Плунжер штангового глубинного насоса Советский патент 1992 года по МПК F04B21/04 

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти, а именно к штанговым глубинным насосам (ШГН).

Известен манжетный плунжер ШГН, у которого с целью увеличения срока эксплуатации кольцевая канавка под верхней манжетой сообщается каналом (отверстием) с полостью плунжера, а остальные кольцевые канавки под нижними манжетами сообщаются с наружной частью плунжера, благодаря чему манжеты должны вступать в работу поочередно по мере износа вышестоящей манжеты 1.

В известном плунжере на верхнюю манжету действует перепад давлений в полости плунжера и в окружающей среде (на внешней поверхности), возникающий при движении плунжера вверх. На всех остальных манжетах перепада давлений создаваться не будет, т.к. на их внешнюю и внутреннюю поверхность действует одно и то же давление внешней среды. Следовательно, какого- либо заметного увеличения срока

эксплуатации известная конструкция не обеспечивает.

Целью изобретения является увеличение срока службы плунжера.

Для достижения поставленной цели в плунжере с самоуплотняющимися манжетами, установленными в кольцевых пазах, канал, сообщающий полость паза с полостью плунжера, перекрыт пробкой, установленной с возможностью осевого перемещения в полости, выполненной в теле плунжера и выведенной с одного торца пробки в полость плунжера, а с другого торца перекрытой закрепленной на внешней поверхности плунжера мембраной, отделяющей ее от внешней среды, и заполнена жидкостью.

Для своевременного включения манжет в работу толщина мембраны (или ее индикаторного сечения) должна соответствовать величине технологически допустимого износа плунжера, а для надежного заполнения жидкостью полости перекрытого пробкой канала в пробке может быть выполнен канал для сообщения полости, ограни-рл-мч

XI СП

о. о

со

ченной мембраной, с полостью кольцевого паза.

Предложенный плунжер до разрушения ембраны работает в режиме металличекого плунжера, а после ее разрушения - в режиме манжетного. Включение манжет в работу после технологического износа металлической поверхности значительно продлит срок службы плунжера. Отличительные признаки предложенного плунжера не обнаружены в известных технических решениях, что свидетельствует о их соответствии критерию Существенные отличия,

На фиг. 1 дан общий вид предлагаемого плунжера; на фиг. 2 - общий вид вставки плунжера с самоуплотняющимися манжетами; на фиг. 3 - поперечное сечение плунжера А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - поперечное сечение плунжера Б-Б на фиг. 2.

Плунжер штангового насоса выполнен составным, (фиг. 1) - основной корпус 1, вставка 2 с самоуплотняющимися манжетами и клапанный узел 3. Плунжер может быть выполнен цельным, но предлагаемая конструкция из составных частей более технологична.

Во вставке 2 (фиг. 2) в кольцевых пазах 4 установлены самоуплотняющиеся манжеты, состоящие из резиновых манжет 5 и упругих разрезных пластмассовых колец В с раздвижными замками. Кольцевые пазы 4 посредством канала 7, полости 8 и канала 9 (продолжение канала 7) сообщаются с внутренней полостью 10, при этом каналы 7 и 9 перекрыты пробкой 11, установленной с возможностью ее осевого перемещения в полости 8. В полости 8 установлена мембрана 12, которая составляет часть внешней поверхности плунжера, отделяет полость 8 от внешней среды и своей конфигурацией образует индикаторное сечение а, соответствующее величине технологически допустимого износа плунжера,

Для заполнения внутренних полостей и канала плунжера жидкостью и исключения в них газовых амортизирующих объемов в пробке 11 выполнен канал 13, соединяющий канал 7 с каналом 14. Каналы 7 и 14 ограничены герметичными пробками 15 и 16.

Плунжер штангового насоса работает следующим образом. При выработке плунжером номинального ресурса времени, установленного по максимально допустимому износу плунжера, соответствующему индикаторному сечению а, мембрана 12 (не разрушаясь полностью и исключая тем самым возникновение заклинивания плунжера остатками ее частей) соединяет полость 8 с внешней полостью плунжера. При ходе

плунжера вверх давление во внутренней полости 10 устанавливается выше, чем давление с внешней стороны, за счет утечек. Под действием этого давления пробка 11 перемещается в сторону мембраны и внутренняя полость 10 соединяется через канал 9, полость 8 и канал 7 с кольцевыми пазами 4. При этом вступают в работу самоуплотняющиеся манжеты 5 и кольца 6.

При ходе плунжера вверх под действием давления столба жидкости манжеты 5 растягиваются и раздвигают кольца 6, которые герметизируют плунжер. Относительно малое сечение манжет 5 и наличие в кольцах

6 раздвижных замков обеспечивают максимальную величину диаметрального увеличения, компенсирующего износ.

Для исключения несанкционированного перемещения пробки 11 полость 8 и каналы 7 и 14 заполнены дегазированной жидкостью, например силиконовым маслом.

Индикаторное сечение а мембраны 12 определяют из соотношение

(5,

где д - величина износа плунжера, соответствующая максимально допустимой величине утечек;

А 5 - зазор между плунжером и цилиндром, соответствующий величине принятой посадки.

Величину д определяют по максимально допустимым утечкам и параметрам эксплуатации насоса (Справочная книга по добыче нефти. Ш К Гиматудинов. М., Недра. 1974, с. 258).

0

a-v

q I v

0,00497 я D g Н

где q - максимально допустимые утечки, м3/сут.,

I - длина плунжера, м.;

5v - кинематическая вязкость добываемой жидкости, см2/с;

D - диаметр плунжера, см.;

g - ускорение свободного падения, см2/с;

Н - высота подъема жидкости, м.

Формула изобретения

1. Плунжер штангового глубинного насоса с самоуплотняющимися манжетами, установленными в кольцевых пазах, сооб- щающихся с полостью плунжера при помощи канала, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы, канал, сообщающий полость паза с полостью плунжера, перекрыт пробкой, установленной с

возможностью осевого перемещения в полости, выполненной в теле плунжера, при этом последняя с одного торца пробки выведена в полость плунжера, а с другого торца перекрыта закрепленной на внешней поверхности плунжера мембраной, отделяющей ее от внешней среды, и заполнена жидкостью.

2.Плунжер по п. 1, отличающий - с я тем, что толщина индикаторного сечения мембраны соответствует величинг технологически допустимого износа плун ера.

3.Плунжер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в пробке выполнен канал для сообщения полости, ограниченной мембраной, с полостью кольцевого паза

Использование: при добыче нефти. Сущность изобретения- самоуплотняющиеся манжеты установлены в кольцевых пазах 4, сообщающихся с полостью (П) 8 каналами 7, 9. Каналы 7, 9 перекрыты пробкой 11, установленной с возможностью осевого перемещения, выполненной в П 8. П 8 установлена мембрана 12, к-рая составляет часть внешней поверхности плунжера, отделяют П 8 от внешней среды и заполнена жидкостью. Толщина индикаторного сечения мембраны 12 соответствует величине технологически допустимого износа плунжера. В пробке 11 выполнен канал 13 для сообщения П 8, ограниченной мембраной 12, с полостью паза 4 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

-п

V,

1 б

ФИГ.1

10

Фиг 2

А-А

ФИГЗ

Б-б

ФИГ4