RU2175080C1 - Rod-type borehole pump unit - Google Patents

Abstract

FIELD: pump units for lifting liquid from very deep boreholes. SUBSTANCE: pump unit has rod-line pump with balancer 1, column of rods 2 suspended to balancer 1 by means of cable 3, and rod rotor 4 whose handle 5 is joined with balancer 1 by means of flexible member 6. The latter is joined to balancer 1 at distance L from axis 7 of its rocking; mentioned distance L exceeds radius R of balancer head. EFFECT: improved reliability of pump unit due to reliable work of rod rotor and eliminating torsion of hanger cable. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к насосным установкам, специально предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин с приводным устройством, расположенным на поверхности земли. The invention relates to pumping units specifically designed for lifting liquids from great depths, for example from wells with a drive device located on the surface of the earth.

Известна штанговая скважинная насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса и штанговращатель. Штанговращатель располагается ниже устьевого уплотнения колонны штанг и содержит ведомую шестерню, жестко связанную с колонной насосно-компрессорных труб, и ведущую шестерню, установленную на колонне штанг с возможностью вращательного и поступательного движения относительно ее продольной оси (авт. свид. СССР N 1767224 МКИ⁵ F 04 B 47/00).A well-known sucker rod pump installation containing a machine - a rocking chair with a balancer, a column of rods suspended from the balancer by means of a cable and rod rotator. The rod rotator is located below the wellhead seal of the rod string and contains a driven gear rigidly connected to the tubing string and a pinion gear mounted on the rod string with the possibility of rotational and translational motion relative to its longitudinal axis (ed. USSR certificate N 1767224 MKI ⁵ F 04 B 47/00).

Такое расположение штанговращателя в скважине усложняет его монтаж и обслуживание при эксплуатации скважины, а штанговращатель имеет сложную конструкцию. Such an arrangement of the stemmer in the well complicates its installation and maintenance during well operation, and the stemmer has a complex structure.

Известна другая скважинная штанговая насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель. Штанговращатель подвешен на балансире и расположен выше устья скважины. Рукоятка штанговращателя соединена с телом балансира посредством компенсатора и гибкого элемента (рекламный проспект штанговращателя Пат. Уэлл PW 252, изготовитель "Позитив Акшн Тул Вестерн Лтд.", г Калгари и г. Эдмонтон, штат Альберта, Канада.). Known for another downhole sucker rod pump installation, containing a machine - a rocking chair with a balancer, a rod string suspended from the balancer by means of a cable, and a rod rotator. The rod rotator is suspended on the balance beam and is located above the wellhead. The handle of the stemmer is connected to the body of the balancer by means of a compensator and a flexible element (flyer brochure Pat. Well PW 252, manufactured by Positive Action Tool Western Ltd., Calgary and Edmonton, Alberta, Canada.).

Такое расположение штанговращателя обеспечивает доступ к нему и упрощает его монтаж и обслуживание при эксплуатации скважины. This arrangement of the stemmer provides access to it and simplifies its installation and maintenance during well operation.

Однако надежность работы такой установки низка, что объясняется возможностью попадания гибкого элемента (когда он находится в ослабленном состоянии) под головку балансира и его обрыва. При эксплуатации наклонно направленных и искривленных скважин на колонну штанг действует большое усилие, которое приводит к скручиванию троса подвески и развороту штанговращателя относительно оси подвески. При этом меняется угловое положение рукоятки штанговращателя, приводящее к невозможности ее поворота посредством гибкого элемента и его обрыву. However, the reliability of such an installation is low, which is explained by the possibility of a flexible element falling (when it is in a weakened state) under the head of the balancer and its break. During operation of directional and curved wells, a great force acts on the rod string, which leads to twisting of the suspension cable and turning of the rotator relative to the suspension axis. At the same time, the angular position of the handle of the rod shifter changes, which makes it impossible to rotate by means of a flexible element and its break.

Кроме того, при повороте балансира вниз гибкий элемент натягивается, выбирая слабину, а поворот колонны штанг осуществляется только в конце хода балансира, что увеличивает нагрузку на узлы и детали штанговращателя, поскольку поворот колонны штанг не распределяется на всю величину поворота балансира. Поворот штанг происходит в положении, когда балансир находится в нижнем положении и трос подвески имеет наибольшую свободную длину и наименьшее сопротивление кручению, что приводит к скручиванию троса подвески. In addition, when turning the balancer down, the flexible element is pulled, choosing the slack, and the rotation of the rod string is carried out only at the end of the balancer stroke, which increases the load on the nodes and components of the rod rotator, since the rotation of the rod string is not distributed over the entire amount of the beam rotation. The rotation of the rods occurs in the position when the balancer is in the lower position and the suspension cable has the greatest free length and the least torsion resistance, which leads to twisting of the suspension cable.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы скважинной штанговой насосной установки за счет надежной работы штанговращателя и исключения скручивания троса подвески. The objective of the invention is to increase the reliability of a borehole sucker rod pump installation due to the reliable operation of the rod changer and the elimination of twisting of the suspension cable.

Поставленная задача решается усовершенствованием скважинной штанговой насосной установки, содержащей станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель, рукоятка которого соединена с балансиром посредством гибкого элемента. The problem is solved by improving the downhole sucker-rod pumping unit containing a rocking machine with a balancer, a rod string suspended from the balancer by means of a cable, and a rod rotator, the handle of which is connected to the balancer by means of a flexible element.

Это усовершенствование заключается в том, что гибкий элемент соединен с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира. This improvement lies in the fact that the flexible element is connected to the balancer at a distance from the axis of its swing, exceeding the radius of the head of the balancer.

Кроме того, гибкий элемент может быть соединен с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания. In addition, the flexible element can be connected to the balancer with the possibility of changing the distance from the axis of its swing.

Кроме того, гибкий элемент может быть соединен с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания. In addition, the flexible element can be connected to the handle of the shtangovraschatel with the ability to change the distance from the axis of its swing.

Соединение гибкого элемента с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира, позволяет исключить попадание гибкого элемента под головку балансира, а следовательно, исключить его обрыв и таким образом повысить надежность работы установки. The connection of the flexible element with the balancer at a distance from the axis of its swing, exceeding the radius of the head of the balancer, eliminates the ingress of the flexible element under the head of the balancer, and therefore, eliminate its breakage and thus increase the reliability of the installation.

Кроме того, такое соединение гибкого элемента с балансиром позволяет перемещать гибкий элемент со скоростью, большей скорости перемещения троса подвески, обеспечивая рабочий ход рукоятки штанговращателя при ходе балансира вверх. Таким образом, поворот штанг происходит при уменьшении длины троса подвески и увеличивающемся его сопротивлении кручению, что также повышает надежность работы установки. In addition, such a connection of the flexible element with the balancer allows you to move the flexible element with a speed greater than the speed of movement of the suspension cable, providing a working stroke of the handle of the drawer during the course of the balancer up. Thus, the rotation of the rods occurs when the suspension cable length is reduced and its torsion resistance increases, which also increases the reliability of the installation.

Соединение гибкого элемента с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания позволяет настраивать необходимый угол поворота рукоятки штанговращателя, а следовательно, и штанг при разных длинах хода колонны штанг и на установках с различными типоразмерами станков - качалок, что необходимо для работы на скважинах с различными характеристиками (глубиной, искривленностью, запарафиненностью). The connection of the flexible element with the balancer with the possibility of changing the distance from the axis of its swing allows you to adjust the required angle of rotation of the handle of the rod shifter, and therefore the rods for different lengths of the string of rods and on installations with different sizes of machine tools - rocking, which is necessary for working on wells with different characteristics (depth, curvature, paraffininess).

Соединение гибкого элемента с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания позволяет настраивать угол поворота рукоятки штанговращателя, а следовательно, и штанг при различных длинах хода колонны штанг и на установках с различными типоразмерами станков - качалок. The connection of the flexible element with the handle of the boom shifter with the possibility of changing the distance from the axis of its swing allows you to adjust the angle of rotation of the handle of the boom shifter, and consequently, the rods at different lengths of the string of rods and on plants with different sizes of machine tools - rocking chairs.

Изобретение поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая скважинная штанговая насосная установка в нижнем положении балансира, на фиг. 2 - выносной элемент 1 на фиг. 1, на фиг. 3 - скважинная штанговая насосная установка в верхнем положении балансира, на фиг. 4 - выносной элемент 1 на фиг. 3. The invention is illustrated in FIG. 1-4, where in FIG. 1 schematically shows the proposed borehole sucker rod pump installation in the lower position of the balancer, in FIG. 2 - remote element 1 in FIG. 1, in FIG. 3 - downhole sucker rod pump unit in the upper position of the balancer, in FIG. 4 - remote element 1 in FIG. 3.

Скважинная штанговая насосная установка содержит станок - качалку с балансиром 1, колонну штанг 2, подвешенную к балансиру 1 посредством троса 3, и штанговращатель 4, рукоятка 5 которого соединена с балансиром 1 посредством гибкого элемента 6. Гибкий элемент 6 соединен с балансиром 1 на расстоянии L от оси 7 его качания, превышающем R - радиус головки балансира (экспериментально определено, что (L-R)/R = 1/12 - 1/6). Гибкий элемент 6 соединен с балансиром 1 посредством кронштейна 8, вдоль которого выполнены отверстия 9 для закрепления гибкого элемента с возможностью изменения расстояния L от оси 7 качания балансира 1. Вдоль рукоятки 5 штанговращателя 4 выполнены отверстия 10 для соединения гибкого элемента 6 с рукояткой 5 с возможностью изменения расстояния от оси 11 ее качания. The downhole sucker rod pump installation includes a rocking machine with a balancer 1, a rod string 2 suspended from the balancer 1 via a cable 3, and a rod rotator 4, the handle 5 of which is connected to the balancer 1 by means of a flexible element 6. A flexible element 6 is connected to the balancer 1 at a distance L from the axis 7 of its swing exceeding R is the radius of the head of the balancer (experimentally determined that (LR) / R = 1/12 - 1/6). The flexible element 6 is connected to the balancer 1 by means of a bracket 8, along which holes 9 are made for securing the flexible element with the possibility of changing the distance L from the swing axis 7 of the balancer 1. Along the handle 5 of the drawer 4, holes 10 are made for connecting the flexible element 6 with the handle 5 with the possibility of changes in the distance from the axis 11 of its swing.

Перед началом работы производят настройку угла поворота рукоятки 5 штанговращателя 4 в зависимости от длины хода колонны штанг 2 и типоразмера станка - качалки. Для этого один конец гибкого элемента 6 закрепляют в соответствующем отверстии 9 кронштейна 8, а другой - в соответствующем отверстии 10 рукоятки 5. Before starting work, the angle of rotation of the handle 5 of the drawer 4 is adjusted depending on the stroke length of the rod string 2 and the size of the machine - rocking chair. For this, one end of the flexible element 6 is fixed in the corresponding hole 9 of the bracket 8, and the other in the corresponding hole 10 of the handle 5.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом. Well sucker rod pump installation operates as follows.

При ходе вверх балансира 1 гибкий элемент 6, перемещаясь с большей скоростью, чем трос 3 подвески, тянет вверх рукоятку 5 штанговращателя 4, движение которой узлами штанговращателя 4 преобразуется в плавный поворот штанг 2 на всей длине хода балансира 1, обеспечивая их завинчивание. При этом гибкий элемент 6 перемещается практически в вертикальном направлении и обеспечивает работу штанговращателя 4 при любом угловом положении его рукоятки 5. When the balancer 1 moves upward, the flexible element 6, moving at a faster speed than the suspension cable 3, pulls up the handle 5 of the drawer 4, the movement of which by the drawbar 4 units is converted into a smooth rotation of the rods 2 over the entire length of the travel of the balancer 1, ensuring their screwing. In this case, the flexible element 6 moves almost in the vertical direction and ensures the operation of the rod-shifter 4 at any angular position of its handle 5.

Поворот штанг происходит при уменьшении длины троса 3 подвески и увеличивающемся его сопротивлении кручению, что исключает скручивание троса 3. The rotation of the rods occurs when the length of the suspension cable 3 decreases and its torsion resistance increases, which eliminates the twisting of the cable 3.

При обратном ходе балансира 1 поворота узлов штанговращателя 4, а следовательно, и относительного поворота штанг 2 не происходит. With the reverse stroke of the balancer 1 rotation of the nodes of the rod rotator 4, and consequently, the relative rotation of the rods 2 does not occur.

Таким образом, предлагаемая скважинная штанговая насосная установка работает в режиме, при котором увеличивается срок службы штанговращателя за счет обеспечения его плавной работы на всей длине хода балансира, а также исключается скручивание троса подвески при любых условиях эксплуатации (порывистом ветре, наклонно направленных и искривленных скважинах). Thus, the proposed borehole sucker-rod pumping unit operates in a mode in which the service life of the shunger increases due to its smooth operation over the entire length of the balancer travel, and the suspension of the suspension cable is excluded under any operating conditions (gusty wind, directional and curved wells) .

Claims (3)

1. Скважинная штанговая насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель, рукоятка которого соединена с балансиром посредством гибкого элемента, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира. 1. A downhole sucker rod pump installation comprising a rocking machine with a balancer, a rod string suspended from the balancer by means of a cable, and a rod rotator, the handle of which is connected to the balancer by means of a flexible element, characterized in that the flexible element is connected to the balancer at a distance from its swing axis exceeding the radius of the head of the balancer. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the flexible element is connected to the balancer with the possibility of changing the distance from its swing axis. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания. 3. Installation according to p. 1, characterized in that the flexible element is connected to the handle of the rod changer with the possibility of changing the distance from its swing axis.

Images