Соединительное устройство двух плунжеров
CONNECTING DEVICE OF TWO PLUNGERS

Техническое решение относится к узлам оборудования для эксплуатации скважин, в частности к соединению двух плунжеров, совершающих возвратно-поступательные движения внутри цилиндра дифференциального насоса.
Техническое решение может найти применение в нефтедобывающей промышленности, обеспечить повышение надежности работы двух плунжеров, составляющих единый плунжер дифференциального насоса, в частности при использовании в малодебитных скважинах с трудноизвлекаемыми запасами нефти.
Известен штанговый насос по патенту РФ на полезную модель №157507 (дата приоритета: 01.04.2015, дата публикации: 10.12.2015), который содержит полый плунжер, выполненный единым элементом.
Недостатком таких плунжеров является снижение надежности насоса при термобарических воздействиях или попадании твердых частиц, которые приводят к деформации, потере герметичности плунжера и остановке насоса для его ремонта.
Известно жесткое соединение плунжера с плунжером насоса по патенту РФ №185254 на полезную модель «Скважинный насос» (дата приоритета: 16.07.2018, дата публикации: 28.11.2018). Общим признаком является наличие соединения двух плунжеров.
Недостатками данного технического решения является обеспечение жесткого соединения плунжерной пары. При деформации плунжеров возможно образование несоосности, изгибов, изломов вплоть до разрушения соединения между плунжерами.
Технический результат устройства заключается в повышении надежности соединения плунжеров, обеспечении герметичности и подвижности соединения плунжеров в случае возникновения их несоосности в целях повышения надежности работы насоса. Обеспечение герметичности соединения двух плунжеров сквозного проходного канала необходимо для снижения влияния лифтируемого агрессивного продукта на плунжеры, что приводит к уменьшению коррозионного износа.
Технический результат достигается за счет того, что соединительное устройство двух плунжеров включает первую пару, образующую проходной канал и содержащую первый переходник, выполненный с возможностью соединения с плунжером, и первый сферический ниппель, торцевая сферическая поверхность которого упирается в торец переходника, соответствующий форме сферической торцевой поверхности ниппеля, соединенные накидной гайкой с возможностью смещения ниппеля относительно оси отверстия переходника с обеспечением герметичности проходного канала; вторую пару, образующую проходной канал и содержащую второй переходник, выполненный с возможностью соединения с плунжером, и второй сферический ниппель, торцевая сферическая поверхность которого упирается в торец переходника, соответствующий форме сферической торцевой поверхности ниппеля, соединенные накидной гайкой с возможностью смещения ниппеля относительно оси отверстия переходника с обеспечением герметичности проходного канала; при этом свободные от накидных гаек цилиндрические части первого и второго сферических ниппелей соединены между собой с помощью резьбового соединения муфтой, образуя сквозной продольный канал соединительного устройства.
В случае попадания абразивных частиц в соединение плунжеров за счет подвижного взаимодействия переходника со сферическим ниппелем обеспечивается растирание частиц, что снижает вероятность заклинивания плунжеров, а также уменьшает степень износа элементов устройства.
При термобарических воздействиях возможна деформация плунжеров (изгиб, скручивание, вытягивание, сокращение длины). За счет наличия подвижного контакта переходника со сферическим ниппелем компенсируется несоосоность отверстий переходников, выполненных с возможностью соединения с плунжерами. Кроме того, за счет наличия резьбового соединения цилиндрических частей ниппелей через муфту при необходимости может быть увеличена длина сквозного продольного канала с обеспечением герметичности и подвижности соединения двух плунжеров.
В целом снижение влияния коррозии, уменьшение износа элементов, компенсации деформации плунжеров и несоосности отверстий переходников (и самих плунжеров) с сохранением герметичности увеличивает продолжительность работы плунжеров в нормальном режиме.
Соединительное устройство обеспечивает возможность достижения технического результата при воздействии флюида в скважине, при этом способно выдерживать высокие пластовые температуры в диапазоне от -10 до 200°С и иные сложные геолого-технические условия эксплуатации.
Смещение по меньшей мере одного сферического ниппеля относительно оси отверстия переходника может быть обеспечено за счет зазора между накидной гайкой и сферическим ниппелем и/или упругости накидной гайки. Смещение по меньшей мере одного сферического ниппеля (оси отверстия сферического ниппеля) относительно оси отверстия переходника может составлять не более 2°.
Соединительное устройство двух плунжеров может содержать по меньшей мере одно герметичное уплотнение между накидной гайкой и переходником и/или между накидной гайкой и сферическим ниппелем. Герметичное уплотнение дополнительно повышает надежность обеспечения герметичности соединения.
По меньшей мере одна накидная гайка может быть выполнена из стали или из резино-металлического материала.
Переходники и сферические ниппели могут быть выполнены из стали.
Переходник может быть выполнен с возможностью резьбового и/или замкового соединения с плунжером.
Соединительное устройство может быть реализовано при использовании различных комбинаций вышеуказанных дополнительных признаков.
Техническое решение поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображено соединительное устройство двух плунжеров;
на фиг. 2 представлено сечение соединительного устройства двух плунжеров со смещением;
на фиг. 3 представлено сечение соединительного устройства двух плунжеров, при котором отверстия переходников находятся на одной оси.
На фигурах обозначены:
1 - первый переходник;
2 - плунжер с большим диаметром;
3 - первый сферический ниппель;
4 - накидная гайка первой пары переходника и сферического ниппеля;
5 - второй переходник;
6 - плунжер с меньшим диаметром;
7 - второй сферический ниппель;
8 - накидная гайка второй пары переходника и сферического ниппеля;
9 - муфта;
10 - сквозной проходной канал соединительного устройства.
Соединительное устройство двух плунжеров дифференциального насоса с погружным двигателем включает первую пару, образующую проходной канал и содержащую первый переходник 1, выполненный с возможностью соединения с плунжером 2, например большего диаметра, и первый сферический ниппель 3, торцевая сферическая поверхность которого упирается в торец переходника 1, соответствующий форме сферической торцевой поверхности ниппеля 3, соединенные накидной гайкой 4 с возможностью смещения ниппеля 3 относительно оси отверстия переходника 1 с обеспечением герметичности проходного канала. При этом устройство содержит вторую пару, образующую проходной канал и содержащую второй переходник 5, выполненный с возможностью соединения с плунжером 6, например меньшего диаметра, и второй сферический ниппель 7, торцевая сферическая поверхность которого упирается в торец переходника 5, соответствующий форме сферической торцевой поверхности ниппеля 7, соединенные накидной гайкой 8 с возможностью смещения ниппеля 7 относительно оси отверстия переходника 5 с обеспечением герметичности проходного канала. Свободные от накидных гаек 4 и 8 цилиндрические части первого 3 и второго 7 сферических ниппелей соединены между собой с помощью резьбового соединения муфтой 9, образуя сквозной продольный канал 10 соединительного устройства.
Муфта 9 содержит внутреннюю резьбу, а свободные от накидных гаек 4 и 8 цилиндрические части сферических ниппелей 3 и 7 имеют внешнюю резьбу, соответствующую резьбе муфты 9 для обеспечение герметичного соединения. Все резьбовые соединения могут включать уплотнения для дополнительного повышения герметичности сквозного проходного канала 10 устройства.
Пары переходник 1-сферический ниппель 3 и переходник 5-сферический ниппель 7 устанавливают на концах ведомого плунжера 2 с большим диаметром и ведущего плунжера 6 с меньшим диаметром и фиксируют накидными гайками 4 и 8. Цилиндрические участки первого 3 и второго 7 сферических ниппелей, свободные от накидных гаек 4 и 8, соединяют муфтой 9. При этом муфту 9 накручивают на цилиндрический участок второго сферического ниппеля 7, а цилиндрический участок первого сферического ниппеля 3 позиционируют по отношению к отверстию муфты 9. Затем первый сферический ниппель 3 накручивают на муфту 9 на необходимую длину. При запуске насоса ведущий плунжер 6 совершает возвратно-поступательные движения и приводит в движение ведомый плунжер 2, в результате насос осуществляет подъем пластового флюида на поверхность скважины, при этом происходит как заполнение рабочих полостей, так и выдавливание скважинной жидкости в колонну насосно-компрессорных труб. Соединение каждой пары первого переходника 1 с первым сферическим ниппелем 3 и второго переходника 5 со вторым сферически ниппелем 7 с помощью накидных гаек 4 и 8, а также соединение цилиндрических участков сферических ниппелей 3 и 7 с помощью муфты 9 обеспечивают надежное герметичное соединение как при перемещении плунжерной пары вверх, так и при их движении вниз.
-7
-4
В результате использования заявленного соединения обеспечивается надежная продолжительная работа плунжеров и насоса в целом при воздействии агрессивных вязких (с уровнем вязкости от 8,5×10 до 8×10 м/с) горячих (с температурой до 200°С) жидкостей, имеющих твердые включения. Причем надежное герметичное соединение плунжеров обеспечивается в том числе при возникновении несоосности соединяемых плунжеров.