Плунжер составной для плунжерного лифта Советский патент 1982 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче нефти из скважин с помощью плунжарно-лифтных установок, и может быть использовано для выноса жидкости из забоев газовых скважин и других горных выработок.

Известен плунжер составной, состоящий из комплекта подвижно соединенных между собой плунжеров, в котором с целью обеспечения возможности самоустановки каждого плунжера по оси гильзы плунжера соединены между собой пружинными шайбами, имеющими прорези в продольном и поперечном .направлениях 1.

Конструкция этого плунжера обеспечивает возможность радиального смещения его составных частей одна относительно другой, однако при использовании его в плунжерном лифте их взаимное положение является неопределенным из-за отсутствия фиксирующих элементов и наличия значительного зазора между плунжером и лифтовыми трубами, например 2-3 мм на сторону. Это обуславливает наличие потерь откачиваемой жидкости через этот зазор. В процессе движения этого плунжера вверх из-за наличия

вибраций от соударения о стенки лифтовых труб он вибрирует, занимая какое-то центральное положения относительно проходного сечения труб, что не позволяет уменьшить кольцевой зазор и снизить тем самым утечки жидкости. Таким образом, применение плунжера в плунжерном лифте не обеспечивает повышения его произво10дительности путем снижения утечек откачиваемой жидкости.

Наиболее близким к предлагаеМому является плунжер для эксплуатации скважин газлифтом, содержащий корпус

15 и связанные с ним верхний и нижний клапаны 2.

Однако при наличии парафиновых отложений последние при движении плунжера вверх накапливаются под

20 верхним клапаном, что может вызвать его закрытие. При этом перекрывается его проходной канал, что ухудшает возможность последующего падения плунжера вниз для совершения очеред25ного цикла работы. Кроме того, при закрытии верхнего клапана открывается связанный с ним нижний клапан,что приводит к увеличению напора рабочей среды под верхним кла30паном, который может принять опять

открытое положение. Таким образом, клапаны совершают возвратно-поступательное движение в неопределенном порядке, что уменьшает надежность работы плунжера. Кроме того, для повышения проходимости плунжера в искривленных лифтах, что обычно всегда имеет-,„место на практике, необходимо увеличивать -зазор между корпусом плунжера и внутренней стенкой лифтовых труб, что приводит к увеличению утечек.

Этому плунжеру присуща также сложность конструкции. Наличие большого числа деталей ограничивает возможность образования проходного канала достаточной величины. Последнее приводит к увеличению утечек откачиваемой жидкости, увеличению расхода рабочего агента, уменьшению общего коэффициента полезного действия плужерного лифта.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение проходимости плунжера и производительности плунжерного лифта.

Поставленная цель достигается тем, что корпус выполнен разъемным по плоскости, расположенной под углом к его продольной оси, с возможностью ограниченного перемещения ег составных частей в радиальном напра.лении,

На фиг.1 схематически показан предлагаемый плунжер при движении вверх, продольный разрез на фиг,2 то же, при движении на фиг,3 4 - проекция кольцевого за.зора,

Плунжер состоит из трубчатого корпуса, содержащего по крайней мер две части: верхнюю 1 и нижнюю 2, состыкованных фиксатором 3 по плоскости 4, проходящей под углом oL к продольной оси плунжера, причем внуренний диаметр, например, нижней части 2,больше наружного диаметра фиксатора 3 на величину эксцентриситета плунжера и лифтовых труб, т,е. возможную величину радиального перемещения корпуса плунжера в трубах. Части 1 и 2 стыкуются по плоскости 4 фиксатором 3 с возможность некоторого осевого смещения. Сверху корпуса плунжера установлены клапаны 5 и б с дифференциальными направляющими, содержащими участок 7 большего диаметра, участок 8 меньшего диаметра и ограничитель 9 хода, Г| унжер установлен в лифтовых трубах 10,

Клапаны 5 и 6 имеют возможность перемещаться вверх-вниз, выходя и входя в контакт е корпусом, плунжера направляющей 7,, Выход клапанов из плунжера ограничивается ограничите.лем 9, .

Работа поршня заключается в следующемi

В исходном положении (фиг.1) плунжер посредством нижнего клапана 6 опирается на нижний амортизатор лифтовых труб (не показан), При этом плунжер снизу Закрыт клапаном 6, а сверху - клапаном 5, Вследствие подачи рабочего йгента (газа) в лифтовые трубы через их башмак плунжер движется вверх, при этом нижний клапан б удерживается в закрытом

0 15 положении под напором рабочего агента, а верхний клапан 5 - под напором поднимаемого столба жидкости.

Таким образом, плунжер при движении вверх испытывает сжимающие осевае усилия, вследствие чего части плунжера благодаря наличию косой стыковочной поверхности воздействуют одна на другую в направлении их смещения относительно продольной оси плунжера, т,е, в радиальном направ0 25 лении. Наиболее рациональной величиной угла oi следует считать угол величиной 20-45°, так как при этом обеспечивается достаточная величина сдвигающего бокового усилия, прижимающего составные части плунжера к стенке труб, и отсутствует возможность их взаимного заклинивания. При этом обе части плунжера, т,е, . верхняя и нижняя, прижаты к стенке труб взаимно противоположными частями. Этим значительно уменьшается площадь кольцевого зазора, особенно в зоне стыковочной поверхности. На5пример, если при использовании цельного плунжера площадь кольцевого зазора можно представить в виде радиального кольцевого зазора с большим и меньшим радиусом соответственно R и г (фиг.З), то при ис0 45 50 55 60 65 пользовании предлагаемого плунжера этот зазор представляется как разность площади круга радиусом R и приближенно площади овала с полуосями г (меньшая полуось) и R (большая полуось), как представлено на фиг,4,

Приняв, например R 31 мм (для труб d 73 мм), г 29 мм (для диаметра плунжера с1нс( мм, что обычно соответствует практическим условиям), по известным зависимостям определяем, что площадь F кругового кольцевого зазора составляет 377 мм , а площадь FQ овального кольцевого зазора равна 45 мм .

Как видно из приведенных расчетов, площадь кольцевого зазора -при использовании предлагаемого плунжера в 8 раз меньше площади кольцевого зазора при использовании известного плунжера, что обеспечивает снижение утечек откачиваемой жидкости, В зоне радиального смещения частей плунжера (в зоне плоскости их контакта) за счет сужения кольцевого канала возникают дополнительные гидравлические сопротивления для стекающего потока жидкости, что также способствует уменьшению ее утечек.

При достижении плунжером верхнег амортизатора (в устьевой арматуре, не показан) нижний клапан 6 под действием силы его инерции, возникающей после соударения с амортизатором и направленной вниз, выдвигается вниз и удерживается ограничителем 9 его хода. При этом сохраняется необходимое проходное сечение в корпусе плунжера, обеспечиваемое тем, что площадь поперечного сечения участка меньшего диаметра дифференциальной направляющей значительно меньше площади поперечного сечения участка направляющей с большим диаметром.

После открытия нижнего клапана корпус плунжера под действием веса опускается вниз, что обеспечивает открытие верхнего клапана под действием напора газа. При этом также обеспечивается требуемая величина проходного клапана плунжера, в результате чего плунжер движется вниз при продолжающемся расходе через, него рабочего агента (газа), Это обеспечивает ускоренное падение плунжера, что обуславливает возможность его работы с повышенной цикличностью.

При падении плунжера вниз нижняя составная его часть под действием веса несколько отходит от верхней части за счет возможности ее некоторого осевого перемещения. При ходе плунжера вверх исключается возможность попадания парафина в его проходнйй канал, что повышает надежность и эффективность его работы.

Таким образом, плунжер позволяет значительно повысить производительность плунжерного лифта за счет сни-(. жения утечек откачиваемой жидкости и повысить надежность его работы

за счет более надежной работы запорных элементов. Предлагаемый плунжер весьма прост по конструкции и удобен в эксплуатации.

15

Формула изобретения

Плунжер составной для плунжерного лифта, включающий корпус :и связанные

с ним верхний и нижний клапаны-, о тличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения проходимости плунжера и производительности плунжерного лифта, корпус выполнен разъемным по плоскости, расположенной под углом к его продольной оси, с вoзмoжнocть o ограниченного перемещения его составных частей в радиальном направлении.

30

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 204067, кл. F 06 J 1/04, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР

35 № 179712, кл. Е 21 В 43/00, 1964 (прототип).