скважинный штанговый насос с коротким поршнем

Формула изобретения

1. Скважинный штанговый насос с коротким поршнем, содержащий цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами, в котором установлен короткий поршень, снабженный набором металлических колец, отличающийся тем, что в наборе металлических колец диаметром D последние прижаты друг к другу по торцам и упруго поджаты к уплотняемым поверхностям, причем на корпусе короткого поршня выполнены кольцевые канавки, в которых размещены эластичные кольца, а на внутренней поверхности металлических колец выполнены эксцентричные пазы с одной стороны, предназначенные для эластичных колец, обеспечивающие смещение металлических колец в радиальном направлении на (0,1÷0,3)D, причем в наборе в каждой паре металлические кольца в радиальной плоскости развернуты относительно друг друга по эксцентриситету на 180° и каждая пара металлических колец в радиальной плоскости развернута на 90° относительно каждой последующей пары, а длина набора металлических колец составляет не менее двух диаметров поршня, набор металлических колец поджат в продольном направлении резьбовой втулкой с зазором (0,05÷0,1)D относительно корпуса короткого поршня.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что общая длина набора колец разделена пополам и части размещены по обеим концам поршня на расстоянии не менее трех диаметров поршня между собой.

3. Насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что на трущиеся поверхности металлических колец нанесено наноалмазное хромовое покрытие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосам, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известен штанговый скважинный насос (Каталог "Скважинные штанговые насосы для добычи нефти" ЦИНТИХимнефтемаш, М. 1988, с.22), содержащий рабочий цилиндр, внутри которого с минимальным зазором перемещается полый плунжер с нагнетательным клапаном, связанный с колонной насосных штанг, приемный конус цилиндра с плотно установленным в нем всасывающим клапаном, корпус которого выполнен с наружным конусом, устройство для его подъема, состоящее из ловителя, закрепленного на нижнем конце плунжера, взаимодействующего с хвостовиком всасывающего клапана (аналог).

Недостатками известного штангового скважинного насоса являются сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления деталей, так как требуется высокая точность и чистота обработки внутренней поверхности цилиндра и наружной поверхности плунжера, а также упрочнение этих поверхностей с целью повышения износостойкости. Для изготовления цилиндра требуются прецизионные трубы из легированных сталей, а также специальное дорогостоящее оборудование для обработки глубоких отверстий. Насос имеет пониженную надежность работы вследствие попадания в зазор между плунжером и цилиндром механических примесей, частиц песка, что приводит к быстрому износу уплотняемых поверхностей плунжера и цилиндра, а также к возможному заклиниванию плунжера.

Наиболее близким к изобретению является трубный скважинный штанговый насос с коротким поршнем (патент RU № 2342561, опубл. 27.11.2008, кл. F04B 47/00), содержащий неподвижный цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами. В цилиндре установлен короткий поршень с металлическими кольцами при помощи переходного цилиндра, предохраняющего рабочую поверхность поршня и стальных колец от повреждения при спуске поршня в цилиндр насоса в колонне насосно-компрессорных труб. Переходный цилиндр установлен между колонной насосно-компрессорных труб и цилиндром насоса (прототип).

Недостатком устройства является недостаточная надежность, обусловленная низкой герметичностью уплотнительных колец короткого поршня вследствие низкой износостойкости уплотнительных колец, что снижает ресурс насоса.

Задачей изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Технический результат, за счет которого решается поставленная задача, заключается в повышении герметичности уплотнения короткого поршня.

Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в скважинном штанговом насосе с коротким поршнем, содержащем цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами, в котором установлен короткий поршень, снабженный набором металлических колец, в наборе металлических колец диаметром D последние прижаты друг к другу по торцам и упруго поджаты к уплотняемым поверхностям, причем на корпусе короткого поршня выполнены кольцевые канавки, в которых размещены эластичные кольца, а на внутренней поверхности металлических колец выполнены эксцентричные пазы с одной стороны, предназначенные для эластичных колец, обеспечивающие смещение металлических колец в радиальном направлении на (0,1÷0,3)D, причем в наборе в каждой паре металлические кольца в радиальной плоскости развернуты относительно друг друга по эксцентриситету на 180° и каждая пара металлических колец в радиальной плоскости развернута на 90° относительно каждой последующей пары, а длина набора металлических колец составляет не менее двух диаметров поршня, набор металлических колец поджат в продольном направлении резьбовой втулкой с зазором (0,05-0,1)D относительно корпуса поршня. Общая длина набора колец может быть разделена пополам и части размещены по обоим концам поршня на расстоянии не менее трех диаметров поршня между собой. На трущиеся поверхности металлических колец нанесено наноалмазное хромовое покрытие.

Благодаря постоянному контакту внутренних поверхностей пазов металлических колец с эластичными кольцами все металлические кольца упруго прижаты к поверхности цилиндра за счет радиального смещения при установке поршня в цилиндр, что создает нулевой зазор между уплотняемыми поверхностями. Повышение количества эластичных колец позволяет использовать их упругие свойства для повышения герметичности уплотнения поршня и компенсации износа в процессе работы металлических колец и цилиндра.

Установка металлических колец относительно буртов между кольцевыми канавками поршня с зазором, равным не менее удвоенного эксцентриситета, обеспечивает подвижность металлических колец в радиальном направлении и позволяет эластичному кольцу удерживаться в пазу в продольном направлении, что повышает герметичность уплотнения.

Разделение набора колец пополам и размещение их по обоим концам поршня на расстоянии не менее трех диаметров поршня между собой позволяет устранить перекос поршня и повысить герметичность насоса.

Перечень чертежей

На Фиг.1 представлена схема скважинного штангового насоса с коротким поршнем.

На Фиг.2 представлен поперечный разрез общего вида насоса.

На Фиг.3 представлено место А на Фиг.2.

Описание устройства

Скважинный штанговый насос с коротким поршнем содержит цилиндр 1 (см. Фиг.1) с всасывающим 2 и нагнетательным 3 клапанами, в котором установлен короткий поршень 4 с набором металлических колец 5.

В наборе металлических колец 5 диаметром D они прижаты друг к другу по торцам и упруго поджаты к уплотняемым поверхностям. На корпусе короткого поршня 4 выполнены кольцевые канавки 6 (см. Фиг.2, Фиг.3), в которых размещены эластичные круглые кольца 7 толщиной d. На внутренней поверхности металлических колец 5 выполнены эксцентричные пазы 8 диаметром D₁ с одной стороны, предназначенные для эластичных колец 7, обеспечивающие смещение металлических колец 5 в радиальном направлении на (0,1-0,3)D, что составляет для существующих конструкций примерно 0,3÷0,5 мм. В наборе в каждой паре металлические кольца 5 в радиальной плоскости развернуты относительно друг друга по эксцентриситету на 180° и каждая пара металлических колец 5 в радиальной плоскости развернута на 90° относительно каждой последующей пары. Длина набора металлических колец 5 составляет не менее двух диаметров короткого поршня 4. Набор металлических колец 5 поджат в продольном направлении резьбовой втулкой 9 с зазором (0,05-0,1)D, что составляет для существующих конструкций примерно 0,25÷0,3 мм, относительно корпуса короткого поршня 4.

На трущихся поверхностях уплотнительных колец 5 с целью повышения износостойкости нанесено наноалмазное хромовое покрытие.

Общая длина набора металлических колец 5 разделена пополам и части размещены по обоим концам поршня 4 на расстоянии не менее трех диаметров D поршня между собой.

Устройство работает следующим образом.

После установки короткого поршня 4 в цилиндр 1 скважинного штангового насоса металлические кольца 5 прижимаются к поверхности цилиндра 1 за счет деформации эластичных колец 7. В местах прижатия металлических колец 5 зазор равен нулю, а с противоположной стороны - щелевой зазор равен допуску посадки скольжения. Так как все пары металлических колец 5 плотно поджаты друг к другу, как описано выше, в наборе в каждой паре металлические кольца 5 в радиальной плоскости развернуты относительно друг друга по эксцентриситету на 180° и каждая пара металлических колец 5 в радиальной плоскости развернута на 90° относительно каждой последующей пары. В месте установки набора металлических колец 5 образуется сложная лабиринтная щель, которая имеет большое гидравлическое сопротивление для текучей среды при переходе ее из полости высокого давления, в которой она находится, в сторону полости низкого давления. В результате достигается герметизация места установки корпуса короткого поршня 4 относительно цилиндра 1.

Изготовление устройства не требует специальной оснастки, а применение унифицированных эластичных колец круглого сечения упрощает его сборку и снижает стоимость при увеличении ресурса и ремонтопригодности.

Данное конструктивное решение обеспечивает высокую герметичность уплотнения поршня за счет поддержания нулевого зазора между уплотняемыми поверхностями в процессе длительной эксплуатации насоса, сопровождающейся износом трущихся пар, что влечет за собой увеличение ресурса и надежности устройства в целом.

Изобретение позволяет повысить надежность устройства за счет повышения герметичности уплотнения короткого поршня.