Ступеневий самоущільнюваний плунжер свердловинного штангового насоса

Ступеневий самоущільнюваний плунжер свердловинного штангового насоса, який містить трубний стержень, на нижньому КІНЦІ ЯКОГО закріплений нагнітальний клапан, а верхній кінець з'єднаний з привідною штангою, встановлені на трубному стержні еластичні ущільнювані манжети і над ними пружина з можливістю стиснення ущільнюваних манжет до їх гідравлічно-щільного контактування з циліндром насоса, який відрізняється тим, що на трубному стержні ззовні жорстко закріплений ряд металевих опорних кілець, ЗОВНІШНІЙ діаметр яких максимально наближений до внутрішнього діаметра циліндра насоса, над опорними кільцями встановлені ступені еластичних ущільнюваних манжет і над ступенями еластичних ущільнюваних манжет встановлені пружини з можливістю стиснення ущільнюваних манжет, причому ущільнювані манжети верхнього ступеня початково стиснуті пружиною з силою, яка забезпечує їх гідравлічно-щільний контакт з циліндром насоса, а ущільнювані манжети нижчерозміщених ступенів під дією сили пружин початково не контактують з циліндром насоса, але контактують з ним під дією тиску відкачуваної нафти після повного спрацювання ущільнюваних манжет кожного вищерозміщеного ступеня Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості і призначений для видобування нафти із нафтових свердловин з допомогою свердловинних штангових насосів Найбільш близьким по технічній суті до заявленого ступеневого самоущільнюваного плунжера свердловинного штангового насоса (СПС) є манжетний плунжер свердловинного штангового насоса, який містить трубний стержень з нагнітальним клапаном, розпірні і ущільнювані кільця з конусовидними контактними поверхнями, причому ущільнювані кільця притискаються до циліндра насоса розпірними кільцями і між трубним корпусом і розпірними і ущільнюваними кільцями є кільцевий просвіт, а в МІСЦІ посадки нижнього розпірного кільця на корпус нагнітального клапана є канал, який гідравлічно сполучає порожнину циліндра насоса з кільцевим просвітом між трубним стержнем і розпірними кільцями, встановлений у верхній частині трубного стержня з можливістю осьового переміщення підпружинений розділювач тисків із сальниковим ущільненням (Б М Рылов и др а с №840458, СРСР, пріоритетом 21 01 1979р) лець з циліндром насоса, в результаті чого вони всі в процесі роботи плунжера спрацьовуються абразивно поступово і одночасно, що обумовлює зменшення тривалості роботи (експлуатаційних можливостей) штангового насоса і поступове зменшення його об'ємної подачі Суть винаходу полягає в тому, щоб створити такий СПС, в якому введення нових конструктивних елементів і їх взаємне розміщення дало б можливість суттєво розширити його експлуатаційні можливості і збільшити об'ємну подачу Суттю винаходу є те, що ступеневий самоущільнюваний плунжер свердловинного штангового насоса, який містить трубний стержень, на нижньому КІНЦІ якого закріплений нагнітальний клапан, а верхній кінець з'єднаний з привідною штангою, встановлені на трубному стержні еластичні ущільнювані манжети і над ними пружина з можливістю стиснення ущільнюваних манжет до гідравлічнощільного контактування з циліндром насоса, який відрізняється тим, що на трубному стержні ззовні жорстко закріплений ряд металічних опорних кілець, ЗОВНІШНІЙ діаметр яких максимально приближений до внутрішнього діаметру циліндра насоса, над опорними кільцями встановлені ступіні Недоліком відомого манжетного плунжера є одночасне контактування всіх ущільнюваних кі СО 00 Ю 00 48583 еластичних ущільнюваних манжет і над ступінями еластичних ущільнюваних манжет встановлені пружини з можливістю стиснення ущільнюваних манжет, причому ущільнювані манжети верхньої ступіні початкове стиснуті пружиною з силою, яка забезпечує їх гідравлічно-щільний контакт з циліндром насоса, а ущільнювані манжети нижчерозміщених ступіней під дією сили пружин початкове не контактують з циліндром насоса, але контактують з ним під дією тиску відкачуваної нафти після повного спрацювання ущільнюваних манжет кожної вищерозміщеної ступіні На фігурах представлена конструктивна схема заявленого СПС, де на фіг 1 його показано у вихідному статичному стані і на фіг 2 - у проміжному робочому стані СПС містить трубний стержень 1, знизу на якому герметично закріплено нагнітальний кульковий клапан 2, а зверху - привідну штангу 3 На стержні 1 розсереджено закріплені опорні кільця 4 і 5, ЗОВНІШНІ діаметри яких є максимально приближені до внутрішнього діаметра циліндра 6 насоса і утворюють з ним просвіти 7 і 8 Над опорними кільцями 4 і 5 на трубному стержні 1 гідравлічне щільно встановлені ступіні еластичних ущільнюваних манжет 9 і 10 (УМ), причому ЗОВНІШНІЙ діаметр УМ 9 є рівним внутрішньому діаметру циліндра 6, а ЗОВНІШНІЙ діаметр УМ 10 є меншим внутрішнього діаметра циліндра 6 на незначну величину, наприклад, до 0,5мм Величина цієї різниці визначається практично в залежності від еластичності матеріалу ущільнюваних манжет Над ступінями УМ 9 і УМ10 встановлені контактні кільця 11 і 12 і над ними пружини 13 і 14 та натягувальні гайки 15 і 16, причому жорсткість пружини 13 є більшою від жорсткості пружини 14, що визначається необхідністю забезпечення початкового стиснення УМ 9 з метою досягнення їх установчого гідравлічно-щільного контактування з циліндром 6 насоса УМ 10 попередньо також стиснені пружиною 14 з умовою наявності між ними і циліндром 6 завідомо заданого кільцевого просвіту (умовно не позначений) Елементи 11,12 виконані з утворенням разом з циліндром 6 насоса кільцевих просвітів 17 і 18 Кільцеві просвіти 7 і 17 є більшими від кільцевого просвіту 18 і виконані з максимальним приближениям до діаметру циліндра 6 їх розміри становлять, наприклад, ВІДПОВІДНО 1,0ММ І 0,5ММ Кільцеві просвіти між натягувальними гайками 15 і 16 та клапаном 2 і циліндром 6 (умовно не позначені) виконані довільно Робота СПС полягає у слідуючому 1 У вихідному стані, який відповідає монтажу СПС в циліндрі насоса, виконуються слідуючі технологічні операції нижня частина СПС, яка включає клапан 2, опорне кільце 8, нижню ступінь ущільнюваних манжет 10 і контактне кільце 18, встановлюється в циліндр 6 насоса і проводиться попереднє установочне стиснення УМ 10 навантаженням пружини 14 з допомогою гайки 16 При цьому УМ 10 частково деформуються, але з умовою збереження заданого кільцевого просвіту між ними і циліндром 6, наприклад, величиною 0,5мм Ця умова визначається практично на наявність циркуляції через вка заний просвіт продуванням циліндра насоса повітрям чи рідиною Після виконання вказаних операцій нижня ступінь УМ 10 є підготовленою до функціональної роботи, плунжер вставляється в циліндр 6 таким чином, щоби верхня ступінь УМ 9 знаходилася в ньому, а навантажувальна пружина 13 знаходилася ззовні його Послідуючим навантаженням пружини 13 з допомогою гайки 75 проводиться стиснення і деформація УМ 9 до досягнення їх гідравлічно-щільного контакту з циліндром 6 При цьому гідравлічна ЩІЛЬНІСТЬ вказаного контакту повинна витримувати заданий тиск нагнітання, наприклад, 200ат Вказане визначається практично гідравлічним опресовуванням плунжера в циліндрі 6 Після виконання вказаних операцій СПС є готовим до функціональної роботи 2 У робочому стані, який відповідає роботі СПС у спущеному в свердловину штанговому насосі, його робота полягає у послідовному (ступеневому) включенні в роботу ступіней УМ 9 і УМ 10, що здійснюється слідуючим чином підчас такту нагнітання весь стовп відкачуваної нафти під тиском Р, наприклад, 200ат, сприймається верхньою ступіню УМ 9 При цьому вона додатково об'ємне деформується (фиг 1), завдяки чому досягається абсолютна герметизація контакту поверхонь УМ 9 і циліндра 6, внаслідок чого вилучається можливість пропусків нафти через вказані контактні поверхні В процесі тривалої роботи СПС УМ 9 абразивно спрацьовуються, внаслідок чого зменшується їх об'єм, але за рахунок їх об'ємної деформації постійно зберігається абсолютна герметизація контакту поверхонь УМ 9 і циліндра 6, що забезпечує постійну об'ємну подачу штангового насоса Внаслідок того, що в процесі роботи ступіні УМ 9 весь тиск відкачуваного стовпа сприймається нею, на нижню ступінь УМ 10 тиск відкачуваного стовпа не діє, завдяки чому вона об'ємно не деформується і тому з циліндром насоса не контактує і не спрацьовується (фиг 1) Підчас роботи СПС УМ 9 механічно утримується опорним кільцем 7 Повне спрацювання УМ 9 відповідає їх повній відсутності на СПС, але після цього в роботу автоматично включається ступінь УМ 10, забезпечуючи абсолютну герметизацію контакту поверхонь УМ 10 і циліндра 6, внаслідок чого ВІДПОВІДНО збільшується тривалість роботи СПС (експлуатаційна надійність) Після ПОВНОГО абразивного спрацювання УМ 9, яке відповідає її відсутності на СПС (фіг 2), відкачувана нафта під тиском Р через просвіт 7 поступає в зону УМ 9 (показано стрілками), діючи на них через контактне кільце 12, причому в початкову мить незначна частина нафти через просвіт 12 навколо УМ 10 та клапана 2 поступає під СПС, але завдяки виникненню гідравлічних втрат у вказаному просвіті внаслідок різницірозмірів просвітів 7 і 18 тиск над УМ 10 стає більшим від тиску під УМ 10, завдяки чому УМ 10 об'ємно деформуються і закривають тим самим вказаний просвіт, забезпечуючи абсолютну герметичність контакту УМ 10 з циліндром 6 В подальшій роботі СПС герметичність вказаного контакту зберігається 48583 Завдяки тому, що ступінь УМ 10 може працювати стільки ж часу, як і ступінь УМ 9, то ВІДПОВІДНО збільшується тривалість роботи СПС, причому тривалість роботи СПС збільшується ВІДПОВІДНО КІЛЬКОСТІ ступінів ущільнюючих манжет, розширюються його експлуатаційні можливості Завдяки тому, що ущільнюючі манжети за рахунок їх об'єм ної деформації під дією тиску нагнітання СПС забезпечують абсолютну надійність гідравлічної ЩІЛЬНОСТІ в контакті пари СПС-циліндр в часі, втрати відкачуваної нафти у вказаній парі практично є відсутні, що обумовлює збільшення об'ємної подачі штангового насоса , fc^-—-^ Фіг.2 Фігі ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71