RU171538U1 - Borehole Pumping Unit - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области насосного оборудования и может быть использована для подъема жидкости с большой глубины.Техническим результатом полезной модели является увеличение подачи дифференциального плунжерного насоса.Скважинная насосная установка включает дифференциальный плунжерный насос, приводимый в действие с помощью электродвигателя через передачу винт-гайка качения и приводную штангу, содержащий перепускной и нагнетательный клапаны, цилиндр, ступенчатый полый плунжер, в верхней части которого расположен всасывающий клапан, а нижняя ступень имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость.Новым в установке является то, что нижняя ступень плунжера выполнена в виде монолитного штока, имеющего ограниченное осевое перемещение относительно верхней ступени, и связана с приводной штангой, всасывающий клапан размещен в верхней части цилиндра, а перепускной клапан выполнен тарельчатым, причем, его седло расположено в верхней ступени плунжера, а плоская тарелка, находящаяся над седлом, жестко связана с нижней ступенью.The utility model relates to the field of pumping equipment and can be used to lift liquids from great depths. The technical result of the utility model is to increase the flow of a differential plunger pump. A well pump installation includes a differential plunger pump driven by an electric motor through a rolling screw-nut transmission and a drive rod containing a bypass and pressure valves, a cylinder, a stepped hollow plunger, in the upper part of which there is a suction a lower valve, and the lower stage has a diameter smaller than the upper stage and is sealed in the cylinder, forming an annular discharge cavity. New in the installation is that the lower stage of the plunger is made in the form of a monolithic rod having limited axial movement relative to the upper stage, and connected to the drive rod, the suction valve is located in the upper part of the cylinder, and the bypass valve is made poppet, moreover, its seat is located in the upper stage of the plunger, and a flat plate located above the seat, ECTS is connected to the lower stage.

Description

Полезная модель относится к области насосного оборудования и может быть использована для подъема жидкости с большой глубины.The utility model relates to the field of pumping equipment and can be used to lift liquids from great depths.

Известен погружной насосный агрегат, включающий корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода насоса, штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом, причем наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы, при этом полый шток располагается в маслозаполненной эластичной оболочке (Патент РФ №2347947 от 2007.09.04).Known submersible pump unit, comprising a housing, an elastic shell, a reversible electric motor, the drive shaft of which is connected to a transmission screw screw-nut rolling, which is in movable connection with the housing and connected to the pump drive rod, the rod is sealed in the housing and connected to the nut via a hollow rod covering the screw and entering into the movable connection with it, and the internal cavities of the housing and the elastic shell are filled with oil, and the outer surface of the shell communicates with the cavity of the well, and and those hollow rod mounted dampers, wherein the hollow stem is in oil-filled elastic sheath (RF Patent №2347947 from 2007.09.04).

Недостатками насосного агрегата является: быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка качения, обусловленную способом закрепления винта только в нижнем положении, а также несоответствие требуемых динамических нагрузок возникающих при работе передачи винт-гайка качения.The disadvantages of the pump unit are: quick wear and short service life of the screw-nut rolling gear transmission, due to the screw fixing method only in the lower position, as well as the mismatch of the required dynamic loads arising during the operation of the rolling screw-nut gear.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является скважинная насосная установка, включающая насосно-компрессорные трубы (НКТ), плунжерный насос, содержащий цилиндр, полый и ступенчатый плунжер, приводную штангу, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость через нижнее отверстие приемной камеры, через внутренний сквозной канал, выполненный в плунжере и всасывающий клапан, установленный в верхней части плунжера (Патент РФ №2532475 от 2013.07.02).The closest technical solution (prototype) is a downhole pump installation, including tubing, a plunger pump containing a cylinder, a hollow and a stepped plunger, a drive rod, suction and discharge valves and driven by a drive including a reversible electric motor, gear rolling screw-nut with a drive rod, placed in an oil-filled housing. Suction fluid from the well enters the supra-plunger suction cavity through the lower opening of the receiving chamber, through an internal through channel made in the plunger and a suction valve installed in the upper part of the plunger (RF Patent No. 2532475 of 2013.07.02).

При такой конструкции дифференциального плунжерного насоса, когда всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера, а нижняя ступень плунжера выполнена полой, увеличивается площадь поперечного сечения нижней ступени плунжера, что приводит к увеличению нагрузки при ходе плунжера вверх и уменьшает срок службы установки. С другой стороны, уменьшение проходного канала нижней ступени плунжера увеличивает гидравлические потери на входе во всасывающий клапан и приводит к уменьшению коэффициента наполнения насоса и к падению производительности насосной установки.With this design of the differential plunger pump, when the suction valve is located in the upper part of the plunger, and the lower stage of the plunger is hollow, the cross-sectional area of the lower stage of the plunger increases, which leads to an increase in load during the upward stroke of the plunger and reduces the service life of the installation. On the other hand, decreasing the passage channel of the lower stage of the plunger increases hydraulic losses at the inlet to the suction valve and leads to a decrease in the fill factor of the pump and to a decrease in the productivity of the pump installation.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение подачи дифференциального плунжерного насоса.The technical result of the claimed utility model is to increase the flow of the differential plunger pump.

Поставленный технический результат достигается тем, что скважинная насосная установка, включающая дифференциальный плунжерный насос, приводимый в действие с помощью электродвигателя через передачу винт-гайка качения и приводную штангу, содержащий перепускной и нагнетательный клапаны, цилиндр, ступенчатый полый плунжер, в верхней части которого расположен всасывающий клапан, а нижняя ступень имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость, согласно изобретению, нижняя ступень плунжера выполнена в виде монолитного штока, имеющего ограниченное осевое перемещение относительно верхней ступени, и связана с приводной штангой, всасывающий клапан размещен в верхней части цилиндра, а перепускной клапан выполнен тарельчатым, причем, его седло расположено в верхней ступени плунжера, а плоская тарелка, находящаяся над седлом, жестко связана с нижней ступенью.The technical result is achieved by the fact that the downhole pump installation, including a differential plunger pump, driven by an electric motor through a screw-nut rolling transmission and a drive rod containing a bypass and discharge valves, a cylinder, a stepped hollow plunger, in the upper part of which there is a suction the valve, and the lower stage has a diameter smaller than the upper stage and is sealed in the cylinder, forming an annular discharge cavity, according to the invention, lower The plunger’s step is made in the form of a monolithic rod with limited axial displacement relative to the upper step and is connected to the drive rod, the suction valve is located in the upper part of the cylinder, and the bypass valve is made of a poppet, and its seat is located in the upper step of the plunger, and a flat plate located above the saddle is rigidly connected to the lower stage.

Сущность предлагаемой установки заключаются в том, что в конструкции дифференциального плунжерного насоса нижняя ступень плунжера выполнена с минимальным сечением, в результате чего уменьшается нагрузка при ходе плунжера вверх, а путем уменьшения гидравлических потерь в клапане и подводящих к нему каналах увеличивается коэффициент наполнения насоса и увеличивается производительность насосной установки.The essence of the proposed installation is that in the design of the differential plunger pump, the lower stage of the plunger is made with a minimum cross-section, as a result of which the load decreases during the plunger upward movement, and by reducing hydraulic losses in the valve and the channels leading to it, the pump filling factor increases and productivity increases pumping unit.

На чертеже представлена принципиальная схема скважинной насосной установки.The drawing shows a schematic diagram of a downhole pumping unit.

Скважинная насосная установка состоит из дифференциального плунжерного насоса 1, привода типа винт-гайка качения 2 и реверсивного электродвигателя 3.A downhole pump installation consists of a differential plunger pump 1, a screw-nut-type rolling drive 2 and a reversible electric motor 3.

Насос 1 имеет цилиндр 4, внутри которого размещен плунжер 5, кинематически связанный через приводную штангу 6 и передачу винт-гайка качения 2 с реверсивным электродвигателем 3.The pump 1 has a cylinder 4, inside which a plunger 5 is placed, kinematically connected through a drive rod 6 and the transmission of the rolling screw-nut 2 with a reversible electric motor 3.

Плунжер 5 имеет возможность совершать в цилиндре 4 возвратно-поступательные перемещения и выполнен ступенчатым, причем диаметр верхней ступени 7 больше диаметра нижней ступени 8. Нижняя ступень 8 герметизирована в цилиндре 4 механическим уплотнением 9, в результате чего в нижней части цилиндра 4 образовалась кольцевая нагнетательная полость 10. В верхней части цилиндра 4 выполнена надплунжерная всасывающая полость 11. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость 11 через отверстие 12 и через всасывающий клапан 13.The plunger 5 is able to make reciprocating movements in the cylinder 4 and is made stepwise, the diameter of the upper stage 7 being larger than the diameter of the lower stage 8. The lower stage 8 is sealed in the cylinder 4 by a mechanical seal 9, as a result of which an annular discharge cavity is formed in the lower part of the cylinder 4 10. In the upper part of the cylinder 4 there is a supra-plunger suction cavity 11. Suction fluid from the well enters the supra-plunger suction cavity 11 through the hole 12 and through the suction valve 13 n.

Перепускной клапан 14 выполнен тарельчатым, причем его седло 15 расположено в верхней ступени 7 плунжера 5, а плоская тарелка 16, находящаяся над седлом 15, жестко связана с нижней ступенью 8 плунжера 5, выполненного с ограничителем хода 17.The bypass valve 14 is poppet type, with its seat 15 located in the upper stage 7 of the plunger 5, and the flat plate 16 located above the seat 15 is rigidly connected with the lower stage 8 of the plunger 5, made with a travel stop 17.

Для сообщения между нагнетательной полостью 10 и насосно-компрессорными трубами (НКТ) 18 в нижней части цилиндра 4 выполнено отверстие 19 и размещенный в кожухе 20 цилиндр 4 образует кольцевой канал 21. В верхней части кожуха 20 установлен нагнетательный клапан 22.For communication between the injection cavity 10 and the tubing 18 in the lower part of the cylinder 4, a hole 19 is made and the cylinder 4 located in the casing 20 forms an annular channel 21. A pressure valve 22 is installed in the upper part of the casing 20.

Скважинная насосная установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 вращение его вала передается на передачу винт-гайка качения 2, которая превращает вращательное движение в возвратно поступательное, и которое через приводную штангу 6 передается плунжеру 5. При перемещении плунжера 5 вниз перепускной клапан 14 закрывается, давление в надплунжерной всасывающей полости 11 снижается, всасывающий клапан 13 открывается, и через него в надплунжерную полость 11 начинает поступать пластовая жидкость. При этом жидкость, находящаяся в нагнетательной полости 10, вытесняется через отверстие 19, кольцевой канал 21 и нагнетательный клапан 22 в НКТ 18. При ходе плунжера 5 вверх перепускной клапан 14 открывается, при этом длина хода клапана 14 обеспечивается ограничителем хода 17 и жидкость из надплунжерной всасывающей полости 11 поступает в нагнетательную полость 10. В связи с тем, что объем вытесняемой жидкости в надплунжерной всасывающей полости 11 больше, чем в нагнетательной полости 10, часть жидкости поступает через отверстие 19, кольцевой канал 21 и нагнетательный клапан 22 в НКТ 18.Downhole pumping unit operates as follows. When the electric motor 3 is turned on, the rotation of its shaft is transmitted to the rolling screw-nut 2, which turns the rotational motion into reciprocating, and which is transmitted to the plunger 5 through the drive rod 6. When the plunger 5 is moved down, the bypass valve 14 closes, the pressure in the superplunger suction cavity 11 decreases, the suction valve 13 opens, and formation fluid begins to flow through the plunger cavity 11 through it. In this case, the liquid located in the discharge cavity 10 is displaced through the hole 19, the annular channel 21 and the discharge valve 22 into the tubing 18. When the plunger 5 moves upward, the bypass valve 14 opens, while the stroke length of the valve 14 is provided by the stroke limiter 17 and the liquid from the above-plunger the suction cavity 11 enters the discharge cavity 10. Due to the fact that the volume of the displaced fluid in the supraplungary suction cavity 11 is larger than in the discharge cavity 10, part of the liquid enters through the hole 19, the annular channel 21 and gnetatelny valve 22 in the tubing 18.

Как видно из описания принципа работы установки, при ходе плунжера вверх в надплунжерной и нагнетательной полостях давление одинаковое и равно давлению жидкости в НКТ, следовательно, действующая сила на плунжер определяется произведением площади поперечного сечения нижней ступени на давление жидкости в НКТ.As can be seen from the description of the operating principle of the installation, when the plunger moves upward in the supraplunger and injection cavities, the pressure is the same and equal to the fluid pressure in the tubing, therefore, the acting force on the plunger is determined by the product of the cross sectional area of the lower stage and the fluid pressure in the tubing.

Преимущества предлагаемой скважинной насосной установки заключаются в том, что повышается подача дифференциального плунжерного насоса, конструкция которого обеспечивает надежность и долговечность работы установки.The advantages of the proposed downhole pumping unit are that it increases the flow of the differential plunger pump, the design of which ensures the reliability and durability of the installation.

Claims (1)

Скважинная насосная установка, включающая дифференциальный плунжерный насос, приводимый в действие с помощью электродвигателя через передачу винт-гайка качения и приводную штангу, содержащий перепускной и нагнетательный клапаны, цилиндр, ступенчатый полый плунжер, в верхней части которого расположен всасывающий клапан, а нижняя ступень имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость, отличающаяся тем, что нижняя ступень плунжера выполнена в виде монолитного штока, имеющего ограниченное осевое перемещение относительно верхней ступени, и связана с приводной штангой, всасывающий клапан размещен в верхней части цилиндра, а перепускной клапан выполнен тарельчатым, причем его седло расположено в верхней ступени плунжера, а плоская тарелка, находящаяся над седлом, жестко связана с нижней ступенью.A downhole pump installation including a differential plunger pump driven by an electric motor through a rolling screw-nut transmission and a drive rod containing a bypass and pressure valve, a cylinder, a stepped hollow plunger, in the upper part of which there is a suction valve, and the lower stage has a size smaller in diameter than the upper stage and sealed in the cylinder, forming an annular discharge cavity, characterized in that the lower stage of the plunger is made in the form of a monolithic rod, having limited axial displacement relative to the upper stage, and is connected with the drive rod, the suction valve is located in the upper part of the cylinder, and the bypass valve is made poppet, with its seat located in the upper stage of the plunger, and a flat plate located above the seat is rigidly connected with the lower stage .

Images