RU2735124C1

RU2735124C1 - Plunger of sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2735124C1
Application number: RU2020110637A
Authority: RU
Inventors: Александр Евгеньевич Верисокин; Александр Сергеевич Николайченко; Ольга Юрьевна Ромах; Анастасия Владимировна Дитрих; Татевик Кареновна Гукасян; Юлия Игоревна Пивницкая
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-10-28

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to oil machine building, particularly, to sucker rod pump plunger designs. Plunger consists of hollow bushings connected to each other by thread, provided with thrust ledges, on which there is a sealing element, consisting of cylindrical helical spiral spring, between coils of which there arranged are seal turns. Hollow bushings with sealing elements form sections with right and left rotation of seal spiral. Sections with sealing elements are separated by hollow bushings with centralisers. Upper section is threaded for connection to pump rod string, lower section is equipped with internal thread for connection of pressure valve. In each section, sealing element is pressed from above by lock washer, having limited axial movement. When the plunger moves upwards, the hydrostatic pressure of the formation fluid column is received by the lock washer and the seal body. Formation fluid along helical spiral channel, arranged by outer surface of cylindrical helical spiral spring and inner surface of cylinder with right rotation of flow, flows into annular gap between centraliser and cylinder, with supply to helical spiral channel of next section, with change of rotation of flow to opposite, which creates powerful hydraulic resistance and prevents overflow of formation fluid into cavity under plunger. Number of sections with sealing elements can be different and depends on depth of well and installation site of sucker-rod pump.

EFFECT: movement of lock washer and cylindrical helical spiral spring promotes squeezing of each section seals to ensure contact with inner surface of the cylinder.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и, в частности, к конструкции плунжеров штанговых глубинных насосов.The invention relates to petroleum engineering and, in particular, to the design of the plungers of sucker rod pumps.

Известна конструкция гуммированного плунжера (см. «Нефтепромысловые машины и механизмы», А.Г. Чичеров, Учебное пособие для вузов. - М: Недра, 1983 г. - С. 121-123).Known design of a rubberized plunger (see "Oilfield machines and mechanisms", A. G. Chicherov, Textbook for universities. - M: Nedra, 1983 - S. 121-123).

Плунжер выполнен металлическим, с размещением на наружной поверхности нескольких манжет. Верхняя манжета имеет подвод жидкости из осевого канала плунжера в свою внутреннюю полость, что приводит к расширению манжеты в диаметральном направлении, с обеспечением манжеты в диаметральном направлении, с обеспечением контакта с внутренней поверхностью цилиндра насоса. Последующие манжеты изготовлены по размеру наружного диаметра таким образом, чтобы обеспечить натяг с цилиндром. При этом каждая из манжет воспринимает определенную часть перепада давления. Такое конструктивное исполнение плунжера не требует высокой точности изготовления цилиндра.The plunger is made of metal, with several cuffs located on the outer surface. The upper collar has a fluid supply from the axial channel of the plunger to its internal cavity, which leads to expansion of the collar in the diametrical direction, providing the collar in the diametrical direction, ensuring contact with the inner surface of the pump cylinder. Subsequent cuffs are made to the size of the outer diameter in such a way as to ensure interference with the cylinder. In this case, each of the cuffs perceives a certain part of the pressure drop. This design of the plunger does not require high precision in the manufacture of the cylinder.

К недостаткам конструкции следует отнести:The disadvantages of the design include:

- ограничение по глубине установки; незначительное наличие мехпримесей в добываемой продукции.- limitation on installation depth; insignificant presence of mechanical impurities in the extracted products.

Выполнение манжет из резины, при их взаимодействии с поверхностью цилиндра, приводит к быстрому износу манжет и сокращению срока службы.The execution of cuffs of rubber, when they interact with the surface of the cylinder, leads to rapid wear of the cuffs and a reduction in service life.

Известно уплотнение плунжера (см. пат. РФ № 2062377, кл. МПК F16J 15/56, опубл. 20.06.1996 г.), состоящее из разрезных уплотнительных колец, установленных с натягом на упругой обойме, с образованием пакета, в котором каждое из колец контактирует с тарированным пружинным элементом.Known seal of the plunger (see US Pat. RF No. 2062377, CL. IPC F16J 15/56, publ. 20.06.1996), consisting of split O-rings installed with interference on an elastic cage, with the formation of a package in which each of rings contacts with the calibrated spring element.

Боковые поверхности колец сопряжены криволинейными поверхностями с соседними кольцами по внутренним поверхностям, с образованием между ними полостей.The side surfaces of the rings are conjugated by curved surfaces with adjacent rings along the inner surfaces, with the formation of cavities between them.

К недостаткам конструкции можно отнести:The disadvantages of the design include:

- имеется упругое взаимодействие обоймы с уплотнительными кольцами из металла, которые выполнены разрезными и смещены друг от друга на 90°.- there is an elastic interaction of the cage with metal sealing rings, which are split and offset from each other by 90 °.

Поджим разрезных колец пружинным элементом, при взаимодействии с материалом обоймы, напрямую зависит только от их упругих свойств и не может создать достаточно больших радиальных нагрузок на разрезные кольца. В связи с этим расширять их до контакта с поверхностью цилиндра, по мере их износа, представляется проблематичным.Pressing the split rings with a spring element, when interacting with the cage material, directly depends only on their elastic properties and cannot create sufficiently large radial loads on the split rings. In this regard, expanding them to contact with the cylinder surface, as they wear, is problematic.

Наличие кольцевого технологического зазора в месте контакта соседних разрезных колец образует переток пластовой жидкости через эти разрезы из полости высокого давления над плунжером в полость скважины. В таком случае имеет место передача осевой сжимающей нагрузки на материал упругой обоймы, что не может обеспечить надежный контакт с разрезными кольцами, поджим которых к поверхности цилиндра происходит неравномерно.The presence of an annular technological gap at the point of contact of adjacent split rings forms the flow of formation fluid through these cuts from the high-pressure cavity above the plunger into the well cavity. In this case, there is a transfer of an axial compressive load on the material of the elastic cage, which cannot ensure reliable contact with the split rings, which are unevenly pressed to the cylinder surface.

При наличии нескольких уплотнительных узлов по мере удаления от первого узла, контактные напряжения снижаются, т.е. имеет место неравномерный износ уплотнений.In the presence of several sealing units, as the distance from the first unit increases, the contact stresses decrease; there is uneven wear on the seals.

Известна конструкция механического уплотнения плунжера (см. «Поршневые и плунжерные насосы для добычи нефти». / Б.С. Захаров ОАО «ВНИИОЭНГ», Москва, 2002 г. - с. 24-26). Устройство состоит из разъемного корпуса, с механическими уплотнениями, состоящими из нескольких деталей, каждая из которых включает упругую резиновую обойму, охватывающую пакет уплотнительных колец, плотно прижатых по торцу друг к другу, при свинчивании элементов разъемного корпуса.The design of the mechanical seal of the plunger is known (see "Piston and plunger pumps for oil production" / BS Zakharov JSC "VNIIOENG", Moscow, 2002 - pp. 24-26). The device consists of a split body, with mechanical seals, consisting of several parts, each of which includes an elastic rubber cage that encompasses a package of sealing rings, tightly pressed against each other at the end, when the elements of the split body are screwed together.

Уплотнительные кольца выполнены с эксцентреситетом внутреннего диаметра относительно наружного.O-rings are made with an eccentricity of the inner diameter relative to the outer one.

Взаимодействие упругой резиновой обоймы с уплотнительными кольцами приводит к их поджиму к уплотняемой поверхности плунжера в одной пачке. Усилие поджима напрямую зависит от упругих свойств материала обоймы. К недостаткам конструкции следует отнести неопределенность во взаимном перемещении уплотнительных колец из-за существования высоких контактных напряжений в месте их взаимодействия.The interaction of the elastic rubber cage with the sealing rings leads to their pressing against the sealing surface of the plunger in one pack. The clamping force directly depends on the elastic properties of the cage material. The disadvantages of the design include the uncertainty in the mutual movement of the sealing rings due to the existence of high contact stresses in the place of their interaction.

Анализ технических решений показал, что известна конструкция плунжера штангового насоса (см. «Глубинно-насосный способ добычи нефти» / Н.И. Ковалев, В.С. Черников, Г.И. Чесноков / Изд-во «Роснефть - Ставропольнефтегаз», г. Нефтекумск, 2001 г. - с. 31).Analysis of technical solutions showed that the design of the sucker rod pump plunger is known (see "Downhole pumping method of oil production" / NI Kovalev, VS Chernikov, GI Chesnokov / Publishing house "Rosneft - Stavropolneftegaz", Neftekumsk, 2001 - p. 31).

Плунжер имеет на наружной поверхности винтовой спиральный канал, выполняющий роль гидравлического сопротивления, при перетекании пластовой жидкости.The plunger has a helical spiral channel on the outer surface, which acts as a hydraulic resistance when the formation fluid flows.

Известно уплотнение полого штока (см. а. с. СССР № 764446 МКл F16J 15/44. Заявл. 05.04.78 г.). Уплотнение выполнено в виде пакета стальных колец-обойм с расточками, обращенными к поверхности плунжера, в которых размещены уплотнительные кольца из полиамида. Расточки в стальных кольцах-обоймах связаны гидравлически друг с другом через калиброванные перепускные отверстия. Кольца с перепускными отверстиями установлены со смещением на 90°.Known seal of a hollow rod (see USSR AS No. 764446 MKl F16J 15/44. Appl. 05.04.78). The seal is made in the form of a package of steel ring-cages with bores facing the plunger surface, in which polyamide sealing rings are placed. The bores in the steel cage rings are hydraulically connected to each other through calibrated bypass holes. The bypass rings are installed offset by 90 °.

При перетекании через них пластовой жидкости происходит падение давления на каждом отверстии, с поддержанием расчетного перепада давления на каждом уплотнительном кольце, с его поджимом к уплотняемой поверхности плунжера.When the formation fluid flows through them, a pressure drop occurs at each hole, with the maintenance of the calculated pressure drop at each sealing ring, with its pressing to the sealing surface of the plunger.

В устройстве реализован принцип деления давления между уплотнительными кольцами, за счет гидравлических сопротивлений на каждом перепускном отверстии.The device implements the principle of dividing the pressure between the sealing rings, due to hydraulic resistances at each bypass hole.

Известно уплотнение плунжера насоса (см. а. с. СССР № 478969, МПК F16J 9/20, опубл. 30.07.75 г.).Known pump plunger seal (see USSR AS No. 478969, IPC F16J 9/20, publ. 30.07.75).

Уплотнение выполнено в виде чашеобразных манжет, установленных с возможностью перемещения на плунжере.The seal is made in the form of cup-shaped cuffs mounted for movement on the plunger.

Между каждой парой манжет расположен упорный элемент, с распорной пружиной, один торец которой взаимодействует с соответствующей манжетой для поджима в направлении полости нагнетания. Другим концом пружина взаимодействует с дополнительным упорным элементом, закрепленным на плунжере, который, в сборе с манжетами, размещен в цилиндре насоса.Between each pair of cuffs there is a stop element with a spacer spring, one end of which interacts with the corresponding cuff for pressing in the direction of the pressure cavity. At the other end, the spring interacts with an additional thrust element fixed to the plunger, which, assembled with cuffs, is located in the pump cylinder.

При перемещении плунжера вверх перепад давления воспринимается верхней манжетой, которая перемещается вниз. Происходит сжатие пружины, при полной деформации которой в полости между верхней и последующей манжетами растет давление. Усилие от этого давления воспринимается второй манжетой и приводит к сжатию пружины, при ее перемещении вниз с набором давления на следующей манжете. Давление жидкости между манжетами различается на величину потерь давления на преодоление усилий пружины и сил трения.When the plunger moves up, the pressure drop is taken up by the upper lip, which moves downward. The spring is compressed, with full deformation of which, pressure increases in the cavity between the upper and subsequent cuffs. The force from this pressure is taken up by the second cuff and leads to compression of the spring as it moves downward with a set of pressure on the next cuff. The fluid pressure between the cuffs differs by the amount of pressure loss to overcome the spring forces and friction forces.

При этом отмечается, что изменением усилия пружин и подбором количества манжет можно регулировать величину перепада давления на каждой манжете.It is noted that by changing the force of the springs and selecting the number of cuffs, it is possible to regulate the pressure drop across each cuff.

Однако при восприятии перепада давления верхней манжетой и ее перемещении относительно плунжера одновременно происходит перемещение всех манжет, поскольку при ходе вниз верхней манжеты изменяется объем пространства между манжетами. При изменении объема, жидкости между манжетами некуда деваться, а значит и положение манжет не изменится. В случае наличия утечки из полостей между манжетами, произойдет неравномерное распределение усилий. При достаточно большой глубине скважины гидростатическое давление может быть достаточно большим, порядка ΔР=10-20 МПа, а площадь сечения манжеты может достигать значения

However, when the upper cuff senses the pressure drop and moves relative to the plunger, all cuffs move simultaneously, since the volume of space between the cuffs changes during the downward stroke of the upper cuff. When the volume changes, the liquid between the cuffs has nowhere to go, which means that the position of the cuffs will not change. In case of leakage from the cavities between the cuffs, an uneven distribution of forces will occur. With a sufficiently large well depth, the hydrostatic pressure can be quite large, of the order of ΔР = 10-20 MPa, and the cross-sectional area of the cuff can reach the value

Примем что d_цил=50 мм; d_пл=36 мм.Let's assume that d _cyl = 50 mm; d _pl = 36 mm.

Тогда S_m=0,785(5,0²-3,6²)=9,5 см².Then S _m = 0.785 (5.0 ² -3.6 ² ) = 9.5 cm ² .

Откуда усилие, которое воспринимается пружиной, определится S_пр=9_m·ΔР=950 кгс. При таких габаритах пружину изготовить невозможно. Это значит, что данная конструкция неработоспособна.Whence the force, which is perceived by the spring, is determined by S _pr = 9 _m · ΔР = 950 kgf. With such dimensions, the spring cannot be made. This means that this design is inoperative.

Известна конструкция плунжера скважинного насоса (см. а.с. СССР № 1.753.041, кл МПК F04B 47/02).The known design of the plunger of a borehole pump (see USSR AS No. 1.753.041, class IPC F04B 47/02).

Плунжер содержит секции со средствами уплотнения, которые установлены с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно корпуса. Уплотнительный элемент каждой секции выполнен в виде эластичного кольца, втулка выполнена разрезной и снабжена внутренней конической поверхностью, а каждая шайба снабжена наружной конической поверхностью для сопряжения с соответствующей внутренней конической поверхностью втулки. Пружины установлены между упорами и секциями и охватывают корпус.The plunger contains sections with sealing means, which are installed with the possibility of limited axial movement relative to the body. The sealing element of each section is made in the form of an elastic ring, the sleeve is split and provided with an inner conical surface, and each washer is equipped with an outer conical surface for mating with the corresponding inner conical surface of the sleeve. The springs are installed between the stops and the sections and cover the body.

При перемещении плунжера вверх, нагрузка от столба жидкости действует на верхнюю шайбу и верхнюю разрезную втулку, которые, в свою очередь, через кольцевой уплотнительный элемент действуют на нижнюю разрезную втулку и нижнюю шайбу.When the plunger moves upwards, the load from the liquid column acts on the upper washer and the upper split sleeve, which, in turn, through the annular sealing element act on the lower split sleeve and the lower washer.

В результате этих взаимодействий кольцевой уплотнительный элемент поджимается к внутренней поверхности цилиндра насоса. Верхние и нижние разрезные втулки своей торцовой частью также вводятся в контакт со стенкой цилиндра с перемещением секции вниз, сжимая пружину и деформацией деталей следующей секции уплотнительного узла.As a result of these interactions, the annular sealing element is pressed against the inner surface of the pump cylinder. The upper and lower split bushings, with their end part, are also brought into contact with the cylinder wall with the section moving downward, compressing the spring and deformation of the parts of the next section of the sealing unit.

Разрезные втулки прижимаются своей торцовой частью к стенке цилиндра за счет сил, возникающих в результате взаимодействия конических поверхности шайб, с коническими поверхностями разрезных втулок.The split bushings are pressed with their end part against the cylinder wall due to the forces arising from the interaction of the conical surfaces of the washers with the conical surfaces of the split bushings.

После сжатия пружин и герметизации зазора в цилиндре насоса, суммарная осевая нагрузка сообщается на опору. В таком положении деталей плунжер перемещается вверх.After compressing the springs and sealing the gap in the pump cylinder, the total axial load is transferred to the support. In this position of the parts, the plunger moves up.

Опора установлена на нижнем конце цилиндра и воспринимает в полном объеме гидростатическое давление столба жидкости. При ходе плунжера вниз, под действием собственного веса, происходит цикл всасывания пластовой жидкости, происходит снятие осевой нагрузки, что приводит к перемещению каждой секции уплотнительных узлов усилием пружин.The support is installed at the lower end of the cylinder and receives the full hydrostatic pressure of the liquid column. During the downward stroke of the plunger, under the action of its own weight, the formation fluid is sucked in, the axial load is removed, which leads to the movement of each section of the sealing units by the force of the springs.

Шайбы и разрезные втулки раздвигаются, с занятием кольцевыми уплотнительными элементами исходного положения с образованием зазора между плунжером и цилиндром. Это приводит к снижению сопротивления при движении плунжера вниз.Washers and split bushings move apart, with the annular sealing elements occupying the initial position with the formation of a gap between the plunger and the cylinder. This leads to a decrease in resistance when the plunger moves downward.

- неравномерное нагружение гидростатическим давлением секции, начиная сверху вниз, что приводит к ускоренному износу верхней секции, поскольку в контакт с цилиндром входят разрезные втулки, вместе с уплотнением, что ограничивает перемещение разрезных втулок последующей секции;- uneven loading by hydrostatic pressure of the section, starting from top to bottom, which leads to accelerated wear of the upper section, since the split bushings come into contact with the cylinder, together with the seal, which limits the movement of the split bushings of the subsequent section;

- применение резины для уплотнительных элементов не может обеспечить достаточно большую наработку на отказ;- the use of rubber for sealing elements cannot provide a sufficiently large MTBF;

- такое конструктивное исполнение плунжера, возможно при изготовлении плунжеров большого диаметра, что указывает на ограничение по применению в скважинах с малым диаметром эксплуатационной колонны.- such a design of the plunger is possible in the manufacture of plungers of large diameter, which indicates a limitation on the use in wells with a small diameter of the production string.

Известен скважинный штанговый насос с коротким поршнем (см. Пат. РФ № 2.533.280, кл. МПК F04B 47/00, опубл. 20.11.2014г.). Короткий поршень снабжен набором металлических колец, прижатых друг к другу по торцам, с упругим поджимом к уплотняемой поверхности.Known downhole sucker rod pump with a short piston (see. RF Patent No. 2.533.280, class IPC F04B 47/00, publ. 20.11.2014). The short piston is equipped with a set of metal rings pressed against each other along the ends, with elastic pressing against the sealing surface.

На корпусе короткого поршня выполнены кольцевые канавки с эластичными кольцами для смещения металлических колец в радиальном направлении, за счет эксцентриситета. Каждая пара металлических колец развернута друг относительно друга на 180°, по отношению к эксцентричным пазам.On the body of the short piston, there are annular grooves with elastic rings for displacing the metal rings in the radial direction, due to eccentricity. Each pair of metal rings is rotated 180 ° relative to each other in relation to the eccentric grooves.

Набор металлических колец в сумме образует сложную лабиринтную щель, обладающей большим гидравлическим сопротивлением для текучей среды, при переходе из полости высокого давления, в сторону полости низкого давления, что повышает герметизирующую способность короткого поршня. Известно также, что металлические кольца в сочетании с эластичными кольцами способны в ограниченных пределах компенсировать износ колец.The set of metal rings together forms a complex labyrinth gap with a high hydraulic resistance for the fluid when passing from the high-pressure cavity to the low-pressure cavity, which increases the sealing ability of the short piston. It is also known that metal rings in combination with elastic rings are capable of compensating ring wear within limited limits.

Известен пат. РФ № 2162966, кл. F04B 53/17 - поршень скважинного штангового насоса, опубл. 10.02.2001 г., принятый авторами за прототип.Known US Pat. RF No. 2162966, cl. F04B 53/17 - the piston of the sucker rod pump, publ. 02/10/2001, accepted by the authors as a prototype.

Поршень, содержит установленное в корпусе контактно-щелевое уплотнение, состоящее из упругой обоймы и набора уплотнительных колец, которые изготовлены из жестких неэластомерных материалов. Кольца притерты друг к другу по торцам и поджаты к стенке корпуса упругой обоймой, в которой они установлены. Под нижним кольцом контактно-целевого уплотнения, с упором в него торец упругой обоймы установлена гильза на упругом основании, с обеспечением сжатия щелевого уплотнения. Гильза размещена с зазором относительно корпуса.The piston contains a contact-throat seal installed in the housing, consisting of an elastic cage and a set of sealing rings, which are made of rigid non-elastomeric materials. The rings are ground against each other at the ends and pressed against the wall of the body by an elastic cage in which they are installed. Under the lower ring of the contact-target seal, with the end of the elastic cage resting against it, a sleeve is installed on an elastic base, ensuring the compression of the gap seal. The sleeve is placed with a gap relative to the body.

Работа устройства.Device operation.

При перемещении плунжера вверх, гидростатическое давление столба пластовой жидкости сообщается через радиальные отверстия в упругой обойме, уплотнительным кольцом, с их поджимом к стенке цилиндра. Контактные напряжения при этом на каждом уплотнительном кольце равны между собой.When the plunger moves upwards, the hydrostatic pressure of the formation fluid column is communicated through the radial holes in the elastic cage, by the sealing ring, with their pressing against the cylinder wall. In this case, the contact stresses on each sealing ring are equal to each other.

- наличие малого пятна контакта каждого кольца со стенкой цилиндра и формирование проточного лабиринтного канала уплотнительными кольцами, обладающего малой длиной, приводит к малому гидравлическому сопротивлению перетока пластовой жидкости и увеличению утечки из камеры высокого давления в камеру низкого.- the presence of a small contact patch of each ring with the cylinder wall and the formation of a flowing labyrinth channel with sealing rings having a small length leads to a low hydraulic resistance of the formation fluid overflow and an increase in leakage from the high-pressure chamber to the low-pressure chamber.

Компенсация радиального износа уплотнителя происходит только за счет упругих свойств обоймы, что недостаточно для обеспечения радиального перемещения уплотнительных колец, поскольку имеется торцовый контакт каждого из них друг с другом.Compensation of the radial wear of the seal occurs only due to the elastic properties of the cage, which is not enough to ensure the radial movement of the seal rings, since there is an end contact of each of them with each other.

При перемещении плунжера вверх на уплотнительные кольца действует гидростатическое давление, с ростом контактных напряжений между кольцами, что не позволяет осуществить их радиальное перемещение к стенке цилиндра по мере износа и снижает надежность работы конструкции.When the plunger moves up, hydrostatic pressure acts on the sealing rings, with an increase in contact stresses between the rings, which does not allow their radial movement to the cylinder wall as they wear out and reduces the reliability of the structure.

Технический результат, который может быть получен при реализации предполагаемого изобретения:The technical result that can be obtained by implementing the alleged invention:

- увеличение площади контакта уплотнителя, за счет его выполнения в виде винтовой спирали, установленной между витками цилиндрической пружины;- increasing the contact area of the seal, due to its implementation in the form of a helical spiral, installed between the coils of a cylindrical spring;

- обеспечение высокого гидравлического сопротивления потоку пластовой жидкости при обтекании плунжера;- ensuring high hydraulic resistance to the flow of formation fluid when flowing around the plunger;

- обеспечение компенсации радиального износа уплотнителя, путем торцового обжима витков спирали при восприятии перепада давления;- provision of compensation for radial wear of the seal by means of end crimping of the spiral turns upon perception of a pressure drop;

- увеличение срока службы плунжера, за счет равномерного распределения между уплотнительными элементами.- increase in the service life of the plunger, due to the uniform distribution between the sealing elements.

Технический результат достигается тем, что плунжер штангового насоса состоит из трубчатого корпуса с упорными выступами, между которыми размещены уплотнительные элементы, в виде последовательно расположенных секций. Трубчатый корпус выполнен сборным, состоящим из полых втулок, снабженных стопорными шайбами на уплотнительных элементах, состоящих из цилиндрической винтовой спиральной пружины, между витками которой размещены витки уплотнителя. Секции соседних уплотнительных элементов отличаются направлением вращения витков цилиндрической винтовой спиральной пружины и витков уплотнителя, с разделением секции полыми втулками, снабженными центраторами, а стопорные шайбы установлены на полых втулках, с возможностью ограниченного осевого перемещения.The technical result is achieved by the fact that the plunger of the sucker rod pump consists of a tubular body with thrust protrusions, between which sealing elements are located, in the form of successively arranged sections. The tubular body is made prefabricated, consisting of hollow bushings equipped with locking washers on the sealing elements, consisting of a cylindrical helical spiral spring, between the turns of which there are seal turns. Sections of adjacent sealing elements differ in the direction of rotation of the coils of the cylindrical helical spiral spring and the coils of the seal, with the separation of the section by hollow bushings equipped with centralizers, and the lock washers are installed on hollow bushings with the possibility of limited axial movement.

Конструкция плунжера штангового насоса поясняется чертежами, где:The design of the sucker rod pump plunger is illustrated by drawings, where:

- на фигуре 1 - показан в разрезе сборный плунжер;- figure 1 shows a sectional view of the assembled plunger;

- на фигуре 2 - конструкция уплотнительного элемента;- figure 2 - the design of the sealing element;

- на фигуре 3 - вид в разрезе уплотнителя.- figure 3 is a sectional view of the seal.

Плунжер состоит из нескольких, последовательно соединенных друг с другом секций, в виде полых втулок 1, связанных между собой резьбой 2. Каждая полая втулка 1 снабжена упорным выступом 3 и стопорной шайбой 4, между которыми установлен уплотнительный элемент 5, состоящий из цилиндрической винтовой спиральной пружины 6 и уплотнителя 7, в виде винтовой спирали, витки которой размещаются между витком цилиндрической винтовой спиральной пружины 6 (см. фиг 2). Соседние секции уплотнительных элементов 5, разделены полой втулкой 1, снабжены центратором 8, наружный диаметр которых сравним с наружным диаметром витков цилиндрической винтовой спиральной пружины 6. Направление вращения витков уплотнительных элементов 5 соседних секций принимается на противоположное.The plunger consists of several sections connected in series with each other, in the form of hollow bushings 1, interconnected by a thread 2. Each hollow bushing 1 is equipped with a thrust protrusion 3 and a lock washer 4, between which a sealing element 5 is installed, consisting of a cylindrical helical spiral spring 6 and a seal 7, in the form of a helical spiral, the turns of which are placed between the turn of a cylindrical helical spiral spring 6 (see Fig. 2). Adjacent sections of the sealing elements 5, separated by a hollow sleeve 1, are equipped with a centralizer 8, the outer diameter of which is comparable to the outer diameter of the coils of the cylindrical helical coil spring 6. The direction of rotation of the coils of the sealing elements 5 of adjacent sections is taken to the opposite.

Плунжер в сборе из полых втулок 1 может состоять из нескольких чередующих секций уплотнительных элементов 5 и центраторов 8.The plunger assembly of hollow bushings 1 can consist of several alternating sections of sealing elements 5 and centralizers 8.

К резьбе 2 верхней полой втулки 1 подсоединяется штанговая колонка (на фигурах не показано). Нижняя полая втулка 1 снабжена нагнетательным клапаном, устанавливаемым на резьбе 2.A rod column is connected to the thread 2 of the upper hollow sleeve 1 (not shown in the figures). The lower hollow bushing 1 is equipped with a discharge valve installed on the thread 2.

Принцип работы плунжера.The principle of the plunger.

При перемещении плунжера вверх, гидростатическое давление столба пластовой жидкости воспринимается торцовой поверхностью стопорной шайбы 4, цилиндрической винтовой спиральной пружины 6 и витками уплотнителя 7, который находится в прямом контакте со стенкой цилиндра (на фигурах не показано). При этом существует винтовой спиральный канал, сформированный стенкой цилиндра и витками цилиндрической винтовой спиральной пружины 6. Длина этого канала во много раз превосходит высоту уплотнительного элемента 5. На верхнем уплотнительном элементе 5 поток пластовой жидкости приобретает правое вращение с выходом в кольцевой канал, образованный стенкой цилиндра и центратором 8. Далее поток пластовой жидкости поступает к следующему уплотнительному элементу 5, где витки цилиндрической винтовой спиральной пружины 6 и уплотнителя 7 имеют левостороннее исполнение, что приводит к изменению направления вращения потока пластовой жидкости на левостороннее. Изменение направления вращения потока пластовой жидкости происходит на следующем уплотнительном элементе 5. Таким образом, обеспечивается распределение перепада давления между уплотнительными элементами 5. На нижнем уплотнительном элементе 5, за счет большой суммарной длины винтовых спиральных каналов, всех уплотнительных элементов 5, происходит гашение скорости потока пластовой жидкости практически до нулевой.When the plunger moves upward, the hydrostatic pressure of the column of formation fluid is perceived by the end surface of the lock washer 4, the cylindrical helical spiral spring 6 and the turns of the seal 7, which is in direct contact with the cylinder wall (not shown in the figures). In this case, there is a helical spiral channel formed by the cylinder wall and turns of a cylindrical helical spiral spring 6. The length of this channel is many times greater than the height of the sealing element 5. On the upper sealing element 5, the formation fluid flow acquires a right-handed rotation with an exit into the annular channel formed by the cylinder wall and centralizer 8. Further, the formation fluid flow enters the next sealing element 5, where the turns of the cylindrical helical coil spring 6 and the seal 7 are left-handed, which leads to a change in the direction of rotation of the formation fluid flow to left-handed. The change in the direction of rotation of the formation fluid flow occurs at the next sealing element 5. Thus, the distribution of the pressure drop between the sealing elements 5. On the lower sealing element 5, due to the large total length of the helical spiral channels, all sealing elements 5, the formation flow rate is damped liquid to almost zero.

Количество уплотнительных элементов 5 может быть различным, и подбирается в зависимости от глубины скважины и гидростатического давления столба пластовой жидкости под местом установки плунжера штангового насоса.The number of sealing elements 5 may be different, and is selected depending on the depth of the well and the hydrostatic pressure of the column of formation fluid under the installation site of the sucker rod pump plunger.

Claims

A sucker rod pump plunger containing a tubular body with thrust protrusions, between which sealing elements are placed in the form of successively arranged sections, characterized in that the tubular body is assembled in the form of a section consisting of hollow bushings equipped with lock washers on sealing elements consisting of a cylindrical screw spiral spring, between the coils of which the coils of the seal are placed, and the sections of the adjacent sealing elements differ in the direction of rotation of the coils of the cylindrical helical spiral spring and the coils of the seal, with the separation of the sections by hollow bushings equipped with centralizers, and the lock washers are mounted on the hollow bushings with the possibility of limited axial movement.