ШТАНГОВЫЙ ГЛУБИННЫЙ НАСОС
ROD-TYPE DEEP-WELL PUMP

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при добыче нефти из нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами.
Известен штанговый насос, в котором плунжер содержит несущий стержень, на котором установлены с зазором и возможностью осевого перемещения втулки с коническими встречными торцами, образующими кольцевые канавки, в которых расположены разъединители, уплотнительные кольца. Конические встречные торцы образуют канавки, расширяющиеся в направлении несущего стержня, а разъединитель и уплотнительные кольца выполнены за одно целое в виде упругих колец трапецеидального поперечного сечения, контактирующих более широкой частью с несущим стержнем. Техническое решение позволяет упростить конструкцию при сохранении возможности контакта наружной поверхности втулок с внутренней поверхностью цилиндра (Патент РФ №2295061, опубл. 2007.03.10).
Известный насос содержит уплотнительные кольца, подверженные износу и со временем не способные противостоять поступлению твердых взвешенных частиц в трущиеся элементы насоса.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр, размещенный в нем подвижно полый плунжер в виде стержня с радиальными каналами. На наружной боковой поверхности плунжера выполнены кольцевые канавки, имеющие в сечении равнобокую трапецию, меньшее основание которой обращено в сторону зазора в паре цилиндр-плунжер. Большее основание гидравлически сообщено через каналы с полостью плунжера. В кольцевых канавках установлены уплотнительные элементы в виде неразрезных колец из упругопластичного деформируемого материала с сечением в виде равнобокой трапеции. Кольца размещены в кольцевых 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 манжет, установленных в цилиндре с натягом. Манжета разгружена радиальным каналом. Цилиндр может быть упрочнен пластическим деформированием металла. Дополнительные каналы в клетке плунжера ориентированы на чашку верхней манжеты. Количество уплотнений на плунжере увеличивается с увеличением глубины спуска насоса.
Технический результат - улучшение условий для уплотнения в рабочем зазоре и самоуплотнения уплотняющих элементов в кольцевых канавках в процессе работы насоса и равномерный постепенный износ вплоть до полного расходования и уменьшение при этом износа пары цилиндр-плунжер за счет полного исключения попадания абразивных частиц в рабочий зазор и исключение образования гальванического эффекта при откачивании высокоагрессивных жидкостей (Патент РФ №2213261, опубл. 2003.09.27 - прототип).
Насос имеет грязесборники, которые, накопив загрязнения, перестают выполнять свои функции, после чего загрязнения неизбежно поступают в насос и способствуют повышенному износу трущихся элементов. Удаление загрязнений при работе насоса не предусмотрено.
В изобретении решается задача удаления загрязнений из насоса при его эксплуатации.
Задача решается тем, что в штанговом глубинном насосе, включающем цилиндр и размещенный в нем с возможностью продольного перемещения плунжер с канавками, согласно изобретению на внутренней поверхности цилиндр, как и плунжер, снабжен кольцевыми канавками, в кольцевых канавках нижняя часть канавок имеет горизонтальную стенку, а верхняя часть канавок имеет скошенную вверх стенку, при этом расстояние между канавками плунжера и цилиндра выполнено не более половины хода плунжера.
Сущность изобретения
В стандартном насосе при перемещении плунжера в цилиндре в зазор между трущимися поверхностями попадают твердые включения (механические примеси, загрязнения), находящиеся в перекачиваемой среде. Уплотнения препятствуют попаданию загрязнений лишь временно. По мере работы пар трения происходит интенсивный их износ, а также образование вертикальных задиров, а в некоторых случаях - заклинивание плунжера, что приводит к снижению эффективности и преждевременному выходу из строя насоса.
В изобретении решается задача удаления загрязнений из насоса при его эксплуатации.
Задача решается тем, что в предлагаемом насосе плунжер на своей внешней поверхности, а цилиндр на своей внутренней поверхности снабжены кольцевыми канавками. В кольцевых канавках нижняя часть канавок имеет горизонтальную стенку, а верхняя часть канавок имеет скошенную вверх стенку. В нижней части канавок происходит накопление загрязнений. Здесь происходит осаждение значительного количества механических частиц. При наполнении канавок загрязнениями канавки плунжера и цилиндра при движении плунжера начинается самоочищение от загрязнений. Верхняя часть канавок со скошенной вверх стенкой обеспечивает самовычищение насоса.
При ходе плунжера вверх канавка плунжера своей нижней горизонтальной стенкой подхватывает загрязнение из канавки цилиндра и передвигает вверх. За счет скошенной вверх стенки канавки цилиндра механические частицы выходят из канавки цилиндра и переходят в канавку плунжера. Плунжер в канавке плунжера поднимает загрязнение вверх вышеследующей канавки цилиндра. При ходе плунжера вниз происходит передача загрязнения из канавки плунжера в верхнюю канавку цилиндра. Теперь уже канавка цилиндра своей нижней горизонтальной стенкой подхватывает загрязнение из канавки плунжера, и за счет скошенной вверх стенки канавки плунжера загрязнение переходит в канавку цилиндра. Плунжер опускается вниз за новым загрязнением, и цикл передачи загрязнения вверх из канавки в канавку продолжается.
Расстояние между канавками плунжера и цилиндра выбирается с таким расчетом, чтобы при ходе плунжера каждая канавка плунжера пересекала не менее двух канавок цилиндра, т.е. расстояние между канавками плунжера и цилиндра выполнено не более половины хода плунжера. Благодаря этому, а также за счет заявляемой формы канавок достигается не только накопление загрязнений в канавках, но и их перенос из одной канавки в другую с последующим выносом из зоны трения плунжера с цилиндром.
Предлагаемый насос представлен на фиг.1, 2 и 3.
Насос состоит из цилиндра 1 со втулками 2 и канавками цилиндра 3, плунжера 4 с канавками плунжера 5 на внешней поверхности. Фиксация втулок 2 в цилиндре 1 обеспечивается стяжными муфтами 6. Втулки 2 могут изготавливаться как из металла, так и из неметалла. Втулки 2 в своих соединениях образуют канавки цилиндра 3. Нижняя часть канавки цилиндра 3 имеет горизонтальную стенку 7, а верхняя часть канавки цилиндра 3 имеет скошенную вверх стенку 8. Нижняя часть канавки плунжера 5 имеет горизонтальную стенку 9, а верхняя часть канавки плунжера 5 имеет скошенную вверх стенку 10. Скошенные вверх стенки 8 и 10 имеют углы к вертикали соответственно α и β. Углы α и β могут быть равны или несколько отличаться друг от друга. Углы α и β назначают исходя из следующих соображений. Углы α и β должны обеспечивать выход частицы загрязнения из канавки цилиндра 3 в канавку плунжера 5 при движении плунжера 4 вверх и выход частицы загрязнения из канавки плунжера 5 в канавку цилиндра 3 при ходе плунжера 4 вниз. Чем меньше углы α и β, тем легче частица загрязнения будет проникать в канавку и удаляться из нее при движении плунжера 4 относительно цилиндра 1. Для каждой скважины эти углы свои и зависят от типа загрязнений, т.е. от коэффициента трения частицы загрязнения о стенки плунжера и цилиндра, от типа перекачиваемой жидкости, т.е. от свойства жидкости выступать в качестве смазки, что уменьшает трение, от наличия газовой составляющей в перекачиваемой жидкости и многого другого. Применительно к скважинам Ромашкинского месторождения угол α и β равен 10-20°.
Насос работает следующим образом.
При ходе плунжера 4 вверх канавка плунжера 5 своей нижней горизонтальной стенкой 9 подхватывает загрязнение из канавки цилиндра 3 и передвигает вверх. За счет скошенной вверх стенки 8 канавки цилиндра 3 механические частицы выходят из канавки цилиндра 3 и переходят в канавку плунжера 5. Плунжер 4 в канавке плунжера 5 поднимает загрязнение вверх вышеследующей канавки цилиндра 3. При ходе плунжера 4 вниз происходит передача загрязнения из канавки плунжера 5 в верхнюю канавку цилиндра 3. Теперь уже канавка цилиндра 3 своей нижней горизонтальной стенкой 7 подхватывает загрязнение из канавки плунжера 5, и за счет скошенной вверх стенки 10 канавки плунжера 5 загрязнение переходит в канавку цилиндра 3. Плунжер 4 опускается вниз за новым загрязнением, и цикл передачи загрязнения вверх из канавки в канавку продолжается.
Применение предложенного насоса позволит решить задачу удаления загрязнений из насоса при его эксплуатации.