скважинный насос с плашечным уплотнением

Формула изобретения

СКВАЖИННЫЙ НАСОС С ПЛАШЕЧНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ, содержащий цилиндр, клапаны, плунжер с канавками на наружной поверхности, плашки, вставленные в канавки и имеющие такую же кривизну наружной поверхности, как цилиндр и пружины, на которые опираются плашки, отличающийся тем, что он снабжен накладками, установленными на плашки заподлицо с их наружной поверхностью и удерживаемыми на них цилиндром, а посадочным местом на плашках являются радиальная и осевая полки, поверхности которых совпадают с торцевой и внутренней поверхностями накладок, при этом торец плашек и свободный торец накладок лежат на одной радиальной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для откачки жидкости из глубоких скважин.

Известен скважинный насос, в котором высокая герметизирующая способность пары плунжер-цилиндр достигается за счет установки на плунжере самоуплотняющихся резиновых, пластмассовых и прочих колец, имеющих относительно большую упругую деформацию [1]

Недостатком этого насоса является быстрый износ уплотнительных элементов, работающих в условиях абразивной среды при больших контактных напряжениях.

Попытка замены эластичных колец на износостойкие стальные кольца не дали положительных результатов из-за малого допустимого износа их, при котором сохраняется хорошая герметичность.

Известен скважинный насос, содержащий плунжер, на наружной поверхности которого имеются углубления с размещенными в них подпружиненными стальными уплотнительными плашками [2]

На плунжере установлены поперечные тонкие шайбы, препятствующие сквозному протоку жидкости под плашками. Для создания лучшей герметичности пары плунжер-цилиндр диаметр поперечных шайб должен быть близок к диаметру цилиндра, а толщина шайб должна быть минимальной. Однако это требование приводит к тому, что при длительной работе насоса верхняя кромка шайб изнашивается, на ней образуются заусенцы и загибы, которые мешают перемещению плашек, а это приводит к их заклиниванию и снижению герметичности. В связи с этим известный насос имеет ограниченную продолжительность работы с высокой герметичностью пары плунжер-цилиндр.

Технической задачей изобретения является увеличение межремонтного периода работы скважинного насоса, во время которого сохраняется его высокая герметизирующая способность.

Эта задача решается тем, что скважинный насос с плашечным уплотнением, содержащий цилиндр, клапаны, плунжер с канавками на наружной поверхности, плашки, вставленные в канавки и имеющие такую же кривизну наружной поверхности как цилиндр, и пружины, на которые опираются плашки, снабжен накладками, посаженными на плашки заподлицо с их наружной поверхностью и удерживаемыми на них цилиндром, а посадочным местом на плашках являются радиальная и осевая полки, поверхности которых совпадают с торцовой и внутренней поверхностями накладок, при этом торец плашек и свободный торец накладок лежат на одной радиальной плоскости.

На фиг. 1 показан скважинный насос с плашечным уплотнением; на фиг. 2 узел I, где плашка и накладка, установленные в канавку плунжера, контактируют с цилиндром.

Скважинный насос содержит плунжер 1, цилиндр 2, нагнетательный клапан 3, приемный клапан 4, фильтр 5. На плунжере в канавках 6 установлены плашки 7, а на них посажены накладки 8. Посадочным местом на плашке являются радиальная полка 9 и осевая полка 10. Плашки опираются на пружину 11.

Насос спущен в скважину на штангах 12 и размещен в насосно-компрессорных трубах 13 на коническом седле 14.

Канавки 6 являются кольцевыми расточками на плунжере, их число зависит от требуемой герметичности насоса, т.е. от глубины скважины (высоты подъема жидкости), и может быть от 5 до 20. Для больших глубин скважин число канавок 6 на плунжере 1 должно быть максимальным. По длине плунжера канавки 6 размещены либо равномерно, как показано на фиг. 1, либо сгруппированы по краям, в центре или отдельными участками. Выбор размещения канавок связан с кривизной скважины.

Число плашек 7 в каждой канавке 6 устанавливается от 3 до 6 штук. Меньшее или большее количество плашек дает дополнительные утечки жидкости, так как в первом случае уменьшается по мере износа контактное давление и герметичность на концах плашки, а во втором увеличивается количество и величина зазоров между плашками. Накладки 8 размещены на стыках плашек 7. Их число соответствует числу плашек в канавке, может быть и меньше, но такое, которое обеспечивает перекрытие при самом неблагоприятном взаимном размещении плашек и накладок всех стыков плашек, кроме одного.

Полки 9 и 10 плашки 7 по геометрии поверхности совпадают с торцовой и внутренней поверхностью накладки 8, что обеспечивает беззазорное прилегание одной поверхности к другой.

Наружная поверхность накладок и поверхность плашек представляют собой единую цилиндрическую поверхность, диаметр которой точно равен диаметру цилиндра 2.

Свободный торец накладок и торец плашек, находящихся в кольцевой канавке 6, лежат на одной радиальной плоскости, что обеспечивает перекрытие канала для утечек жидкости из-под плашек вдоль нижней боковой стенки канавки 6.

Сборка насоса производится следующим образом.

На конец цилиндра 2 наворачиваются узел приемного клапана 4 и фильтр 5. Затем в цилиндр нижним концом вводится плунжер 1 с клапаном 3 и вдвигается в него до первой канавки 6. В канавку вставляются плашки 7 с пружиной 11, сажаются накладки 8 и вдвигаются в цилиндр 2 до следующей канавки 6. Операции повторяются столько раз, сколько намечено создать уплотнений для данного насоса, предназначенного к спуску в конкретную скважину. Сборка насоса может осуществляться с помощью монтажной втулки с последующей заменой ее цилиндром.

Во время работы насоса плунжер перемещается в цилиндре вверх-вниз. При ходе вверх под плунжером возникает пониженное давление, происходит всасывание жидкости в эту полость. Над плунжером в это время действует высокое давление. За счет перепада давления плашки 7 и накладки 8, прижатые к стенке цилиндра 2 пружинами 11, переместятся вниз до касания с нижней стенкой канавки 6. Таким образом, прямой проход для жидкости между плунжером и цилиндром будет закрыт: по цилиндрической контактной поверхности благодаря плотному прилеганию и точному соответствию геометрии контактирующих поверхностей цилиндра и плашек с накладками, по стыкам между плашками благодаря перекрытию их накладками и по радиальному зазору в канавке за счет прижатия к нижней стенке канавки одновременно двух торцов плашки и накладки.

При ходе плунжера вниз клапан 3 открывается, а клапан 4 закрывается. Давление над и под плунжером становится одинаковым. Плашки 7 и накладки 8 в это время не воспринимают осевую гидравлическую нагрузку и за счет трения занимают верхнее положение в канавке 6. Происходит перетекание жидкости из насоса в трубы через плунжер.

По мере износа плашек и накладок контакт между ними и цилиндром сохраняется за счет упругости пружины 11, а герметичность насоса не нарушается до тех пор, пока контакт по осевой полке 10 остается перекрытым нижней боковой стенкой канавки 6. Толщина накладок 8 конструктивно может быть взята в пределах 3-5 мм. Таким образом, в описываемом насосе высокая герметизирующая способность пары плунжер-цилиндр сохраняется длительное время допускается износ до 2-4 мм.