RU2252355C2

RU2252355C2 - Valve for oil-well plunger pump

Info

Publication number: RU2252355C2
Application number: RU2003114547/06A
Authority: RU
Inventors: Б.З. Султанов (RU); Б.З. Султанов; М.Л. Галимуллин (RU); М.Л. Галимуллин
Original assignee: ООО "Нафтасервис"
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2005-05-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: valve comprises housing and hollow valving member. The body of the head of the valving member is provided with a ring space. The ring space is in communication with the under-valve space. The under-valve space receives shank of the pressing bushing. The seat of the valve is two-step over the diameter. In operation position, the head of the valve is located in the bottom section of the seat. The movable pressing bushing is mounted in the top section of the seat. The pressing bushing co-operates with the sealing ring made of polyurethane. The through opening in the bushing receives the piston. The piston is locked against the axial movement by pin and arresting washer provided with guiding rod.

EFFECT: enhanced reliability of the valve.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности, в частности к скважинным штанговым насосам, применяемым для добычи нефти.The invention relates to the oil industry, in particular to borehole sucker rod pumps used for oil production.

Известен клапан плунжерного скважинного насоса, состоящий из корпуса, седла, затвора в виде шарика и клетки, имеющей фигурные вырезы для прохождения откачиваемой жидкости (Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа, Москва, изд-во “Недра”, 1984 г.). Недостатком конструкции клапана является ненадежная герметизирующая способность, так как касание шарового затвора по поверхности седла происходит по линейному принципу и поэтому малейший износ, коррозия или механические частицы приводят к разгерметизации клапанного узла. В конечном счете это снижает коэффициент наполнения насоса и приводит к необратимости ремонта скважины.A well-known valve of a plunger borehole pump, consisting of a housing, a seat, a shutter in the form of a ball and a cage, having curly cutouts for passing the pumped liquid (Molchanov G.V., Molchanov A.G. Machines and equipment for oil and gas production, Moscow, ed -in the "bowels", 1984). The drawback of the valve design is the unreliable sealing ability, since the ball valve touches the surface of the seat in a linear fashion and therefore the slightest wear, corrosion or mechanical particles lead to depressurization of the valve assembly. Ultimately, this reduces the fill factor of the pump and leads to irreversibility of well repair.

Наиболее близким по конструктивному оформлению и принципу действия является всасывающий клапан штангового скважинного насоса (RU 2011092 С1, МПК 7 F 16 К 15/02, 15.04.1994). Указанный клапан содержит корпус, в котором размещено седло с опорными поверхностями, затвор с направляющим хвостовиком в виде втулки с лопастями. Затвор установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения и снабжен подвижным кольцом, взаимодействующим с герметизирующим резиновым кольцом круглого сечения.The closest in design and operating principle is the suction valve of a sucker rod pump (RU 2011092 C1, IPC 7 F 16 K 15/02, 04/15/1994). The specified valve contains a housing in which a saddle with supporting surfaces is placed, a shutter with a guide shank in the form of a sleeve with blades. The shutter is mounted in the housing with the possibility of axial movement and is equipped with a movable ring interacting with a sealing rubber ring of circular cross section.

Недостатком данной конструкции является малый ресурс, так как подвижное кольцо под действием столба откачиваемой жидкости передает всю нагрузку при каждом цикле работы насоса на резиновое герметизирующее кольцо и за счет изжовывания быстро выводит его из строя. Кроме этого, клапан не снабжен демпфирующим устройством, снижающим динамическую нагрузку на подвижное кольцо.The disadvantage of this design is the small resource, since the movable ring, under the action of a column of pumped liquid, transfers the entire load with each pump operation cycle to the rubber sealing ring and quickly destroys it due to aging. In addition, the valve is not equipped with a damping device that reduces the dynamic load on the movable ring.

Целью изобретения является увеличение герметизирующей способности и ресурса клапанного узла, а следовательно, повышение межремонтного периода работы скважинной насосной установки.The aim of the invention is to increase the sealing ability and resource of the valve assembly, and therefore, increase the overhaul period of the downhole pumping unit.

Поставленная цель достигается тем, что величина хода подвижного нажимного кольца, хвостовик которого размещен в кольцевой полости головки затвора, гидравлически связанной с полостью под клапаном, ограничена глубиной кольцевой полости, что предотвращает передачу всей нагрузки от столба откачиваемой жидкости на герметизирующее эластичное кольцо, выполненное из полиуретана. Кроме этого, подвижное запорное кольцо выполнено большего размера по диаметру, чем запорная головка, и при входе в отверстие седла соответственно большего размера создает демпфирующий эффект за счет вытеснения жидкости через калиброванные щели из полости, образованной каналом седла и подвижным запорным кольцом.This goal is achieved in that the stroke value of the movable pressure ring, the shank of which is placed in the annular cavity of the shutter head hydraulically connected to the cavity under the valve, is limited by the depth of the annular cavity, which prevents the transfer of all the load from the column of pumped liquid to a sealing elastic ring made of polyurethane . In addition, the movable locking ring is larger in diameter than the locking head, and when entering the correspondingly larger seat hole, it creates a damping effect due to the displacement of fluid through calibrated slots from the cavity formed by the seat channel and the movable locking ring.

На фиг. 1 изображен клапан плунжерного скважинного насоса (продольный разрез); на фиг.2 - сливная заглушка в закрытом (а) и открытом (б) положениях.In FIG. 1 shows a valve of a plunger borehole pump (longitudinal section); figure 2 - drain plug in closed (a) and open (b) positions.

Клапан скважинного плунжерного насоса состоит из корпуса 1, в котором с помощью упорного переводника 2 закреплено седло 3, внутренний канал которого выполнен ступенчатым, то есть имеет два размера по диаметру. В полости корпуса установлен затвор 4 с возможностью осевого перемещения до контакта с упорной поверхностью седла 3 посредством втулки, снабженной направляющими лопастями. Головка затвора 4 снабжена кольцевой полостью, имеющей сквозные осевые отверстия.The valve of the borehole plunger pump consists of a housing 1, in which a seat 3 is fixed using a thrust sub 2, the inner channel of which is made stepwise, that is, has two sizes in diameter. A shutter 4 is mounted in the body cavity with the possibility of axial movement until it contacts the thrust surface of the seat 3 by means of a sleeve provided with guide vanes. The shutter head 4 is provided with an annular cavity having through axial openings.

На наружной поверхности направляющей втулки 5 имеются лопасти, контактирующие с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1. Головка затвора при закрытом положении клапана сопряжена с нижним малым каналом седла 3 и снабжена эластичным полиуретановым герметизирующим кольцом 6. В канале седла 3 большего размера размещена подвижная втулка 7, имеющая кольцевой хвостовик.On the outer surface of the guide sleeve 5 there are blades in contact with the inner cylindrical surface of the housing 1. The valve head, when the valve is in the closed position, is conjugated with the lower small channel of the seat 3 and is equipped with an elastic polyurethane sealing ring 6. In the channel of the saddle 3 there is a movable sleeve 7 having annular shank.

По оси затвора 4 выполнено сквозное отверстие - сливной канал А, снабженное заглушкой 9, герметизирующей указанный канал в рабочем положении.Along the axis of the shutter 4, a through hole is made - a drain channel A, equipped with a plug 9, which seals the specified channel in the working position.

Принцип действия клапана заключается в следующем: клапан с помощью резьбы присоединяется к цилиндру насоса и отпускается в скважину на колонне труб. Плунжер насоса опускается на штангах. При создании возвратно-поступательного движения плунжера происходит открытие и закрытие всасывающего и нагнетательного клапанов. При закрытии клапана в начальный момент затвор 4 входит в широкую часть канала седла 2, затем по мере движения вниз затвор 4 входит в суженный канал седла 3. В результате подвижная втулка 7 входит в канал и отсекает кольцевую полость, из которой жидкость может истекать только через щели между деталями клапана и седла. За счет этого создается демпфирующий эффект и смягчение удара при закрытии клапана. Подвижная втулка 7, перемещаясь вниз, цилиндрическим хвостовиком достигает дна кольцевой полости в головке затвора, в результате чего эластичный герметизирующий элемент - кольцо 6 сжимается на заданную расчетную величину и не получает перенапряжений. При этом сжатие кольца 6 происходит на величину полной герметизации клапана. Перемещение подвижной втулки 7 гарантируется перепадом давления в трубной колонне НКТ и в затрубном пространстве, так как полость под клапаном гидравлически связана с полостью в колонне НКТ с помощью осевых сверлений в головке затвора 4.The principle of operation of the valve is as follows: the valve is threadedly connected to the pump cylinder and released into the well on the pipe string. The pump plunger lowers on the rods. When creating a reciprocating movement of the plunger, the suction and discharge valves open and close. When the valve is closed at the initial moment, the shutter 4 enters the wide part of the channel of the seat 2, then, as it moves downward, the shutter 4 enters the narrowed channel of the seat 3. As a result, the movable sleeve 7 enters the channel and cuts off the annular cavity from which liquid can only flow out gaps between valve parts and seats. Due to this, a damping effect and softening of the impact when closing the valve are created. The movable sleeve 7, moving down, with a cylindrical shank reaches the bottom of the annular cavity in the shutter head, as a result of which the elastic sealing element - ring 6 is compressed by a predetermined design value and does not receive overvoltages. In this case, the compression of the ring 6 occurs by the total sealing of the valve. The movement of the movable sleeve 7 is guaranteed by the pressure drop in the tubing string and in the annulus, since the cavity under the valve is hydraulically connected to the cavity in the tubing string using axial drilling in the shutter head 4.

По мере роста давления в зоне нагнетания через затвор 4 подвижная втулка 7 давит на эластичное кольцо 6 и, распирая его, прижимает к седлу 3, что предотвращает утечки.As pressure increases in the discharge zone through the shutter 4, the movable sleeve 7 presses on the elastic ring 6 and, bursting it, presses it against the seat 3, which prevents leakage.

В момент всасывания при движении жидкости через клапан подвижная втулка 7 перемещается вверх и освобождает кольцо 6 от нагрузки. Для предотвращения утечек жидкости через затвор между стволом затвора 4 и подвижной втулкой 5 используется уплотнительное резиновое кольцо 8.At the time of suction, when the fluid moves through the valve, the movable sleeve 7 moves up and releases the ring 6 from the load. To prevent fluid leakage through the valve between the valve barrel 4 and the movable sleeve 5, a rubber sealing ring 8 is used.

При смене насоса после подъема плунжера в подъемные трубы сбрасывается груз с плоским наконечником. Под действием ударной нагрузки заглушка 9 разгерметизируется и внутритрубная полость освобождается от жидкости, так как пробка 10, установленная в корпусе заглушки 9, под действием ударной нагрузки перемещается вниз (фиг.2, а и б) и освобождает канал В для прохода жидкости из полости НКТ в затрубное пространство. Для нормальной работы заглушки 9 должны быть соблюдены условия:When changing the pump after lifting the plunger, the load with a flat tip is discharged into the lifting pipes. Under the influence of the shock load, the plug 9 is depressurized and the in-tube cavity is freed from the liquid, since the plug 10 installed in the body of the plug 9 moves under the action of the shock load (Fig. 2, a and b) and releases the channel B for the passage of fluid from the tubing cavity into the annulus. For normal operation of the plug 9, the conditions must be met:

l_l<l₂ l _l <l ₂

d₁>d₂ d ₁ > d ₂

Пробка 10 размещается при работе насоса в канале заглушки 9 и удерживается в этом положении срезным штифтом 12, для ограничения хода вниз пробки 10 установлена шайба 13, имеющая направляющий стержень. В нижнем положении пробки 10 сливной канал В открыт для прохода жидкости из подъемных труб НКТ в затрубную полость скважины.The plug 10 is placed during operation of the pump in the channel of the plug 9 and is held in this position by a shear pin 12, to limit the downward movement of the plug 10, a washer 13 is installed that has a guide rod. In the lower position of the plug 10, the drain channel B is open for the passage of fluid from the tubing tubing into the annulus of the well.

Заглушка может быть открыта путем создания избыточного давления внутри подъемных труб до заданной расчетной величины, при этом пробка 10 будет выбита вниз путем срезания штифта 12, как показано на фиг.2,б.The plug can be opened by creating excess pressure inside the lifting pipes to a predetermined design value, while the plug 10 will be knocked down by cutting the pin 12, as shown in figure 2, b.

Claims

1. The valve of the plunger borehole pump, comprising a housing, a seat, a hollow shutter in the form of a cylindrical sleeve with blades and a sealing ring, characterized in that an annular cavity is made in the body of the shutter head hydraulically connected to the subvalve space in which the shank is provided with a pressure the sleeve, and the valve seat is made two-stage in diameter, with the shutter head being placed in the lower, smaller part in the working position, and the movable pressure sleeve in the upper, larger part, The second sleeve interacts with a sealing ring made of polyurethane.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the through channel in the shutter is equipped with a plug made in the form of a sleeve, in the passage channel of which a piston is placed, fixed from axial movement by a pin and a restrictive washer with a guide rod.