RU2263228C1 - Suction valve of submersible pump - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; oil producing industry.

SUBSTANCE: proposed suction valve of submersible pump contains housing which accommodates shutoff member and seat. Shutoff member is made in form of plunger to form shutoff pair with seat surface. Valve seat is made up of set of radially movable seat rings installed in seat places and pressed relative to seat rings by elastic ring elements in radial diametrically opposite direction. Seats are displaced in pairs relative to each other in diametrically opposite direction. Rings are flexibly pressed in axial direction. Housing is installed in upper part of pump working cylinder. Intake holes are made in housing. Cylindrical branch pipe is installed stationary along axis of housing. Shutoff member is installed coaxially to cylindrical branch pipe and is spring-loaded relative to branch pipe in axial direction. Shutoff member is sealed relative to cylindrical branch pipe by means of set of sealing rings movable in radial direction and pressed in said direction by elastic rings whose seats are displaced in pairs relative to each other in diametrically opposite direction.

EFFECT: improved reliability and capacity, increased delivery at high gas-oil ratio.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам для подъема жидкости с больших глубин.The invention relates to the field of pump engineering, in particular to pumping units for lifting liquids from great depths.

Известен дифференциальный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном и размещенный в цилиндре полый плунжер с нагнетательным клапаном, при этом всасывающий клапан выполнен в виде широкопроходного тарельчатого клапана с приемным фильтром (см. полезную модель РФ №26823, кл. F 04 В 47/00, 20.12.2002).A differential sucker-rod pump is known, comprising a cylinder with a suction valve and a hollow plunger with a discharge valve located in the cylinder, while the suction valve is made in the form of a wide-flow poppet valve with a intake filter (see utility model of the Russian Federation No. 26823, class F 04 B 47/00 12/20/2002).

Недостатком данного клапана является износ контактной поверхности седла и поверхности запорного органа, что приводит к утечкам и снижению подачи насоса. Кроме того, применение тарельчатого клапана ограничивает эксплуатацию насоса в наклонных и горизонтальных скважинах, а также он имеет недостаточную пропускную способность при добыче вязкой нефти из-за зависания запорного органа, особенно в условиях высокого газового фактора добываемой нефти.The disadvantage of this valve is the wear of the contact surface of the seat and the surface of the shut-off element, which leads to leaks and reduced pump flow. In addition, the use of a poppet valve limits the operation of the pump in deviated and horizontal wells, and it also has insufficient throughput for the production of viscous oil due to the suspension of the shut-off element, especially in conditions of high gas factor of the produced oil.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является всасывающий клапан насоса, содержащий корпус, в котором размещен запорный орган и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла (см. патент РФ №2125184, кл. F 04 В 47/00, 20.01.1999).Closest to the invention, in technical essence, the achieved result is a pump suction valve comprising a housing in which a shut-off element is located and a seat is made, the shut-off element being made in the form of a plunger with the possibility of forming a shut-off pair with a saddle surface (see RF patent No. 2125184, CL F 04 B 47/00, 01.20.1999).

Недостатком указанного клапана в случае его использования как всасывающего является недостаточная пропускная способность, особенно при добыче вязкой нефти, и сравнительно невысокая надежность работы клапана в условиях наличия мелкодисперсных примесей в откачиваемой жидкой среде.The disadvantage of this valve in the case of its use as a suction is the insufficient throughput, especially when producing viscous oil, and the relatively low reliability of the valve in the presence of fine impurities in the pumped liquid medium.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и пропускной способности, а также повышение подачи при высоком газовом факторе добываемой нефти.The objective of the present invention is to increase the reliability and throughput, as well as increasing the flow rate at high gas factor of oil produced.

Поставленная задача решается за счет того, что всасывающий клапан погружного насоса содержит корпус, в котором размещен запорный орган и выполнено седло, запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла, причем седло клапана выполнено из набора подвижных в радиальном направлении посадочных колец, установленных в посадочных местах и поджатых в радиальном диаметрально противоположном направлении относительно последних упругими эластичными кольцевыми элементами, при этом посадочные места попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, кольца упруго поджаты в осевом направлении, корпус установлен в верхней части рабочего цилиндра насоса, в корпусе выполнены впускные отверстия, а по оси корпуса неподвижно установлен цилиндрический патрубок, запорный орган установлен коаксиально цилиндрическому патрубку и подпружинен относительно него в осевом направлении, при этом запорный орган уплотнен относительно цилиндрического патрубка посредством набора уплотнительных колец, подвижных в радиальном направлении и поджатых в этом направлении упругими эластичными кольцами, посадочные места которых попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, причем уплотнительные кольца упруго поджаты в осевом направлении.The problem is solved due to the fact that the suction valve of the submersible pump contains a housing in which the shut-off element is located and the seat is made, the shut-off element is made in the form of a plunger with the possibility of forming a shut-off pair with the surface of the seat, and the valve seat is made of a set of radially movable seats rings installed in seats and pushed in radially diametrically opposite direction relative to the latter by elastic elastic ring elements, while landing places are pairwise diametrically opposed to each other, the rings are elastically pressed in the axial direction, the housing is installed in the upper part of the pump working cylinder, inlets are made in the housing, and a cylindrical nozzle is fixedly installed along the housing axis, the shut-off element is installed coaxially to the cylindrical nozzle and is spring loaded relative to it in the axial direction, while the locking body is sealed relative to the cylindrical pipe by means of a set of o-rings, movable in the radial direction and pressed in this direction by elastic elastic rings, the seats of which are pairwise diametrically opposed offset from each other, and the sealing rings are elastically pressed in the axial direction.

Анализ работы известных традиционных конструкций всасывающих клапанов показал их недостаточно высокую надежность работы из-за износа седла и запорного органа. Эта проблема особенно актуальна при перекачке жидких сред с мелкодисперсными твердыми примесями и при перекачке высоковязких сред, в частности высоковязкой нефти.An analysis of the known traditional designs of suction valves showed their insufficiently high reliability due to wear of the seat and locking element. This problem is especially relevant when pumping liquid media with finely divided solid impurities and when pumping highly viscous media, in particular highly viscous oil.

Выполнение седла клапана и уплотнения запорного органа относительно неподвижного цилиндрического патрубка корпуса клапана в виде набора подвижных в радиальном направлении колец, обычно металлических колец, позволяет решить поставленные задачи. Выполнение посадочных и уплотнительных колец подвижными в радиальном направлении позволяет исключить возможности разгерметизации по уплотняемой поверхности в случае попадания частиц примеси между седлом и запорным органом, поскольку подвижные кольца предотвращают возможность застревания этих частиц в запорной паре. Поджатие по крайней мере соседних колец в диаметрально противоположном направлении позволяет при сохранении подвижности посадочных и уплотнительных колец создать запорную пару с щелевым зазором, имеющим высокое гидравлическое сопротивление, что, особенно в условиях перекачки высоковязких жидких сред, практически полностью предотвращает перетекание перекачиваемой жидкой среды через запорную пару и, как следствие, повышает производительность насоса, в котором установлен данный всасывающий клапан.The implementation of the valve seat and sealing the locking element relative to the stationary cylindrical nozzle of the valve body in the form of a set of radially movable rings, usually metal rings, allows us to solve the tasks. The implementation of the seating and sealing rings movable in the radial direction eliminates the possibility of depressurization on the sealing surface in the case of particles of impurities between the seat and the locking member, since the movable rings prevent the possibility of these particles getting stuck in the locking pair. Preloading at least adjacent rings in a diametrically opposite direction allows, while maintaining the fit of the seating and sealing rings, to create a locking pair with a slotted gap having high hydraulic resistance, which, especially when pumping highly viscous liquid media, almost completely prevents the pumped liquid from flowing through the locking pair and, as a result, increases the productivity of the pump in which this suction valve is installed.

В результате была решена поставленная задача - повышена надежность и пропускная способность, а также повышена подача при высоком газовом факторе добываемой нефти.As a result, the task was solved - the reliability and throughput were increased, as well as the flow rate of the extracted oil at a high gas factor was increased.

На чертеже изображен продольный разрез описываемого всасывающего клапана.The drawing shows a longitudinal section of the described suction valve.

Всасывающий клапан содержит корпус 1, установленный в верхней части рабочего цилиндра 2 насоса. В корпусе размещен запорный орган 3 и выполнено седло 4. Запорный орган 3 выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла 4, которое выполнено из набора подвижных в радиальном направлении посадочных колец 5, например стальных колец, установленных в посадочных местах 6 и поджатых в радиальном диаметрально противоположном направлении относительно последних эластичными кольцевыми элементами 7. Посадочные места могут быть выполнены в виде круговых канавок, выполненных в корпусе 1 клапана. Посадочные места 6 попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, например путем выполнения круговых канавок эксцентрично относительно продольной оси корпуса 1, а эластичные кольцевые элементы 7 размещены в круговых канавках. Посадочные кольца 5 упруго поджаты в осевом направлении гайкой 8, втулкой 9 с эластичным упругим элементом 10. Корпус 1 установлен в верхней части рабочего цилиндра 2 насоса. В корпусе 1, рабочем цилиндре 2 и гайке 11 для фиксации клапана на рабочем цилиндре 2 выполнены впускные отверстия 12 для прохода нефти и выпуска газа. По оси корпуса 1 неподвижно установлен цилиндрический патрубок 13. Запорный орган 3 установлен коаксиально цилиндрическому патрубку 13 и подпружинен относительно него в осевом направлении посредством пружины 14. Запорный орган 3 уплотнен относительно цилиндрического патрубка 13 посредством набора уплотнительных колец 15, подвижных в радиальном направлении и поджатых в этом направлении эластичными кольцами 16, посадочные места 17 которых попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга аналогично тому, как это было сделано с посадочными кольцами 5, причем уплотнительные кольца 15 упруго поджаты в осевом направлении посредством эластичного упругого элемента 18, размещенного между гайкой 19 и подвижной втулкой 20, взаимодействующей с уплотнительными кольцами 15. С целью герметичности клапан снабжен уплотнительными кольцами 21, 22 и 23.The suction valve comprises a housing 1 mounted in the upper part of the working cylinder 2 of the pump. A locking member 3 is placed in the housing and a saddle 4 is formed. The locking member 3 is made in the form of a plunger with the possibility of forming a locking pair with the surface of the saddle 4, which is made of a set of radially movable seat rings 5, for example, steel rings installed in seats 6 and pressed in radially opposite direction relative to the latter by elastic ring elements 7. Seats can be made in the form of circular grooves made in the valve body 1. The seats 6 are pairwise diametrically opposed offset from each other, for example by making circular grooves eccentrically relative to the longitudinal axis of the housing 1, and the elastic ring elements 7 are placed in the circular grooves. The seat rings 5 are elastically compressed axially by a nut 8, a sleeve 9 with an elastic elastic element 10. The housing 1 is installed in the upper part of the working cylinder 2 of the pump. In the housing 1, the working cylinder 2 and the nut 11 for fixing the valve on the working cylinder 2, inlets 12 for oil passage and gas discharge are made. A cylindrical nozzle 13 is fixedly mounted along the axis of the housing 1. The locking member 3 is mounted coaxially to the cylindrical nozzle 13 and is axially spring-loaded relative to it by means of the spring 14. The locking member 3 is sealed relative to the cylindrical nozzle 13 by means of a set of o-rings 15 radially movable and in this direction, elastic rings 16, the seats 17 of which are pairwise diametrically opposed offset relative to each other in the same way as it was done about with seating rings 5, and the sealing rings 15 are elastically pressed in the axial direction by means of an elastic elastic element 18 located between the nut 19 and the movable sleeve 20, interacting with the sealing rings 15. For the purpose of tightness, the valve is equipped with sealing rings 21, 22 and 23.

Гайка 11 установлена в переходнике 24, связанным с колонной насосно-компрессорных труб. В переходнике 24 размещен нагнетательный клапан 25.A nut 11 is installed in an adapter 24 connected to a tubing string. In the adapter 24 there is a discharge valve 25.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

Под действием затрубного давления добываемой из скважины жидкой среды, например нефти, при ходе поршня или плунжера (не показаны на чертеже) погружного насоса в рабочем цилиндре 2 вниз запорный орган 3 опускается и открывает проходной кольцевой канал клапана. Через впускные отверстия 12 и далее через открытый проходной канал откачиваемая среда поступает в рабочий цилиндр 2 насоса.Under the influence of the annular pressure of a liquid medium, such as oil, extracted from a well, during the course of a piston or plunger (not shown in the drawing) of a submersible pump in the working cylinder 2, the shut-off element 3 lowers and opens the valve annular passage channel. The pumped medium enters the pump working cylinder 2 through the inlets 12 and further through the open passage channel.

При ходе поршня или плунжера в рабочем цилиндре 2 вверх под воздействием на запорный орган 3 давления снизу он поднимается и закрывает проходной кольцевой канал между седлом 4 запорным органом 3. При этом посадочные и уплотнительные кольца 5 и 15 плотно прижимаются соответственно к запорному органу 3 и цилиндрическому патрубку 13, чем обеспечивается герметичность клапана, а откачиваемая жидкая среда через цилиндрический патрубок 13 и расположенный выше него нагнетательный клапан 25 выдавливается из рабочего цилиндра 2. Зазор в осевом направлении уплотнительных колец устраняется за счет воздействия на них эластичных упругих элементов 10 и 18 посредством втулок 9 и 20.During the course of the piston or plunger in the working cylinder 2 upward under the influence of the shut-off element 3 from below, it rises and closes the annular passage between the seat 4 of the shut-off element 3. In this case, the seat and sealing rings 5 and 15 are tightly pressed against the shut-off element 3 and the cylindrical the nozzle 13, which ensures the tightness of the valve, and the pumped liquid medium through the cylindrical nozzle 13 and the discharge valve 25 located above it is extruded from the working cylinder 2. The clearance in the axial direction ii sealing rings is eliminated due to the impact on them of flexible elastic members 10 and 18 through the bushings 9 and 20.

При снятии давления снизу во время хода поршня или плунжера вниз описанный выше процесс работы всасывающего клапана повторяется.When depressurizing from the bottom during the stroke of the piston or plunger down, the above described operation of the suction valve is repeated.

Применение всасывающего клапана предлагаемой конструкции обеспечивает работоспособность насоса при добыче вязкой нефти с высоким газовым фактором и эксплуатацию как в вертикальных, так и в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.The use of a suction valve of the proposed design ensures the operability of the pump in the production of viscous oil with a high gas factor and operation in both vertical and directional and horizontal wells.

Claims (1)

Всасывающий клапан погружного насоса, содержащий корпус, в котором размещен запорный орган и выполнено седло, причем запорный орган выполнен в виде плунжера с возможностью образования запорной пары с поверхностью седла, отличающийся тем, что седло клапана выполнено из набора подвижных в радиальном направлении посадочных колец, установленных в посадочных местах и поджатых в радиальном направлении относительно последних упругими эластичными кольцевыми элементами, при этом посадочные места попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, кольца упруго поджаты в осевом направлении, корпус установлен в верхней части рабочего цилиндра насоса, в корпусе выполнены впускные отверстия, а по оси корпуса неподвижно установлен цилиндрический патрубок, запорный орган установлен коаксиально цилиндрическому патрубку и подпружинен относительно него в осевом направлении, при этом запорный орган уплотнен относительно цилиндрического патрубка посредством набора уплотнительных колец, подвижных в радиальном направлении и поджатых в этом направлении упругими эластичными кольцами, посадочные места которых попарно диаметрально противоположно смещены относительно друг друга, причем уплотнительные кольца упруго поджаты в осевом направлении.A suction valve of a submersible pump comprising a housing in which a locking member is arranged and a seat is made, the locking member being made in the form of a plunger with the possibility of forming a locking pair with the surface of the seat, characterized in that the valve seat is made of a set of radially movable seat rings installed in seats and pushed in the radial direction relative to the latter by elastic elastic ring elements, while the seats are pairwise diametrically opposed relative to each other, the rings are elastically pressed in the axial direction, the housing is installed in the upper part of the pump working cylinder, inlets are made in the housing, and a cylindrical nozzle is fixedly mounted on the housing axis, the shut-off element is mounted coaxially to the cylindrical nozzle and is spring loaded relative to it in the axial direction, this locking element is sealed relative to the cylindrical nozzle by means of a set of o-rings, movable in the radial direction and pressed in this direction by elastic rib rings planting places which are diametrically opposite in pairs offset with respect to each other, wherein the sealing rings are resiliently urged in the axial direction.