скважинный насос

Формула изобретения

Скважинный насос, включающий плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, составной цилиндр, собранный из втулок, размещенных в кожухе, на концах которого установлены переводники, расстояние между торцами которых превышает суммарную длину втулок цилиндра, отличающийся тем, что плунжер выполнен большей длины, чем цилиндр, а втулки радиально смещены с углом смещения по окружности соседних втулок в пределах 170-190^o и подвижны относительно друг друга на величину допустимого зазора в отработанной паре плунжер-цилиндр.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для откачки жидкости из скважины с помощью штанговой насосной установки.

Известен скважинный насос, состоящий из составного втулочного цилиндра, плунжера и клапанов [1] В известном насосе втулки собраны в кожухе-трубе, отцентрированы на скалке и стянуты переводниками, навернутыми на концах кожуха. Сила стягивания втулок контролируется динамометрическим ключом во избежании их смещения и заклинивания плунжера.

Недостатком насоса является то, что он имеет повышенные утечки жидкости в паре плунжер цилиндр, вызванные необходимостью увеличивать зазор в паре, чтобы обеспечить свободное перемещение плунжера в жестком цилиндре, состыкованном из отдельных втулок. Кроме того, несмотря на стяжку втулок, они могут сместиться при спуске насоса в скважину или во время их транспортировки, что также требует увеличения первоначального зазора.

При свободном размещении втулок в кожухе, когда расстояние между торцами переводников превышает суммарную длину втулок, торцы плунжера и втулок должны иметь заходные фаски, чтобы исключить прямые удары торцов и, как следствие этого, заклинивание насоса. В этом случае герметичность насоса также невысока, т.к. для свободного входа плунжера во втулки во время каждого цикла работы насоса требуется широкоходовая посадка деталей, т.е. большой зазор между плунжером и втулками. Технической задачей, решаемой данным изобретением, является уменьшение утечек жидкости в паре плунжер цилиндр скважинного насоса. Это достигается тем, что в скважинном насосе, включающем плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны, составной цилиндр, собранный из втулок, размещенных в кожухе, на концах которого установлены переводники, расстояние между торцами которых превышает суммарную длину втулок цилиндра, согласно изобретению, плунжер выполнен большей длины, чем цилиндр, а втулки радиально смещены с углом смещения по окружности соседних втулок в пределах 170.190^oС и подвижны относительно друг друга на величину допустимого зазора в отработанной паре плунжер цилиндр.

На фиг. 1 изображен скважинный насос; на фиг. 2 поперечное сечение насоса.

Насос состоит из плунжера 1, кожуха 2, втулок 3 и 4 со стыком 5, пружин 6, переводников 7 и 8, клапанов 9 и 10. Цилиндр соединен с насосно-компрессорными трубами 11, подвешенными на устье скважины, а плунжер - со штангами 12, соединенными на устье скважины со станком-качалкой (на фиг. не показано). Радиально смещенная относительно оси насоса втулка одной стороной прижата к плунжеру, а с другой стороны образует с ним серповидную щель 13. На стыке втулок серповидная щель одной втулки частично перекрыта другой втулкой; неперекрытыми остаются два участка 14. Торцы втулок 3 и 4 шлифованы и перпендикулярны к оси, поэтому на стыке 5 радиального перетока жидкости не происходит.

Переводники 7 и 8 навинчены на кожух 2 так, что они не зажимают втулки по торцам, а оставляют между ними зазор, достаточный для взаимного плотного перемещения втулок. Радиальная подвижность втулок ограничена толщиной слоя допустимого износа плунжера и втулки. Это позволяет максимально увеличить площадь торцевого контакта соседних втулок.

Величина неперекрытых участков 14 зависит от угла окружности, по которой приложены силы смещения соседних втулок. Наименьшие просветы, а следовательно, и утечки жидкости будут при угле 180^o. В этом случае площадь просветов составляет 32% от площади кольцевой щели между плунжером и втулкой. Уменьшение или увеличение угла до 10^o не сказывается существенно на приращении площади, а большие изменения приводят к значительному возрастанию просветов, достигая при 0^o и 360^o максимальной величины, равной площади полной серповидной щели. Радиальное смещение втулки может быть осуществлено различными способами, например, цилиндрической или плоской пружиной, постоянным магнитом и пр. На фиг. 1 и 2 как пример показаны две плоские пружины 6, прижимающие соседние втулки к плунжеру с противоположных сторон.

Насос работает следующим образом. При ходе плунжера 1 сверху вниз жидкость, находящаяся над закрытым приемным клапаном 10, проходит через открытый нагнетательный клапан 9 в трубы 11. При обратном ходе вверх нагнетательный клапан 9 закрывается, а приемный клапан 10 открывается. В результате этого возникает перепад давления, который приводит к подаче жидкости на поверхность и частичной утечке ее по щели между плунжером и цилиндром обратно в полость всасывания.

В известном насосе щель между плунжером и цилиндром представляет собой кольцевой зазор по всей сопрягаемой длине.

В предложенном насосе имеется серповидная щель с большим числом местных гидравлических сопротивлений в виде внезапного сужения и расширения канала. Такой вид сопротивления дает дополнительную потерю напора в щели, что приводит к снижению расхода жидкости, т.е. к уменьшению утечек.

В процессе работы насоса происходит износ внутренней поверхности втулок и плунжера. Втулки перемещаются пружинами 6 и выбирают образующийся зазор в месте контакта. Перемещение соседних втулок навстречу друг другу по мере износа позволяет сохранять малое проходное сечение неперекрытых участков 14 на стыках 5 длительное время и тем самым продлевает срок работы насоса с уменьшенными утечками жидкости.

По экспериментальным данным утечки жидкости в паре плунжер цилиндр с максимальным эксцентриситетом и 20-местными гидравлическими сопротивлениями указанного вида на 60.80% меньше, чем в паре с концентричным расположением плунжера в цилиндре и без местных сопротивлений.