ГЛУБИННЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ПЛУНЖЕРА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТКАЧИВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ
BOREHOLE PLUNGER PUMP AND PROTECTION METHOD OF UPPER PART OF PLUNGER AGAINST IMPACT OF PUMPED LIQUID

Изобретение относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц.
Наиболее близким к изобретению является глубинный плунжерный насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, размещенный в цилиндре полый цилиндрический плунжер, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан, и уплотнительное устройство, размещенное между цилиндром и плунжером, при этом уплотнительное устройство выполнено в виде замкнутой полости, заполненной маслом, образованной боковой поверхностью плунжера и кольцевыми выступами, выполненными на внутренней поверхности цилиндра, расположенными в средней части цилиндра и снабженными уплотнительными кольцами, взаимодействующими с боковой цилиндрической поверхностью плунжера, при этом замкнутая полость сообщена посредством канала с масляным баком, установленным выше цилиндра, а длина плунжера равна или больше суммы длин замкнутой полости и максимального хода плунжера (см. патент RU №2369775, F04B 47/00 от 06.08.2008).
Однако прямой контакт плунжера, особенно его верхней части, с откачиваемой жидкостью приводит его и уплотнение к интенсивному износу, что снижает надежность работы плунжерного насоса.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является частичная изоляция и защита трущейся пары плунжер-цилиндр от воздействия откачиваемой жидкости и ее ингредиентов.
Технический результат заключается в повышении надежности работы глубинного плунжерного насоса, упрощении его конструкции, повышении работоспособности уплотнений и увеличении межремонтного периода работы.
Указанная задача решается, а технический результат достигается в части устройства как объекта изобретения за счет того, что глубинный плунжерный насос содержит цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, размещенный в цилиндре полый цилиндрический плунжер с выпускными отверстиями в верхней части и нагнетательным клапаном в нижней части, уплотнительное устройство в виде замкнутой полости, заполненной смазывающей жидкостью, образованной боковой поверхностью плунжера и кольцевыми выступами на внутренней поверхности цилиндра, расположенными в средней части цилиндра и снабженными уплотнительными кольцами, причем в верхней части цилиндра за кольцевыми выступами, в месте выхода плунжера из цилиндра, образована разделительная камера, заполненная буферной жидкостью с удельным весом, превышающим удельный вес откачиваемой жидкости, при этом в крайнем нижнем положении плунжера поверхность контакта буферной жидкости с откаченной жидкостью должна находиться ниже выпускных отверстий в плунжере.
В качестве буферной жидкости может быть использована ртуть, раствор бромида цинка - бромида кальция или жидкость, не смешивающаяся с перекачиваемой и приводной жидкостями, или гель, имеющие удельный вес выше, чем у откачиваемой и приводной жидкостей.
Полость в цилиндре, заполненная смазывающей жидкостью, может быть связана с дополнительной питательной емкостью.
В крайнем верхнем положении плунжера его наружная поверхность, начиная от уплотнения, в пределах, по крайней мере, рабочего хода плунжера может быть расположена в буферной жидкости.
Наружная поверхность плунжера, расположенная в буферной жидкости, может быть покрыта материалом, не смачивающимся буферной жидкостью.
Длина плунжера равна или больше суммы длин рабочего хода плунжера, цилиндра и центраторов на плунжере.
На концах плунжера предпочтительно установлены центраторы.
Указанная задача решается, а технический результат достигается в части устройства как объекта изобретения за счет того, что способ защиты верхней части плунжера от воздействия откачиваемой жидкости в описанном выше насосе заключается в уплотнении плунжера и смазке его трущихся поверхностей смазывающей жидкостью, при этом верхнюю часть плунжера размещают в разделительной камере, образованной в верхней части цилиндра за кольцевыми выступами в месте выхода плунжера из цилиндра, которую заполняют буферной жидкостью, а плунжер охватывают, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением.
В качестве буферной жидкости применяют, как правило, ртуть, раствор бромида цинка - бромида кальция или жидкость, не смешивающуюся с перекачиваемой и приводной жидкостями, или гель, имеющие удельный вес выше, чем у откачиваемой и приводной жидкостей.
Применяют такой объем буферной жидкости, чтобы в крайнем верхнем положении плунжера его наружная поверхность, начиная от уплотнения, в пределах, по крайней мере, рабочего хода плунжера омывалась буферной жидкостью.
Наличие тяжелой буферной жидкости (например, ртути, раствора бромида цинка - бромида кальция и др.) над верхней частью плунжера устраняет контакт откачиваемой жидкости с внешней поверхностью плунжера и позволяет перекачивать сильно загрязненные жидкости с большим содержанием твердых частиц и агрессивные среды, т.к. предотвращает попадание откачиваемой жидкости и ее ингредиентов в буферную жидкость, что, в свою очередь, уменьшает износ уплотнений и увеличивает срок службы насоса.
Глубинный плунжерный насос позволяет работать с высоковязкими нефтями, что расширяет возможности использования парка имеющихся станков-качалок. Насос может работать при меньшем поступлении откачиваемой жидкости, чем производительность насоса, вплоть до полного отсутствия откачиваемой жидкости и работы насоса «всухую» без его повреждений и перегрева. При потере буферной жидкости насос продолжит работу в режиме обычного плунжерного насоса. Вышеперечисленные преимущества предлагаемого насоса позволяют увеличить надежность и межремонтный период насоса, а также расширить области его применения.
На чертеже схематически представлен продольный разрез предлагаемого насоса. Наличие жидкости в камерах и полостях показано стрелками.
Глубинный плунжерный содержит корпус 1, насосную камеру 2 с всасывающим клапаном 3 и сообщенную при помощи нагнетательного клапана 4 с колонной насосно-компрессорных труб 5. В насосной камере 2 своей нижней частью расположен полый плунжер 6, соединенный с колонной штанг 7. Разделительная камера 8 заполнена расчетным объемом буферной жидкости 9, чтобы в крайнем верхнем положении плунжера 6 его наружная поверхность, начиная от верхнего уплотнения 10, в пределах рабочего хода плунжера 6 омывалась буферной жидкостью 9.
Цилиндр 12 имеет полость 13, заполненную смазывающей жидкостью 14, и уплотнения 10 и 15 в верхней и нижней частях цилиндра 12 соответственно. В случае повышенного расхода смазывающей жидкости 14 над насосом дополнительно устанавливается питательная емкость с аналогичной смазывающей жидкостью 14, имеющая гидравлический канал с полостью 13 (не показан). На верхнем и нижнем концах плунжера, а при необходимости и на штангах установлены центраторы 16 из износоустойчивого материала, например из стеклонаполненного полиакриламида.
Линия контакта буферной жидкости 9 с откачанной из скважины жидкостью 11 в крайнем нижнем положении плунжера 6 не должна быть выше выполненных в верхней части плунжера 6 выпускных отверстий.
В начале всасывания откачиваемой жидкости из скважины плунжер 6 находится в своей низшей точке. По мере перемещения колонны штанг 7 вверх плунжер 6 также перемещается вверх и увеличивается объем насосной камеры 2, что приводит к открытию всасывающего клапана 3, через который откачиваемая жидкость 11 начинает поступать в насосную камеру 2 из скважины. Откачиваемая жидкость 11 при закрытом нагнетательном клапане 4 и движении плунжера 6 вверх поступает в колонну насосно-компрессорных труб 5. Далее, по колонне насосно-компрессорных труб 5 откачиваемая из скважины жидкость 11 поступает на поверхность. При достижении плунжером 6 своей верхней точки перемещения заполнение насосной камеры 2 откачиваемой из скважины жидкостью 11 прекращается, закрывается всасывающий клапан 3 и начинается процесс нагнетания.
При нагнетании, создаваемом движением колонны штанг 7 вниз с плунжером 6, объем насосной камеры 2 уменьшается, что приводит к повышению давления в насосной камере 2 и, соответственно, к закрытию всасывающего клапана 3 и к открытию нагнетательного клапана 4. Как результат, откачиваемая жидкость 11 из насосной камеры 2 через нагнетательный клапан 4 поступает в полую часть плунжера 6 и через нее в колонну насосно-компрессорных труб 5. При достижении плунжером 6 своей низшей точки перемещения заканчивается процесс нагнетания и начинается описанный выше следующий цикл работы насоса.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности при добыче различных жидких сред из скважин.