RU2175402C1 - Sucker-rod pumping plant - Google Patents

Abstract

FIELD: oil producing industry; viscous oil production. SUBSTANCE: plant has pump with two-step cylinder accommodating two hollow plungers of different diameters which are connected to each other, thus forming working chambers. Lower step of plunger has weight installed outside the pump lower than its intake part. Distance between upper end of larger diameter plunger and place of cylinder coupling is equal to length of plunger stroke. Reliability of socker-rod pumping unit is improved owing to reduction of hydrodynamic losses by provision of synchronous movement of pumped out liquid and rod string in direction at upwards movement and elimination of rod hanging up. EFFECT: improved reliability of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти и может быть использовано при добыче вязких нефтей. The invention relates to techniques for mechanized oil production and can be used in the production of viscous oils.

Известна штанговая насосная установка (а.с. SU N 896254, F 04 В 47/02, 1982 г. ), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр насоса с двумя ступенями разного диаметра, два полых плунжера разного диаметра, связанных между собой и колонной насосных штанг и расположенных подвижно в ступенях цилиндра с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров. Камера большего диаметра связана через обратный клапан с затрубным пространством. При откачке вязких пластовых жидкостей рабочая камера большего диаметра сообщена с рабочей камерой меньшего диаметра через дополнительные обратные клапаны. Надежность работы такой установки низкая в силу того, что при откачке вязких жидкостей затруднен ход штанговой колонны вниз. Кроме того, противоток жидкости при ходе колонны штанг вниз способствует возрастанию сил вязкого трения. Большое количество клапанов на ступени большего диаметра насоса приводит к снижению надежности работы установки в целом. A well-known sucker rod installation (AS SU N 896254, F 04 B 47/02, 1982), containing columns of pump tubes and rods, a pump cylinder with two stages of different diameters, two hollow plungers of different diameters, interconnected and a string of pump rods and located movably in the steps of the cylinder with the formation of working chambers of smaller and larger diameters. A larger diameter chamber is connected through a check valve to the annulus. When pumping out viscous formation fluids, a larger working chamber is in communication with a smaller working chamber through additional check valves. The reliability of this installation is low due to the fact that when pumping viscous liquids it is difficult to move the rod string down. In addition, the counterflow of fluid during the course of the column of rods down contributes to an increase in viscous friction forces. A large number of valves at the stages of a larger pump diameter leads to a decrease in the reliability of the installation as a whole.

Известна штанговая насосная установка (патент RU N 2059883, F 04 В 47/00, 1996 г.), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой двумя ступенями разного диаметра, два полых плунжера, связанных между собой и колонной насосных штанг, расположенных в цилиндре с образованием камер меньшего и большего диаметра; при этом всасывающий клапан размещен в плунжере меньшего диаметра. Установка снабжена ступенчатым грузом, связанным с нижней частью плунжера малого диаметра, при этом плунжер большего диаметра тоже выполнен ступенчатым. Хотя в конструкции прототипа снабжение плунжера малого диаметра грузом повышает эффективность работы насоса, однако то, что нагнетание жидкости на дневную поверхность происходит при ходе штанговой колонны вниз, вызывает встречное направление движения колонны штанг и жидкости, что приводит к возрастанию сил сопротивления и зависанию колонны штанг. Кроме того, отсутствие защитных приспособлений на приеме насоса увеличивает возможность отказа насоса из-за попадания механических примесей в его полость. Known sucker rod pump installation (patent RU N 2059883, F 04 В 47/00, 1996), containing columns of pump pipes and rods, a cylinder with two stages of different diameters installed one above the other, two hollow plungers connected between themselves and the pump column rods located in the cylinder with the formation of chambers of smaller and larger diameter; while the suction valve is placed in the plunger of a smaller diameter. The installation is equipped with a stepped load connected with the lower part of the small diameter plunger, while the larger diameter plunger is also stepped. Although in the design of the prototype the supply of a small diameter plunger with a load increases the efficiency of the pump, however, the fact that the injection of liquid onto the day surface occurs when the rod string moves down causes a counter direction of movement of the rod string and liquid, which leads to an increase in resistance forces and the rod string to freeze. In addition, the lack of protective devices at the pump intake increases the possibility of pump failure due to mechanical impurities entering its cavity.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности эксплуатации и надежности штанговой насосной установки снижением гидродинамических потерь путем обеспечения синхронного по направлению движения откачиваемой жидкости и колонны штанг при движении вверх, устранения явления зависания колонны штанг при движении вниз. The objective of the invention is to increase the efficiency of operation and reliability of the sucker rod pump unit by reducing hydrodynamic losses by providing synchronized in the direction of movement of the pumped liquid and the rod string when moving up, to eliminate the phenomenon of freezing of the rod string when moving down.

Это достигается тем, что в штанговой насосной установке, содержащей колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера разного диаметра с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большего диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения цилиндров равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу, с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана. This is achieved by the fact that in a sucker rod pump installation containing columns of pump tubes and rods, a cylinder with steps of different diameters mounted one above the other, two hollow plungers of different diameters with suction and discharge valves, connected to each other and to a load placed outside the pump compressor pipes movably located in the cylinder with the formation of working chambers of smaller and larger diameters, the suction and discharge valves are installed in the plunger of a larger diameter and are made one-dimensional, and the strips l in the plunger of larger diameter between the valves communicates with the cavity formed by the cylinders of two stages using openings between the valves, the cross-sectional area of which is larger than the cross-sectional area of the valves, while the distance from the upper end of the plunger of larger diameter to the junction of the cylinders is equal to the stroke length of the plungers, the load is made one-dimensional in diameter and connected with the lower part of the larger diameter plunger, and the cylinder step of the larger diameter is equipped with a filter located coaxially about cargo, with side openings, the cross-sectional area of which is greater than the cross-sectional area of the openings of the discharge valve.

На чертеже представлена схематически штанговая насосная установка. Груз 1 установлен вне полости насосно-компрессорных труб и соединен с нижней частью плунжера большего диаметра 2. Всасывающий клапан 3 размещен в нижней части плунжера большего диаметра, а нагнетательный клапан 4 размещен в верхней его части. Плунжер малого диаметра 5 размещен над нагнетательным клапаном 4 и соединен патрубком 6 с плунжером большего диаметра 2. Под нагнетательным клапаном 4 в стенке плунжера 2 выполнены отверстия 7, связывающие полость плунжера 2 с надплунжерным пространством 9. В нижней части насоса расположен приемный фильтр 8. The drawing shows a schematic sucker rod pump installation. The load 1 is installed outside the cavity of the tubing and is connected to the lower part of the plunger of larger diameter 2. The suction valve 3 is located in the lower part of the plunger of larger diameter, and the discharge valve 4 is located in its upper part. A small diameter plunger 5 is placed above the discharge valve 4 and is connected by a pipe 6 to a larger diameter plunger 2. Under the discharge valve 4, holes 7 are made in the wall of the plunger 2, connecting the cavity of the plunger 2 with the plunger space 9. At the bottom of the pump, a receiving filter 8 is located.

Штанговая насосная установка работает следующим образом. При ходе плунжера вверх всасывающий клапан 3 закрывается под действием избыточного давления в полости цилиндра между плунжерами, а нагнетательный клапан 4 открывается, поток жидкости движется вверх по ходу колонны штанг со скоростью, обеспечиваемой добываемым объемом нефти. При ходе вниз нагнетательный клапан 4, расположенный под малым плунжером, закрывается за счет возникающего в полости между плунжерами разрежения, а всасывающий клапан 3 открывается за счет давления на приеме насоса, жидкость, поступая через приемный фильтр 8, заполняет надплунжерное пространство цилиндра 9. Груз 1, находящийся вне полости подъемного лифта, облегчает движение плунжера и колонны штанг вниз в вязких средах. При этом жидкость, находящаяся в насосно-компрессорных трубах, всем объемом перемещается вниз по ходу движения штанг. Так как груз расположен вне полости насосно-компрессорных труб и выполнен одноразмерным, то отсутствует трение груза о стенки насосно-компрессорных труб, не перекрывается его сечение и значительно снижается гидродинамическое трение, что приводит к увеличению минимальной нагрузки на колонну, то есть снижению амплитуды нагрузок, уменьшению потребления электроэнергии. Rod pump installation works as follows. When the plunger moves up, the suction valve 3 closes under the action of excess pressure in the cylinder cavity between the plungers, and the discharge valve 4 opens, the fluid flow moves upstream of the rod string at the speed provided by the oil volume produced. During the downward stroke, the discharge valve 4, located under the small plunger, closes due to the vacuum that occurs in the cavity between the plungers, and the suction valve 3 opens due to the pressure at the pump inlet, the liquid entering through the intake filter 8 fills the overplunger space of cylinder 9. Load 1 located outside the cavity of the elevator, facilitates the movement of the plunger and rod string down in viscous media. In this case, the liquid in the tubing moves with the whole volume down along the rods. Since the load is located outside the cavity of the tubing and is made one-dimensional, there is no friction of the load on the walls of the tubing, its cross section does not overlap and the hydrodynamic friction is significantly reduced, which leads to an increase in the minimum load on the string, that is, a decrease in the load amplitude, reduce energy consumption.

Технико-экономические преимущества предлагаемого решения заключаются в повышении надежности установки и экономичности в работе за счет снижения гидродинамических потерь, обеспечения синхронного по направлению движения жидкости и колонны штанг при движении вверх. Technical appraisal and economic advantages of the proposed solution are to increase the reliability of the installation and efficiency in operation by reducing hydrodynamic losses, ensuring synchronous in the direction of movement of the liquid and the rod string when moving up.

Claims (1)

Штанговая насосная установка, содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно-компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего и большего диаметров, отличающаяся тем, что всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большего диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней, с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу, с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана. A sucker rod pump installation containing columns of pump tubes and rods, a cylinder with stages of different diameters mounted one above the other, two hollow plungers with suction and discharge valves, interconnected and with a load located outside the cavity of the tubing, movably located in the cylinder with the formation of working chambers of smaller and larger diameters, characterized in that the suction and discharge valves are installed in the plunger of a larger diameter and are made one-dimensional, and the cavity in the plunger of a larger the diameter between the valves communicates with the cavity formed by the cylinders of two stages, using holes located between the valves, the cross-sectional area of which is greater than the cross-sectional area of the valves, while the distance from the upper end of the larger plunger to the joint is equal to the stroke length of the plungers, the load is made one-dimensional diameter and is connected with the lower part of the plunger of larger diameter, and the stage of the cylinder of larger diameter is equipped with a filter located coaxially with the load, with side holes, the cross-sectional area of which is greater than the cross-sectional area of the openings of the discharge valve.