СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ НАСОС
OIL WELL PUMP

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосам.
Известен скважинный штанговый насос, содержащий связанный с колонной насосных труб цилиндр и размещенный в цилиндре плунжер, на наружной поверхности которого с зазором относительно нее расположены самоустанавливающиеся втулки. С целью повышения объемного КПД путем уменьшения утечек в эксцентричном зазоре рабочей пары плунжер-цилиндр при эксплуатации наклонных скважин, наружная поверхность плунжера снабжена кольцевыми канавками для установки самоустанавливающихся втулок (SU 1211454, 15.02.86).
Данное изобретение может быть использовано только при эксплуатации наклонных скважин, что существенно ограничивает его применение. А также недостатком данного насоса является отсутствие возможности смазки пары "плунжер-цилиндр" для предотвращения "сухого" трения, интенсивного износа и заклинивания плунжера.
Наиболее близким к изобретению по техническому результату и решаемой задаче является глубинный штанговый насос для добычи нефти, содержащий цилиндр со всасывающим клапаном, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном /Пат. РФ №2144623 С1, 20.01.2000/.
В данном техническом решении в цилиндре выполнена внутренняя кольцевая канавка, сообщенная с затрубьем и расположенная на таком уровне, что в интервале рабочего хода канавка перекрывается плунжером, а в положении нижней мертвой точки оказывается над плунжером. Наличие кольцевой канавки способствует равномерному распределению по окружности, проходящей через плунжерную пару жидкости, и предотвращает местный размыв трущихся поверхностей. Однако пара скольжения цилиндр-плунжер, в частности в глубинном штанговом насосе, имеет некоторый зазор, который по мере работы насоса все возрастает, что способствует увеличению утечек через зазор и снижению объемного КПД. Интервал рабочего хода плунжера для станков-качалок имеет длину до 3,5 м, а для длинноходовых приводов до 10 м. Следовательно, данное устройство предполагает использование плунжера большой длины (не меньше вышеуказанных размеров), что способствует интенсивному износу насоса.
Задачами, на решение которой направлено настоящее изобретение, являются снижение утечек через зазор между цилиндром и плунжером, а также снижение сил трения между ними.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является повышение надежности работы насоса, повышение износостойкости пары цилиндр-плунжер за счет осуществления смазки сопрягаемых поверхностей, повышение ресурса работы насоса независимо от используемых материалов, а также снижение утечек через зазор между цилиндром и плунжером за счет турбулизации пограничного слоя у стенки плунжера.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр со всасывающим клапаном, установленный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном, согласно изобретению на поверхность плунжера перпендикулярно его оси нанесены волнообразные замкнутые канавки и наплывы, распределенные равномерно по длине плунжера с шагом не менее чем полтора диаметра плунжера, причем наплывы имеют высоту не более величины зазора на сторону, предусмотренного классом посадки насоса.
На фиг.1 представлена схема скважинного штангового насоса, на фиг.2 представлены плунжер и цилиндр насоса, на фиг.3 - разрез плунжера по сечению А-А.
Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1 со всасывающим клапаном 2, установленный в цилиндре 1 с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер 3 с нагнетательным клапаном 4, на поверхности плунжера 3 перпендикулярно его оси нанесены волнообразные замкнутые канавки 5 и наплывы 6. Канавки 5 и наплывы 6 распределены равномерно по длине плунжера 3 с шагом не менее чем полтора диаметра плунжера 3. Наплывы 6 имеют высоту h не более величины зазора на сторону, предусмотренного классом посадки насоса.
В процессе работы, при ходе плунжера 3 вверх всасывающий клапан 2 открывается, нагнетательный клапан 4 закрывается, полость цилиндра 1, образовавшаяся под плунжером 3, заполняется нефтью. При ходе плунжера 3 вниз всасывающий клапан 2 закрывается, нагнетательный клапан 4 открывается и содержащаяся под плунжером 3 нефть попадает в насосно-компрессорные трубы, соединенные с цилиндром 1 и т.д.
При работе насоса нанесенные на поверхность плунжера 3 волнообразные замкнутые канавки 5 и наплывы 6 способствуют при очень низких значениях Re (1…10) турбулизации пограничного слоя у стенки плунжера, что снижает величину утечек через зазор и особенно эффективно при откачке маловязких жидкостей. При работе пары "плунжер-цилиндр" в канавках 6 постоянно удерживается смазывающая жидкость, что приводит к снижению вероятности появления "сухого" трения и интенсивного износа, а также заклинивания плунжера.
Нанесенные на поверхность плунжера канавки и наплывы позволяют повысить его износостойкость, плавность хода, а также восстанавливать работоспособность изношенных плунжеров за счет наличия наплывов.