ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области гидромашиностроения, в частности к скважинным штанговым насосам, предназначенным для добычи жидкости и нефти из скважин с больших глубин, в том числе с любым содержанием абразивных и агрессивных включений.
Известны конструкции штанговых глубинных насосов (см. например, Нефтепромысловое оборудование. Справочник под редакцией Бухаменко Е.Н. Издательство «НЕДРА», Москва, 1990 г., стр.53, рис.2.1, стр.72, рис.2.8, стр.79, рис.2.9). В известных штанговых глубинных насосах имеется цилиндр, расположенный в нефтяной скважине, плунжер, входящий в отверстие цилиндра с малым радиальным зазором, колонна штанг, соединенных нижним концом с плунжером, а верхним - с приводом, находящимся на поверхности.
Недостатком таких насосов является то, что при наличии в перекачиваемой нефти абразивных частиц через радиальные зазоры между плунжером и цилиндром происходит утечка нефти, увлекающая эти частицы, и они вызывают изнашивание трущихся поверхностей. При повышенной твердости и прочности абразивных частиц они забивают зазор настолько, что вызывают заклинивание трущихся поверхностей, что приводит к обрыву штанг.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является известный скважинный штанговый насос патент РФ №2213261, МПК F04B 47/00 от 20.05.2002, содержащий цилиндр, расположенный в цилиндре подвижно полый плунжер в виде стержня с радиальными каналами и с уплотнительными элементами, выполненными из упругопластичного деформируемого материала с сечением в виде равнобокой трапеции, меньшее основание которой предназначено для контактирования с рабочей поверхностью цилиндра насоса, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, при этом уплотнительные элементы выполнены в виде неразрезных колец, которые установлены в выполненные на наружной боковой поверхности плунжера кольцевые канавки, имеющие в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора в паре цилиндр-плунжер, а большее основание сообщено гидравлически через радиальные каналы в плунжере со сквозной полостью плунжера, при этом уплотнительные кольца установлены в канавках с возможностью взаимодействия по их коническим поверхностям, наружная поверхность стержня защищена антикоррозионным покрытием с диэлектрическими свойствами, по обоим торцам плунжера установлены грязесборники в виде чашеобразных эластичных манжет, и в верхней части плунжера под верхней манжетой выполнены сквозные радиальные каналы, сообщающие полость плунжера с зазором в паре цилиндр-плунжер.
Недостатком такого насоса является сложность профиля кольцевых канавок на поверхности плунжера, а также сложность установки неразрезных колец уплотнительных элементов, что усложняет условия сборки насоса и его эксплуатацию.
Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции насоса при обеспечении защиты от абразивного изнашивания трущихся поверхностей достигается в предлагаемом насосе, содержащем цилиндр, установленный в нефтедобывающей скважине, плунжер, расположенный внутри цилиндра, уплотнитель, пружинный элемент, выполненный, например, в виде кольцевой пружины, клапаны, расположенные в нижней части насоса, и колонну штанг, соединяющих плунжер с приводом, расположенным на поверхности, тем, что уплотнитель, расположенный между плунжером и цилиндром, выполнен из сегментов с установленными между ними уплотнительными вставками, при этом сегменты и упомянутые вставки прижаты посредством пружинного элемента к внутренней поверхности цилиндра без радиального зазора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена конструкция насоса в разрезе.
Штанговый глубинный насос содержит цилиндр 1, установленный неподвижно в нефтедобывающей скважине, плунжер 2, входящий внутрь цилиндра 1 с малым радиальным зазором, колонну штанг 3, соединяющую плунжер с приводом, находящимся на поверхности на чертеже не показан. Между штангами и плунжером устанавливается уплотнитель 4, содержащий сегменты 5, прижимаемые к внутренней поверхности цилиндра 1 без зазора, уплотнительные вставки 6 между стыками сегментов 5, также прилегающие к поверхности цилиндра 1 без радиального зазора. Сегменты 5 прижаты к поверхности цилиндра 1 кольцевой пружиной 7. Между пружиной и сегментами имеется кольцевое уплотнение 8. В нижней части плунжера 2 имеется шариковый нагнетательный клапан 9, а в нижней части цилиндра 1 - шариковый всасывающий клапан 10.
Штанговый плунжерный глубинный насос работает следующим образом. Колонна штанг 3 совершает возвратно-поступательное движение под действием привода, расположенного на поверхности (на чертеже не позан). При движении плунжера 2, соединенного с колонной штанг 3, вверх клапан 10 открывается и нефть заполняет полость между цилиндром 1 и плунжером 2. При этом нагнетательный клапан 9 закрыт и нефть поступает наверх. При ходе плунжера 2 вниз клапан 10 закрывается, а клапан 9 открывается и нефть перетекает из полости под плунжером в полость над плунжером.
При повторном движении вверх процесс повторяется. Нефть поступает на поверхность через колонну штанг 3.
Кроме воздействия кольцевой пружины 7 сегменты 5 и вставки 6 прижимаются к цилиндру 1 давлением жидкости, действующим на внутреннюю поверхность сегментов. Полости под сегментами 5 разделены кольцевым уплотнением примерно пополам. Благодаря этому гидравлическая сила, прижимающая сегменты к цилиндру 1, и гидравлическая сила, от давления между цилиндром и сегментами, примерно равны. Поэтому сегменты 5 в радиальном направлении разгружены.
Перетечки жидкости между цилиндром и сегментами ничтожно малы. Поэтому абразивные частицы, содержащиеся в перекачиваемой нефти, не могут проникнуть к трущимся поверхностям.
По мере изнашивания трущихся поверхностей цилиндра 1 и сегментов 5 зазор между ними не образуется, так как происходит постоянное прижатие сегментов к цилиндру с малым усилием.
Это устраняет главную причину отказов штанговых насосов.
Другая причина, вызывающая отказ - заклинивание трущихся поверхностей плунжера и цилиндра, тоже устраняется и межремонтный период увеличивается.
Таким образом, в предлагаемом насосе при упрощении конструкции обеспечивается защита от абразивного изнашивания трущихся поверхностей.
Детали насоса изготавливаются из металла посредством пластического деформирования металла, термоупрочненного или упрочненного механическим способом. Уплотнительные элементы выполнены из упругопластичного материала.
Испытания насоса показали высокую надежность в эксплуатации.