housed therein, characterized in that the cuffs are provided with lubricating elements.