RU2213261C1 - Oil-well sucker-rod pump - Google Patents
Oil-well sucker-rod pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213261C1 RU2213261C1 RU2002113185A RU2002113185A RU2213261C1 RU 2213261 C1 RU2213261 C1 RU 2213261C1 RU 2002113185 A RU2002113185 A RU 2002113185A RU 2002113185 A RU2002113185 A RU 2002113185A RU 2213261 C1 RU2213261 C1 RU 2213261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plunger
- cylinder
- pump
- rings
- rod
- Prior art date
Links
Landscapes
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к скважинным штанговым насосам, предназначенным для добычи жидкости из скважин, в том числе с любым содержанием абразивных и агрессивных включений, а также для подъема жидкости с больших глубин. The invention relates to the field of hydraulic engineering, in particular to borehole sucker-rod pumps designed to produce fluid from wells, including any abrasive and aggressive inclusions, as well as to raise fluid from great depths.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с подвижно размещенным в нем полым плунжером с цилиндрическими канавками, в которых установлены разрезные уплотнительные элементы из эластичного материала. Для компенсации износа уплотнительные кольца выполнены с шипами на верхней торцевой и внутренней цилиндрической поверхностях, прилегающих к стенкам канавки плунжера (см. SU 577314, МПК F 04 В 47/00, 1977 г.). A well-known sucker rod pump containing a cylinder with a hollow plunger movably placed in it with cylindrical grooves in which split sealing elements of elastic material are installed. To compensate for wear, the sealing rings are made with spikes on the upper end and inner cylindrical surfaces adjacent to the walls of the plunger groove (see SU 577314, IPC F 04 В 47/00, 1977).
Однако в данной конструкции насоса невозможно обеспечить надежное уплотнение зазора цилиндр-плунжер, поскольку уплотнение зазора определяется упругой деформацией шипов. Как следствие - происходят утечки жидкости в зазоре между наружной боковой поверхностью колец и уплотняемой поверхностью цилиндра, а также через щели в месте разреза уплотнительных колец. Кроме того, при такой конструкции уплотнительных колец происходит накопление абразивных частиц в канавке под кольцом, что приводит к попаданию частиц в зазор и абразивному износу цилиндра и уплотнительных колец, что резко сокращает срок эксплуатации насоса в целом. К тому же не исключается срыв разрезных колец при спуско-подъемных операциях насоса. However, in this pump design, it is not possible to provide reliable sealing of the cylinder-plunger gap, since the seal of the gap is determined by the elastic deformation of the tenons. As a result, fluid leaks occur in the gap between the outer lateral surface of the rings and the sealing surface of the cylinder, as well as through cracks in the section of the sealing rings. In addition, with this design of the sealing rings, abrasive particles accumulate in the groove under the ring, which leads to particles entering the gap and abrasive wear of the cylinder and the sealing rings, which drastically reduces the life of the pump as a whole. In addition, the breakdown of split rings during tripping of the pump is not excluded.
Известен другой скважинный штанговый насос (см. SU 1610073, F 04 В 47/00, 1990 г.), в котором установленные в канавках плунжера уплотнительные элементы выполнены в виде неразрезных упругих колец с V-образными выступами на боковых поверхностях, контактирующих с уплотняемой поверхностью цилиндра. При движении полого плунжера вверх под давлением столба откачиваемой жидкости, находящейся над плунжером, упругие уплотнительные кольца раскрываются за счет разжатия V-образного выступа. Another well sucker-rod pump is known (see SU 1610073, F 04 B 47/00, 1990), in which the sealing elements installed in the grooves of the plunger are made in the form of continuous elastic rings with V-shaped protrusions on the side surfaces in contact with the sealing surface cylinder. When the hollow plunger moves upward under the pressure of a column of pumped liquid located above the plunger, the elastic sealing rings open due to the expansion of the V-shaped protrusion.
Однако и в этом насосе не обеспечивается надежное уплотнение в паре цилиндр-плунжер из-за недостаточного уплотнения зазоров между боковыми поверхностями канавок на плунжере и торцами уплотнительных колец, а также в зоне V-образного выступа, что приводит к утечке откачиваемой жидкости и снижению производительности насоса. К тому же в такой конструкции насоса также происходит абразивный износ уплотнительных колец, т.к. происходит его накопление в зоне V-образного выступа. However, this pump does not provide reliable sealing in the cylinder-plunger pair due to insufficient sealing of the gaps between the lateral surfaces of the grooves on the plunger and the ends of the sealing rings, as well as in the area of the V-shaped protrusion, which leads to leakage of the pumped liquid and a decrease in pump performance . In addition, in such a pump design, abrasive wear of the sealing rings also occurs. it accumulates in the zone of the V-shaped protrusion.
Известен также скважинный насос, состоящий из цилиндра, установленного в нем подвижного плунжера с кольцевыми канавками на его поверхности, в которых с возможностью перекрытия зазора в паре цилиндр-плунжер установлены уплотнительные элементы в виде эластичных манжет, причем кольцевые канавки гидравлически сообщены посредством каналов с надплунжерным пространством, благодаря чему манжетные кольца вступают в работу поочередно сверху вниз по мере износа вышестоящей манжеты (см. SU 535423, МПК 7 F 04 В 21/04, 1976 г.). A well pump is also known, consisting of a cylinder, a movable plunger installed in it with annular grooves on its surface, in which sealing elements in the form of elastic cuffs are installed with the possibility of overlapping the gap in the cylinder-plunger, moreover, the annular grooves are hydraulically communicated through channels with a plunger space due to which the cuff rings come into operation alternately from top to bottom as the higher cuff wears out (see SU 535423, IPC 7 F 04 B 21/04, 1976).
Недостатком известного насоса является то, что в самоуплотнении зазора цилиндр-плунжер поочередно участвует только одна манжета после износа вышерасположенной. Как следствие, не обеспечивается надежное уплотнение пары цилиндр-плунжер. Кроме того, в автокомпенсации изношенной поверхности манжеты участвует лишь средняя часть объема манжеты, подверженная выпучиванию от воздействия изнутри давления столба жидкости, что ограничивает ее долговечность. Как следствие - снижение эффекта самоуплотнения манжеты в кольцевой канавке, неравномерный износ уплотнительных элементов по длине плунжера, невозможность надежного уплотнения в паре цилиндр-плунжер. A disadvantage of the known pump is that in the self-sealing of the clearance of the cylinder-plunger, only one cuff is alternately involved after the wear above. As a result, reliable sealing of the cylinder-plunger pair is not provided. In addition, only the middle part of the cuff volume is involved in the auto-compensation of the worn surface of the cuff, which is subject to buckling from the inside pressure of the liquid column, which limits its durability. As a result, the cuff self-sealing effect in the annular groove is reduced, uneven wear of the sealing elements along the length of the plunger, the impossibility of reliable sealing in the cylinder-plunger pair.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр и подвижный полый плунжер в виде стержня с нагнетательным клапаном в нижней его части, на наружной поверхности стержня установлены подпружиненный разобщитель и набор распорных и поочередно установленных между ними уплотнительных колец с взаимодействующими коническими поверхностями. Уплотнение зазора цилиндр-плунжер осуществляется за счет воздействия конических поверхностей разобщителя и распорных колец на уплотнительные кольца от усилия давления столба откачиваемой жидкости на разобщитель (см. SU 840458, МПК 7 F 04 В 21/04, 1981 г.). A well-known sucker-rod pump containing a cylinder and a movable hollow plunger in the form of a rod with a discharge valve in its lower part, a spring-loaded disconnector and a set of spacer rings and alternately installed between them sealing rings with interacting conical surfaces are installed on the outer surface of the rod. The clearance of the cylinder-plunger gap is due to the action of the conical surfaces of the uncoupling and spacer rings on the o-rings from the pressure exerted by the column of pumped liquid onto the uncoupling (see SU 840458, IPC 7 F 04 B 21/04, 1981).
Недостатком указанного технического решения является то, что уплотнительные кольца изготовлены не из эластичного материала. Поэтому между коническими поверхностями уплотнительных и распорных колец неизбежны утечки откачиваемой жидкости, которая свободно перетекает через камеру, образованную наружной поверхностью стержня и внутренней поверхностью колец, и через радиальные каналы, выполненные в крайнем нижнем распорном кольце, в подплунжерную полость цилиндра насоса. Все это приводит к снижению производительности насоса. The disadvantage of this technical solution is that the o-rings are not made of elastic material. Therefore, between the conical surfaces of the sealing and spacer rings, leakage of the pumped liquid is inevitable, which flows freely through the chamber formed by the outer surface of the rod and the inner surface of the rings, and through the radial channels made in the lowermost spacer ring, into the sub-plunger cavity of the pump cylinder. All this leads to a decrease in pump performance.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр, установленный в цилиндре подвижно полый плунжер в виде стержня с радиальными каналами и уплотнительный узел, включающий чередующиеся запорные кольца объемной конфигурации и уплотнительные элементы в виде манжет объемной конфигурации, выполненных из упругопластичного деформируемого давлением нагнетания материала. Уплотнительный элемент имеет в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора в паре цилиндр-плунжер и предназначено для контактирования с рабочей поверхностью цилиндра насоса, а большее основание гидравлически сообщено через радиальный канал со сквозной полостью плунжера. При этом каждая манжета имеет дополнительно тонкостенную втулку, размещенную со стороны большого основания трапеции. Для обеспечения работоспособности насоса плунжер снабжен в нижней части нагнетательным клапаном, а верхней частью посредством клетки соединен с колонной насосных штанг, а в цилиндре насоса под плунжером установлен всасывающий клапан (см. RU 2106530, МПК 7 F 04 В 47/02, 1998 г.). The closest technical solution to the claimed one is a borehole sucker rod pump containing a cylinder, a movable hollow plunger installed in the cylinder in the form of a rod with radial channels and a sealing assembly, including alternating locking rings of volumetric configuration and sealing elements in the form of volumetric cuffs made of elastoplastic deformable by pressure injection of material. The sealing element has an equilateral trapezoid in cross section, the smaller base of which faces the gap in the cylinder-plunger pair and is intended for contact with the working surface of the pump cylinder, and the larger base is hydraulically communicated through the radial channel with the through cavity of the plunger. In addition, each cuff has an additional thin-walled sleeve located on the side of the large base of the trapezoid. To ensure the pump’s performance, the plunger is equipped with a discharge valve in the lower part, and the casing is connected to the pump rod string through the cage, and a suction valve is installed in the pump cylinder under the plunger (see RU 2106530, IPC 7 F 04 В 47/02, 1998 )
Существенным недостатком известного насоса является сложная механика процесса самоуплотнения и автокомпенсации каждой из уплотнительных манжет в запорных кольцах, не позволяющая отработать их в полной мере и обеспечить надежное уплотнение пары цилиндр-плунжер в процессе работы насоса. Это объясняется тем, что поверхности взаимодействия (торцевые поверхности) уплотнительных манжет и запорных колец имеют сложную конфигурацию, причем длина конической части взаимодействующих поверхностей ограничена наличием цилиндрической части на манжете у большего основания трапеции, поэтому в процессе изнашивания уплотнительных манжет происходит такое уменьшение их высоты, при котором невозможно дальнейшее самоуплотнение манжеты в запорном кольце и уплотнение зазора пары цилиндр-плунжер, поэтому будут происходить утечки откачиваемой жидкости через увеличивающийся зазор пары цилиндр-плунжер, т.е. ресурс уплотнительных элементов ограничен. A significant drawback of the known pump is the complex mechanics of the process of self-sealing and auto-compensation of each of the sealing collars in the locking rings, which does not allow them to be fully worked out and to ensure reliable sealing of the cylinder-plunger pair during pump operation. This is because the interaction surfaces (end surfaces) of the sealing collars and locking rings have a complex configuration, and the length of the conical part of the interacting surfaces is limited by the presence of a cylindrical part on the cuff at the larger base of the trapezoid; therefore, in the process of wearing the sealing collars, such a decrease in their height occurs when which it is impossible to further self-seal the cuff in the locking ring and seal the gap of the cylinder-plunger pair, therefore, leakage leaks will occur aemoy fluid through the widening gap cylinder-plunger pair, i.e. the life of the sealing elements is limited.
Еще одним недостатком является сложность конструкции плунжера с уплотняющим узлом, необходимость закрепления запорных колец и уплотнительных элементов на плунжере, что не исключает неравномерности нагрузки на уплотнительные манжеты, что, в свою очередь, может привести к нарушению пространственной ориентации плунжера в цилиндре и выходу насоса из строя, что особенно проявляется при большой длине цилиндра (до 4000 мм и более). При этом сложность конструкции приводит к большим трудозатратам при изготовлении такого насоса. Another disadvantage is the design complexity of the plunger with a sealing assembly, the need to fix the locking rings and sealing elements on the plunger, which does not exclude uneven loading on the sealing collars, which, in turn, can lead to a violation of the spatial orientation of the plunger in the cylinder and the pump failure , which is especially evident with a large cylinder length (up to 4000 mm or more). Moreover, the complexity of the design leads to great labor costs in the manufacture of such a pump.
Еще одним недостатком известного насоса является ограничение его применения в скважинах с большим содержанием абразивных частиц, т.к. зазор между эластичными уплотнительными элементами и уплотняющей поверхностью цилиндра не защищен от попадания туда абразивных частиц из откачиваемой жидкости. Another disadvantage of the known pump is the limitation of its use in wells with a high content of abrasive particles, because the gap between the elastic sealing elements and the sealing surface of the cylinder is not protected from the ingress of abrasive particles from the pumped liquid.
Кроме того, известный насос при работе его в высокоагрессивной среде (содержащей кислоту, щелочь) не защищен и от возможности образования гальванической пары между металлом цилиндра и металлом плунжера, что приводит к ускоренному эрозионному процессу и износу металлических поверхностей цилиндра и плунжера. In addition, the well-known pump when it is operated in a highly aggressive environment (containing acid, alkali) is not protected from the possibility of the formation of a galvanic pair between the cylinder metal and the plunger metal, which leads to an accelerated erosion process and the wear of the metal surfaces of the cylinder and plunger.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение работоспособности насоса и увеличение срока его эксплуатации при работе в скважинах, содержащих жидкости с большим содержанием абразивных частиц, высокоагрессивную жидкость, при упрощении конструкции плунжера насоса за счет улучшения условий для уплотнения в рабочем зазоре и самоуплотнения уплотняющих элементов в кольцевых канавках плунжера в процессе работы насоса и равномерного постепенного их износа вплоть до полного расходования, уменьшения при этом износа пары цилиндр-плунжер путем полного исключения попадания абразивных частиц в зазор пары цилиндр-плунжер, а также исключения возникновения гальванического эффекта при откачивании жидкости с агрессивными примесями. The technical problem to which the invention is directed is to increase the pump performance and increase its service life when working in wells containing fluids with a high content of abrasive particles, highly aggressive fluid, while simplifying the design of the pump plunger by improving the sealing conditions in the working gap and self-sealing of the sealing elements in the annular grooves of the plunger during the operation of the pump and their uniform gradual wear up to complete consumption, ensheniya wherein the pair of wear-plunger cylinder by eliminating the ingress of abrasive particles in the gap pair of cylinder-plunger, and also avoid the occurrence of galvanic action when pumping fluid with aggressive impurities.
Дополнительно решается задача эффективного использования в насосе цилиндров любой длины, тонкостенных, биметаллических, с любым видом упрочнения, в том числе термоупрочненных или упрочненных механическим способом. Additionally, the problem is solved of the effective use of cylinders of any length, thin-walled, bimetallic, with any type of hardening in the pump, including heat-strengthened or mechanically hardened.
Также решается задача снижения трудоемкости изготовления плунжера насоса. The problem of reducing the complexity of manufacturing a pump plunger is also solved.
Это достигается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр, расположенный в нем подвижно полый плунжер в виде стержня с радиальными каналами и с уплотнительными элементами, выполненными из упругопластичного деформируемого материала с сечением в виде равнобокой трапеции, меньшее основание которой предназначено для контактирования с рабочей поверхностью цилиндра насоса, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, новым является то, что уплотнительные элементы выполнены в виде неразрезных колец, которые установлены в выполненные на наружной боковой поверхности плунжера кольцевые канавки, имеющие в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора в паре цилиндр-плунжер, а большее основание сообщено гидравлически через радиальные каналы в плунжере со сквозной полостью плунжера, при этом уплотнительные кольца установлены в кольцевых канавках с возможностью взаимодействия по их коническим поверхностям, при этом наружная поверхность стержня защищена покрытием с диэлектрическими свойствами, по обоим торцам плунжера установлены грязесборники в виде чашеобразных эластичных манжет и в верхней части плунжера под верхней манжетой выполнены сквозные радиальные каналы, сообщающие полость плунжера с зазором в паре цилиндр-плунжер. This is achieved by the fact that in a borehole sucker rod pump containing a cylinder, a movably hollow plunger located in it in the form of a rod with radial channels and with sealing elements made of an elastoplastic deformable material with a section in the form of an equilateral trapezoid, the smaller base of which is designed to contact with the working the surface of the pump cylinder, as well as the suction and discharge valves, new is that the sealing elements are made in the form of continuous rings, which are installed in annular grooves made on the outer lateral surface of the plunger having an equilateral trapezoid in cross section, the smaller base of which faces the gap in the cylinder-plunger pair, and the larger base is hydraulically communicated through radial channels in the plunger with a through cavity of the plunger, while the o-rings are installed in the annular grooves with the possibility of interaction along their conical surfaces, while the outer surface of the rod is protected by a coating with dielectric properties, at both ends of the plunger Dirt collectors in the form of cup-shaped elastic cuffs are installed and through the radial channels are made in the upper part of the plunger under the upper cuff, communicating the plunger cavity with a gap in the cylinder-plunger pair.
Цилиндр насоса может быть выполнен упрочненным посредством пластического деформирования металла. The pump cylinder may be hardened by plastic deformation of the metal.
В клетке плунжера, размещенной в его верхней части и связывающей плунжер с колонной насосных штанг, дополнительно выполнены каналы, ориентированные на чашку верхнего грязесборника. In the cage of the plunger, located in its upper part and connecting the plunger with the string of pump rods, additionally made channels oriented to the cup of the upper dirt collector.
Количество уплотнительных колец на плунжере возрастает с увеличением глубины спуска насоса. The number of o-rings on the plunger increases with increasing depth of the pump.
Благодаря предложенной форме выполнения кольцевых канавок на плунжере насоса для размещения в них уплотнительных элементов, которые предложено выполнять неразрезными, и благодаря тому, что форма поперечного сечения при установке уплотнительного кольца в канавку полностью повторяет форму сечения кольцевой канавки, обеспечиваются условия для наилучшего беспрепятственного взаимодействия поверхностей в процессе уплотнения зазора цилиндр-плунжер. Выполнение кольцевой канавки с сечением в виде равнобокой трапеции, меньшее основание которой обращено в сторону рабочего зазора цилиндра насоса, обеспечивает создание условий для надежного самоуплотнения выполненного из упругопластичного текучего материала уплотнительного элемента в кольцевых канавках плунжера в процессе работы насоса и равномерного постепенного их износа вплоть до полного расходования. К тому же размещение уплотнительных элементов в теле стержня плунжера, а также выполнение взаимодействующих поверхностей канавки и уплотнительного элемента по конической поверхности (а не сложной конфигурации, как в прототипе) позволяют обеспечить равномерное деформирование по всем направлениям упругих уплотнительных элементов и тем самым исключить перекос плунжера в цилиндре. Выполнение канавок для уплотнительных элементов в самом теле стержня не требует изготовления дополнительных элементов для крепления запорных элементов на стержне, что значительно упрощает конструкцию и снижает трудоемкость изготовления плунжера штангового насоса. Due to the proposed embodiment of the annular grooves on the pump plunger for placement of sealing elements in them, which are proposed to be continuous, and due to the fact that the cross-sectional shape when installing the sealing ring in the groove completely repeats the cross-sectional shape of the annular groove, the conditions for the best unhindered interaction of surfaces in the process of sealing the clearance of the cylinder-plunger. The implementation of the annular groove with a cross section in the form of an equilateral trapezoid, the smaller base of which is facing the working gap of the pump cylinder, provides the conditions for reliable self-sealing of the sealing element made of elastoplastic fluid material in the annular grooves of the plunger during the operation of the pump and their uniform gradual wear up to their complete wear spending. In addition, the placement of the sealing elements in the body of the plunger rod, as well as the execution of the interacting surfaces of the groove and the sealing element on the conical surface (rather than a complex configuration, as in the prototype) allow uniform deformation in all directions of the elastic sealing elements and thereby prevent the plunger from skewing top hat. The grooves for the sealing elements in the body of the rod does not require the manufacture of additional elements for mounting the locking elements on the rod, which greatly simplifies the design and reduces the complexity of manufacturing the plunger of the rod pump.
При этом благодаря тому, что по торцам плунжера закреплены с натягом по отношению к каналу цилиндра чашеобразные манжеты грязесборников, разгруженные от давления столба жидкости посредством выполненных в плунжере радиальных каналов под верхней манжетой, обеспечивается надежная защита уплотнительных элементов от попадания на их контактирующие с цилиндром поверхности абразивных частиц, что увеличивает ресурс работы уплотнительных элементов, а также защищает рабочую поверхность цилиндра. Moreover, due to the fact that the cup-shaped cuffs of the dirt collectors, unloaded from the pressure of the liquid column by means of radial channels made in the plunger under the upper cuff, are tightened with respect to the cylinder bore at the ends of the plunger, the sealing elements are reliably protected from abrasive surfaces contacting with the cylinder particles, which increases the life of the sealing elements, and also protects the working surface of the cylinder.
Благодаря тому, что поверхность плунжера также имеет защиту в виде антикоррозионного покрытия с диэлектрическими свойствами, создаются условия для работы насоса по перекачке высокоагрессивных жидкостей (содержащих кислоту, щелочи), что также повышает работоспособность насоса и его эксплуатационную надежность. Due to the fact that the plunger’s surface also has a protection in the form of a corrosion-resistant coating with dielectric properties, conditions are created for the pump to pump highly aggressive liquids (containing acid, alkali), which also increases the efficiency of the pump and its operational reliability.
Изменение числа уплотнительных колец на плунжере позволяет использовать насос для добычи жидкости с любых больших глубин. Changing the number of o-rings on the plunger allows you to use the pump to extract fluid from any large depths.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен скважинный штанговый насос, продольный разрез. The invention is illustrated in the drawing, which shows a borehole sucker rod pump, a longitudinal section.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1, расположенный в нем подвижно плунжер 2, выполненный в виде стержня со сквозной полостью 3, а также всасывающий 4 и нагнетательный 5 клапаны. The downhole sucker rod pump comprises a cylinder 1, a movable plunger 2 located therein, made in the form of a rod with a through cavity 3, as well as a suction 4 and a discharge 5 valves.
На наружной боковой поверхности плунжера 2 выполнены кольцевые канавки 6, имеющие в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора 7 в паре цилиндр-плунжер, а большее основание сообщено гидравлически через радиальные каналы 8 в теле стержня плунжера 2 с полостью 3 плунжера 2. В кольцевые канавки 6 установлены уплотнительные элементы, выполненные в виде неразрезных уплотнительных колец 9 цилиндрической формы из упругого эластичного материала, например фторопласта. Уплотнительные кольца 9 установлены в кольцевых канавках 6 с возможностью взаимодействия по их коническим поверхностям, при этом уплотнительные кольца 9 приобретают в сечении также равнобокую трапецию. Меньшее основание такой трапеции предназначено для контактирования с рабочей поверхностью 10 цилиндра 1 насоса. On the outer lateral surface of the plunger 2, annular grooves 6 are made, having a cross-sectional trapezoid in cross section, the smaller base of which faces the gap 7 in the cylinder-plunger pair, and the larger base is hydraulically communicated hydraulically through radial channels 8 in the body of the plunger 2 shaft with the cavity of plunger 2 In the annular grooves 6 are installed sealing elements made in the form of continuous sealing rings 9 of a cylindrical shape from an elastic elastic material, for example fluoroplastic. O-rings 9 are installed in the annular grooves 6 with the possibility of interaction along their conical surfaces, while the O-rings 9 also acquire an isosceles trapezoid in cross section. The smaller base of such a trapezoid is intended for contact with the working surface 10 of the cylinder 1 of the pump.
Количество уплотнительных колец 9 определяется в зависимости от глубины спуска насоса в скважину: с увеличением глубины количество уплотнительных колец 9 на плунжере 2 увеличивается. The number of o-rings 9 is determined depending on the depth of the descent of the pump into the well: with increasing depth, the number of o-rings 9 on the plunger 2 increases.
Для того, чтобы упругие неразрезные уплотнительные кольца 9 цилиндрической формы установить в кольцевые канавки 6 на плунжере, имеющие трапецеидальное сечение, необходимо кольца 9 из фторопласта изготовить объемом, несколько превышающим объем кольцевых канавок 6. При помощи специального устройства цилиндрические кольца 9 запрессовывают в канавки 6 до полного заполнения последних. Благодаря тому, что материал, из которого изготовлены кольца 9, кроме упругих свойств обладает еще пластическими свойствами, при запрессовке кольцевые канавки 6 заполняются полностью, а конусные боковые поверхности канавок 6 заневоливают кольца 9 и не позволяют последним возвращаться в исходное положение за счет собственной упругости. In order to install elastic continuous cylindrical sealing rings 9 in the annular grooves 6 on the plunger having a trapezoidal section, it is necessary to make the fluoroplastic rings 9 with a volume slightly exceeding the volume of the annular grooves 6. Using a special device, the cylindrical rings 9 are pressed into the grooves 6 to complete filling in of the latter. Due to the fact that the material from which the rings 9 are made, in addition to having elastic properties, also has plastic properties, when pressing in, the annular grooves 6 are completely filled, and the conical side surfaces of the grooves 6 engage the rings 9 and do not allow the latter to return to their original position due to their own elasticity.
По торцам плунжера установлены грязесборники, выполненные в виде чашеобразных манжет 11 и 12 из упругоэластичного материала, например полиамида. Наибольший диаметр манжет 11, 12 выполнен несколько превышающим внутренний диаметр цилиндра 1 с целью плотного прилегания верхней кромки манжет 11, 12 к рабочей поверхности 10 цилиндра 1. At the ends of the plunger installed dirt collectors made in the form of cup-shaped cuffs 11 and 12 of an elastic material, such as polyamide. The largest diameter of the cuffs 11, 12 is made slightly larger than the inner diameter of the cylinder 1 with the aim of snugly fitting the upper edge of the cuffs 11, 12 to the working surface 10 of the cylinder 1.
Плунжер 2 связан с колонной насосных штанг 13 посредством размещенной в его верхней части клетки 14 с каналами 15, 16. Каналы 16 ориентированы на чашку верхней манжеты 11. Для разгрузки манжеты 11 в верхней части плунжера 2 выполнены сквозные радиальные каналы 17, сообщающие полость 3 плунжера с зазором 7 в паре цилиндр-плунжер. The plunger 2 is connected to the string of pump rods 13 by means of the channels 15, 16 located in its upper part of the cage 14. The channels 16 are oriented to the cup of the upper cuff 11. To unload the cuff 11, through radial channels 17 are made in the upper part of the plunger 2, communicating the cavity 3 of the plunger with a gap of 7 in a pair of cylinder-plunger.
Всасывающий клапан 4 установлен в цилиндре 1, в подплунжерном пространстве, а нагнетательный клапан 5 установлен герметично по нижнему торцу плунжера 2. The suction valve 4 is installed in the cylinder 1, in the sub-plunger space, and the discharge valve 5 is installed hermetically along the lower end of the plunger 2.
Наружная поверхность металла плунжера 2 защищена антикоррозионным покрытием, обладающим диэлектрическими свойствами, например МАКС-эмаль ТУ 5772-003-53113951-2001. The outer surface of the metal of the plunger 2 is protected by a corrosion-resistant coating with dielectric properties, for example, MAX-enamel TU 5772-003-53113951-2001.
Поверхность металлического цилиндра 1 может быть термоупрочнена либо упрочнена механически, например, пластическим деформированием, чтобы исключить нарушение прямолинейности и геометрических размеров длинномерного цилиндра. The surface of the metal cylinder 1 can be thermally hardened or mechanically hardened, for example, by plastic deformation, in order to eliminate the violation of the straightness and geometric dimensions of the long cylinder.
Для обеспечения коррозионной стойкости цилиндров последние изготовляются из коррозионностойкой стали или других сплавов (нержавеющей стали, титана и др.). To ensure the corrosion resistance of the cylinders, the latter are made of stainless steel or other alloys (stainless steel, titanium, etc.).
Работает скважинный штанговый насос следующим образом. The downhole sucker rod pump operates as follows.
При движении полого плунжера 2 вверх всасывающий клапан 4 открывается, и в цилиндре 1 насоса в подплунжерное пространство поступает откачиваемая жидкость. При этом нагнетательный клапан 5 закрыт. Надплунжерный столб откачиваемой жидкости через полость 3 плунжера 2 и радиальные каналы 8 своим давлением нагнетания воздействует на упругие уплотнительные кольца 9 со стороны большего основания трапецеидального сечения. В результате происходит выжимание всех колец 9 из всех кольцевых канавок 6 по коническим поверхностям их взаимодействия и по всей длине их установки на плунжере 2. Давления нагнетания достаточно для выдвижения указанных колец 9 до момента контактирования меньшего основания трапецеидального сечения с рабочей поверхностью 10 цилиндра 1, благодаря чему надежно уплотняется зазор 7 в паре цилиндр-плунжер. When the hollow plunger 2 moves up, the suction valve 4 opens, and the pumped liquid enters the sub-plunger space in the pump cylinder 1. When this discharge valve 5 is closed. The supraplunger column of the pumped liquid through the cavity 3 of the plunger 2 and the radial channels 8 acts on the elastic sealing rings 9 from the side of the larger base of the trapezoidal section with its discharge pressure. As a result, all the rings 9 are squeezed out of all the annular grooves 6 along the conical surfaces of their interaction and along the entire length of their installation on the plunger 2. The discharge pressure is sufficient to extend these rings 9 until the smaller base of the trapezoidal section comes into contact with the working surface 10 of cylinder 1, due to which reliably seals the gap 7 in a pair of cylinder-plunger.
Одновременно происходит равномерное самоуплотнение упругих колец 9 в кольцевых канавках 6 благодаря конусности поверхностей взаимодействия и текучести упругого материала уплотнительного кольца 9. At the same time, uniform self-sealing of the elastic rings 9 in the annular grooves 6 occurs due to the taper of the interaction surfaces and the fluidity of the elastic material of the sealing ring 9.
В это же самое время при перемещении плунжера 2 вверх верхняя манжета 11 грязесборника, установленная в цилиндре 1 с натягом, движется вместе с плунжером 2 и очищает внутреннюю рабочую поверхность 10 цилиндра 1 от прилипших песка и других твердых абразивных частиц, содержащихся в откачиваемой жидкости. Песок скапливается на дне чашеобразной манжеты 11. Каналы 17 в верхней части плунжера разгружают манжету 11, и надплунжерный столб жидкости не деформирует ее, тем самым манжета 11 надежно функционирует по защите зазора 7 от попадания в него абразивных частиц. At the same time, when the plunger 2 moves upward, the upper cuff 11 of the dirt collector installed in the cylinder 1 with an interference fit moves with the plunger 2 and cleans the inner working surface 10 of the cylinder 1 from adhering sand and other solid abrasive particles contained in the pumped liquid. Sand accumulates at the bottom of the cup-shaped cuff 11. The channels 17 in the upper part of the plunger unload the cuff 11, and the supra-plunger fluid column does not deform it, thereby the cuff 11 reliably functions to protect the gap 7 from abrasive particles.
При ходе плунжера 2 вниз всасывающий клапан 4 закрывается, открывается нагнетательный клапан 5. В этом случае давление столба откачиваемой жидкости воспринимает всасывающий клапан 4, а уплотнительные кольца 9 освобождаются от давления надплунжерного столба жидкости и, благодаря остаточной пластичности материала, находятся в контакте с поверхностью 10 цилиндра 1. Однако, ввиду отсутствия давления столба жидкости на уплотнительные кольца 9 со стороны большего основания трапеции, плунжер 2 беспрепятственно перемещается вниз под весом колонны штанг 13. When the plunger 2 moves down, the suction valve 4 closes, the discharge valve 5 opens. In this case, the pressure of the column of pumped liquid is absorbed by the suction valve 4, and the sealing rings 9 are released from the pressure of the plunger column of the liquid and, due to the residual plasticity of the material, are in contact with surface 10 cylinder 1. However, due to the lack of pressure of the liquid column on the O-rings 9 from the side of the larger base of the trapezoid, the plunger 2 freely moves down under the weight of the columns 13 bars.
Откачиваемая жидкость, находящаяся в цилиндре под плунжером 2, по полости 3 поднимается вверх и через каналы 15, 16 поступает в надплунжерное пространство цилиндра 1 и далее по насосно-компрессорным трубам (НКТ) на поверхность. The pumped liquid located in the cylinder under the plunger 2, through the cavity 3 rises up and through the channels 15, 16 enters the supraplunger space of the cylinder 1 and then through the tubing to the surface.
При прохождении жидкости через каналы 16 в клетке 14 струя жидкости очищает манжету 11 от накопившегося песка, и песок с потоком жидкости по НКТ поднимается вверх, не попадая в зону контакта уплотнительных колец 9 с поверхностью 10 цилиндра 1. With the passage of fluid through the channels 16 in the cell 14, the fluid stream cleans the cuff 11 of accumulated sand, and the sand with the fluid flow through the tubing rises, without falling into the contact zone of the sealing rings 9 with the surface 10 of the cylinder 1.
В этот же период, при движении плунжера 2 вниз, установленная в цилиндре 1 с натягом нижняя манжета 12 очищает своими кромками внутреннюю поверхность 10 цилиндра 1 от песка и твердых частиц и препятствует тем самым их попаданию в зазор 7 под уплотнительные кольца 9. In the same period, when the plunger 2 moves downward, the lower cuff 12 installed in the cylinder 1 with an interference fit cleans sand and solid particles from its inner surface 10 of the cylinder 1 and thereby prevents them from entering the gap 7 under the o-rings 9.
При циклической работе плунжера 2 происходит постепенное выдвижение уплотнительных колец 9 и уплотнение рабочего зазора 7 при ходе плунжера вверх, вплоть до полного их износа. During cyclic operation of the plunger 2, the sealing rings 9 are gradually extended and the working gap 7 is sealed when the plunger moves upwards, up to their complete wear.
Таким образом, благодаря тому, что плунжер 2 контактирует с рабочей поверхностью 10 цилиндра через эластичные упругие кольца 9, при этом благодаря наличию манжет 11, 12, исключающих попадание песка и других абразивных частиц, содержащихся в откачиваемой жидкости, в зону контакта колец 9 с поверхностью 10 цилиндра, а также благодаря специальному покрытию, обладающему диэлектрическими свойствами, поверхности плунжера 2 обеспечивается повышение работоспособности насоса при работе в скважинах, содержащих жидкости с большим содержанием абразивных частиц, а также в условиях при откачке высокоагрессивной жидкости. При этом, благодаря постоянному выдвижению уплотнительных элементов 9 из кольцевых каналов 6 по мере их износа, вплоть до полного, значительно повышается их ресурс, а герметичное уплотнение зазора 7 в паре цилиндр-плунжер обеспечивает надежную и долговечную работу насоса в целом. Thus, due to the fact that the plunger 2 is in contact with the working surface 10 of the cylinder through elastic elastic rings 9, while due to the presence of cuffs 11, 12, preventing sand and other abrasive particles contained in the pumped liquid from entering the contact zone of the rings 9 with the surface 10 of the cylinder, and also thanks to a special coating with dielectric properties, the surface of the plunger 2 provides increased pump efficiency when working in wells containing fluids with a high abrasive content x particles, as well as under conditions when pumping highly aggressive liquid. Moreover, due to the constant extension of the sealing elements 9 from the annular channels 6 as they wear out, up to full, their service life is significantly increased, and the tight seal of the gap 7 in the cylinder-plunger pair ensures reliable and durable operation of the pump as a whole.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002113185A RU2213261C1 (en) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | Oil-well sucker-rod pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002113185A RU2213261C1 (en) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | Oil-well sucker-rod pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2213261C1 true RU2213261C1 (en) | 2003-09-27 |
Family
ID=29777741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002113185A RU2213261C1 (en) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | Oil-well sucker-rod pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2213261C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036591A1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Gabdullin Rivener Musavirovich | Differential rod pump |
| RU2460902C1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-09-10 | Дмитрий Анатольевич Будяков | Downhole rod pump |
| RU171110U1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-05-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая компания "Насосы и способы нефтедобычи" | Sucker rod pump |
| RU2654558C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-05-21 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Oil well pump |
| CN108980018A (en) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 中国石油天然气股份有限公司 | Soft sealing flexible pump barrel plunger pump |
| CN111608904A (en) * | 2020-05-27 | 2020-09-01 | 青岛新胜石油机械有限公司 | Flexible sealing plunger pump |
| CN116085250A (en) * | 2023-01-10 | 2023-05-09 | 山东大学 | Integrated flow distribution type low-leakage plunger pair device |
-
2002
- 2002-05-20 RU RU2002113185A patent/RU2213261C1/en active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012036591A1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Gabdullin Rivener Musavirovich | Differential rod pump |
| RU2460902C1 (en) * | 2011-06-07 | 2012-09-10 | Дмитрий Анатольевич Будяков | Downhole rod pump |
| RU171110U1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-05-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговая компания "Насосы и способы нефтедобычи" | Sucker rod pump |
| RU2654558C1 (en) * | 2017-07-25 | 2018-05-21 | Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Oil well pump |
| CN108980018A (en) * | 2018-07-26 | 2018-12-11 | 中国石油天然气股份有限公司 | Soft sealing flexible pump barrel plunger pump |
| CN111608904A (en) * | 2020-05-27 | 2020-09-01 | 青岛新胜石油机械有限公司 | Flexible sealing plunger pump |
| CN116085250A (en) * | 2023-01-10 | 2023-05-09 | 山东大学 | Integrated flow distribution type low-leakage plunger pair device |
| CN116085250B (en) * | 2023-01-10 | 2023-11-24 | 山东大学 | Integrated flow distribution type low-leakage plunger pair device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2007094700A1 (en) | Device for hydraulically protecting a well pump electric motor | |
| RU2213261C1 (en) | Oil-well sucker-rod pump | |
| RU2669058C1 (en) | Oil well pump | |
| RU2382901C1 (en) | Downhole peristaltic pump | |
| RU2470142C1 (en) | Packer (versions) | |
| RU2674843C1 (en) | Pump | |
| RU120472U1 (en) | DEEP DEPTH PUMP | |
| RU147653U1 (en) | DEEP BAR PUMP | |
| RU2460902C1 (en) | Downhole rod pump | |
| RU2669723C1 (en) | Oil well pump | |
| RU2559679C1 (en) | Well sucker-rod pump | |
| RU2202708C2 (en) | Oil-well sucker-rod pump | |
| RU2096661C1 (en) | Collar plunger of submerged well pump | |
| RU2168654C1 (en) | Oil-well sucker-rod pump | |
| RU2166128C1 (en) | Deep-well pump | |
| CN212003529U (en) | Sand-proof oil-well pump | |
| RU2090780C1 (en) | Deep-well sucker-rod pump | |
| WO2012167445A1 (en) | Plunger oil-well pump and its plunger | |
| RU2812544C1 (en) | Spool valve | |
| RU191456U1 (en) | Mechanical seal for the plunger of a borehole sucker rod pump | |
| RU137064U1 (en) | DEEP DEPTH PUMP | |
| RU2440512C1 (en) | Bottom-hole differential oil pump | |
| US20160130921A1 (en) | Downhole pump seating nipple with perforations | |
| RU2007618C1 (en) | Well sucker-rod pump | |
| CN208153318U (en) | Hydraulic self-sealing plunger and anti-scaling oil-well pump using same |