ПОРШЕНЬ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к технике добычи нефти, в частности к штанговым насосам, и касается поршней штанговых насосов, и может быть использована при добыче нефти из скважин.
Известен поршень скважинного штангового насоса, содержащий установленное в корпусе контактно-щелевое уплотнение, выполненное в виде уплотнительных колец, притертых друг к другу по торцам и поджатых к уплотняемым поверхностям упругой обоймой, причем на наружной поверхности обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты, и соответственно уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах (см. патент RU 2037077, кл. F16J 15/26, 06.06.1995).
Недостатком известного устройства является то, что при больших перепадах давления нижние эксцентричные кольца контактно-щелевого уплотнения не работают, т.к. на них действует очень большая сила. Они быстро изнашиваются сами и изнашивают цилиндр.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является поршень скважинного штангового насоса, содержащий корпус с цилиндрическим участком, на котором установлено уплотнение, выполненное в виде ряда уплотнительных колец, притертых друг к другу по торцам и установленных с возможностью радиального смещения для поджатая к уплотняемым поверхностям упругой обоймой, причем на наружной поверхности обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты, уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах, а в корпусе установлен клапан с шаровым затвором и седлом (см. патент RU 2162966, кл. F04В 53/14, 10.02.2001).
Недостатком известного устройства является то, что клапан находится в нижней части поршня, что приводит к тому, что пространство внутри поршня, когда насос переставал работать, засоряется механическими примесями, в частности песком. Кроме того наличие большого количества механических примесей приводит к быстрому износу уплотнительных колец и нарушению герметичности в пространстве между седлом и затвором клапана.
Задача полезной модели состоит в исключении указанных недостатков и увеличении срока службы поршней скважинных штанговых насосов.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность повысить надежность работы поршня, упростить конструкцию поршня и увеличить межремонтный ресурс его работы.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что поршень скважинного штангового насоса содержит корпус с цилиндрическим участком, на котором установлено уплотнение, выполненное в виде ряда уплотнительных колец, притертых друг к другу по торцам и установленных с возможностью радиального смещения для поджатая к уплотняемой поверхности упругой обоймой, причем на наружной поверхности обоймы выполнены эксцентрично расположенные бурты, уплотнительные кольца выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах, а в корпусе установлен клапан с шаровым затвором и седлом, при этом поршень снабжен двумя уплотнительными манжетами из упругого материала, каждая из которых расположена с внешней стороны от крайних уплотнительных колец, а уплотнительные поверхности манжет направлены в противоположные внешние относительно ряда уплотнительных колец стороны, клапан расположен над уплотнением, а седло клапана снабжено резиновым посадочным кольцом.
В ходе проведенных исследований было выявлено, что увеличить работоспособность штанговых насосов в пескообразующих скважинах можно за счет применения износостойких материалов и покрытий (сверхтвердые стали и чугуны, керамика, твердый сплав, стеллит), однако полностью решить проблему повышения надежности работы поршня скважинного штангового насоса с помощью известных средств не удается. Размещение клапана над уплотнительными кольцами позволяет улучшить работу штангового насоса на жидкостях с механическими примесями, причем при таком размещении клапана перекачиваемая жидкость проходит через клапан с минимальной потерей давления (минимальные гидравлические сопротивления), поскольку представляется возможность выполнить площадь прохода для жидкости больше, чем в случае размещения клапана внизу. Кроме того седло клапана имеет резиновое посадочное кольцо, что улучшает герметичность особенно при перекачки загрязненных жидкостей. Две уплотнительные манжеты из упругого материала, например полиуретана, обеспечивают нормальную работу поршня без пропуска жидкости с песком, что особенно важно на начальном периоде работы, когда уплотнительные кольца еще недостаточно притерты. В тоже время ресурс работы уплотнительных манжет меньше, чем уплотнительных колец. Поэтому уплотнительные манжеты позволяют обеспечить требуемую герметичность на начальном периоде работы в то время, пока выполненные из стали уплотнительные кольца уплотнения окончательно притераются, а потом уплотнительные манжеты резко сокращают поступление механических примесей в область расположения уплотнительных колец, что в конечном итоге позволяет увеличить межремонтный период работы поршня при одновременном выполнении конструкции насоса из простых в изготовлении деталей.
На чертеже представлен продольный разрез поршня скважинного штангового насоса.
Поршень скважинного штангового насоса содержит корпус 1 с цилиндрическим участком 2, на котором установлено уплотнение 3, выполненное в виде ряда уплотнительных колец 4, притертых друг к другу по торцам и установленных с возможностью радиального смещения для поджатая к уплотняемой поверхности (на чертеже не показана) упругой обоймой 5. На наружной поверхности обоймы 5 выполнены эксцентрично расположенные бурты (на чертеже не показаны), уплотнительные кольца 4 выполнены с концентричными цилиндрическими поверхностями и расположены на упомянутых буртах. В корпусе 1 установлен клапан 6 с шаровым затвором 7 и седлом 8. Поршень снабжен двумя уплотнительными манжетами 9 из упругого материала, каждая из которых расположена с внешней стороны от крайних уплотнительных колец 4, а уплотнительные поверхности 10 манжет 9 направлены в противоположные внешние относительно ряда уплотнительных колец 4 стороны. Клапан 6 расположен над уплотнением 3, а седло 8 клапана 6 снабжено резиновым посадочным кольцом 11.
Поршень работает следующим образом.
Посредством наземного привода поршень приводится в возвратно-поступательное движение вверх-вниз. При ходе вверх клапан 6 закрыт.При ходе поршня вниз клапан 6 открыт, а перекачиваемая среда, например газожидкостной смесь из пространства под поршнем поступает через клапан 6 в пространство над поршнем.
В начальный период работы поршня герметичность по отношению к уплотняемой поверхности, в частности цилиндровой втулке (на чертеже не показана) насоса обеспечивается в основном за счет уплотнительных манжет 9, а эксцентрично установленные уплотнительные кольца 4 притираются к цилиндрической уплотняемой поверхности и все время поджимаются к ней за счет упругих свойств обоймы 5, выполненной, например из резины. К тому времени, когда уплотнительные манжеты 9 износятся и не смогут обеспечивать полную герметичность, эксцентрично установленные уплотнительные кольца 4 успеют притереться, каждое по своему полупериметру, и полностью перекроют путь потоку перекачиваемой жидкости, что в конечном итоге и обеспечивает надежную работу поршня.
Настоящая полезная модель может найти широкое применение в нефтегазовой промышленности.