RU2353805C1 - Well rod depth pump plant - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: plant is designed for application in production of viscous, highly viscous and light oil. The plant comprises pump cylinder, two hollow moving plungers - lower and upper. Upper part of pump cylinder is connected to column of pump-compressor pipes by means of coupling. Lower part of pump cylinder is connected by means of coupling to pump filter. Inside cylinder there are two pressure valves. Lower valve has increased flow passage and is adjustable. Upper valve is not adjustable. Upper and lower plungers are connected by means of semi-rod and by means of pressure valve units. Upper plunger is connected to column of rods by means of hollow stem. External diametre of stem is less than internal diametre of plunger, which is retained on top and bottom by orifices with holes and upper valve unit. Lower end of pump cylinder has suction valve fixed to it, which consists of truncated cone, drain rod with thread threaded on cone, which is fixed by pins to prevent it from rotation.

EFFECT: increased pump delivery rate, column service life, achievement of pump operation stability.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике механизированной добычи нефти, а именно к скважинным штанговым глубинно-насосным установкам, и может быть использовано при добыче вязких, высоковязких и легких нефтей.The invention relates to the technique of mechanized oil production, namely, downhole sucker rod pumping units, and can be used in the production of viscous, highly viscous and light oils.

Известна 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, и подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер малого и большого диаметров, причем всасывающий клапан установлен в плунжере большого диаметра, длина ступени плунжера большого диаметра равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большого диаметра, ступень цилиндра большого диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана (Патент РФ №2161268, F04B 47/00, 2002 г.).A well-known sucker rod installation containing columns of pump pipes and rods, a cylinder with steps mounted on top of each other of different diameters, two hollow plungers with suction and discharge valves, interconnected and with a load located outside the cavity of the tubing, and movably located in cylinder with the formation of working chambers of small and large diameters, the suction valve installed in the plunger of large diameter, the length of the step of the plunger of large diameter is equal to the stroke length of the plungers, the load one-dimensional in diameter and connected with the lower part of the large-diameter plunger, the large-diameter cylinder stage is equipped with a filter located coaxially with the cargo with side holes whose cross-sectional area is larger than the cross-sectional area of the discharge valve openings (RF Patent No. 2161268, F04B 47/00, 2002 .).

Однако известная установка не позволяет достичь того, чтобы газ, содержащийся в нефти, не уменьшал коэффициент подачи насоса, а также исключить утечки добываемой нефти через плунжерную кору и устранить явление зависания колонны штанг при движении вниз, приводящих к обрыву или отвороту штанг.However, the known installation does not allow to achieve that the gas contained in the oil does not reduce the pump flow rate, and also to prevent leakage of produced oil through the plunger bark and to eliminate the phenomenon of freezing of the rod string when moving downward, leading to the breakage or flap of the rods.

Известна 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 (НКТ), подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер малого и большого диаметров, причем всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большого диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большого 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 большого диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большого диаметра, ступень цилиндра большого диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана (Патент РФ №2175402, F04B 47/00, 2001 г.).Known sucker rod pump installation containing columns of pump pipes and rods, a cylinder with mounted one above the other steps of different diameters, two hollow plungers with suction and discharge valves, interconnected and with a load placed outside the cavity of the tubing, located in the cylinder with the formation of working chambers of small and large diameters, moreover, the suction and discharge valves are installed in the plunger of large diameter and are made one-dimensional, and the cavity in the plunger of large diameter the meter between the valves communicates with the cavity formed by the cylinders of two stages, by means of holes located 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 large plunger to the joint is equal to the stroke length of the plungers, the load is made one-dimensional diameter and connected with the lower part of the large diameter plunger, the stage of the large diameter cylinder is equipped with a filter located coaxially with the cargo with side holes, whose cross-section is larger than the cross-sectional area of the discharge valve openings (RF Patent No. 2175402, F04B 47/00, 2001).

Однако в известной установке при ее использовании газ, содержащийся в нефти, не дает возможности уменьшить коэффициент подачи насоса. Наблюдается явление зависания колонны штанг при движении вниз, что приводит к обрыву штанг, а значит, низка производительность насоса, велик расход электроэнергии, велик расход деэмульгаторов.However, in the known installation, when used, the gas contained in the oil does not make it possible to reduce the pump flow coefficient. There is a phenomenon of freezing of the rod string when moving down, which leads to the breakage of the rods, which means that the pump performance is low, power consumption is high, demulsifiers are high.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является скважинная штанговая глубинно-насосная установка, содержащая нижний и верхний цилиндры разного диаметра, два полых перемещающихся плунжера, верхний - малого, нижний - большого диаметров, всасывающий и нагнетающий клапаны, причем верхний конец плунжера малого диаметра соединен с колонной штанг при помощи переходника с отверстиями, а его нижний конец соединен при помощи переходника с полой штангой, связанной со штоком объемной муфтой, выполненной в виде переходника с отверстиями, в полости которой выше отверстий расположен шариковый клапан, причем шток проходит через полость нижнего плунжера большего диаметра, а его нижняя часть выполнена с расширяющимся конусообразным утолщением и выполняет с нижним концом плунжера большого диаметра функцию всасывающего и нагнетательного клапана, при этом колонна насосно-компрессорных труб соединена с верхом верхнего цилиндра замковой опорой, а с верхом нижнего цилиндра муфтой, к нижнему концу нижнего цилиндра муфтой крепится фильтр с боковыми отверстиями, на полой штанге между объемной муфтой и нижним плунжером большего диаметра установлена шайба с отверстиями, а в верхней части и в середине нижнего плунжера большего диаметра установлены шайбы - ограничители отклонения штока с отверстиями, а на его нижнем конце внешней поверхности - насадка.The closest in technical essence and the achieved effect is a borehole sucker-rod pumping unit containing the lower and upper cylinders of different diameters, two hollow moving plungers, the upper - small, lower - large diameters, suction and discharge valves, and the upper end of the small diameter plunger is connected with a column of rods using an adapter with holes, and its lower end is connected using an adapter with a hollow rod connected to the rod by a volume coupling made in the form of an adapter with holes, in the cavity of which a ball valve is located above the holes, the rod passes through the cavity of the lower plunger of larger diameter, and its lower part is made with an expanding conical thickening and performs the function of a suction and discharge valve with the lower end of the plunger of large diameter, while the compressor pipes are connected to the top of the upper cylinder by a lock support, and with the top of the lower cylinder by a clutch, a filter with side holes is attached to the lower end of the lower cylinder by a clutch Ola rod coupling between the bulk and the lower plug is set larger diameter washer with holes, and in the upper part and in the middle of the lower plunger of greater diameter mounted washers - rod deflection limiters with openings and at the lower end of the outer surface - nozzle.

В варианте исполнения установки нижний плунжер большего диаметра выполнен из эластичного материала (Патент РФ №2247864, F04B 47/00, 2005 г.) К недостаткам известной установки можно отнести то, что недостаточно велики коэффициент подачи насоса и стабильность работы насоса при добыче жидкости с высоким содержанием газа и механических примесей.In an embodiment of the installation, the lower plunger of a larger diameter is made of elastic material (RF Patent No. 2247864, F04B 47/00, 2005). The disadvantages of the known installation include the fact that the pump delivery coefficient and the pump operation stability are not large when liquid is produced with high gas and solids content.

Задачей настоящего изобретения является создание скважинной штанговой глубинно-насосной установки с увеличенным коэффициентом подачи насоса, позволяющим колонне штанг работать в растянутом состоянии, что приводит к увеличению срока службы колонны штанг и уменьшению износа деталей насоса; достигается стабильность работы насоса.The objective of the present invention is to provide a borehole sucker-rod pumping unit with an increased pump delivery coefficient, allowing the rod string to work in a stretched state, which increases the life of the rod string and reduces the wear of pump parts; stability of the pump is achieved.

Поставленная изобретением задача решается так, что в скважинной штанговой глубинно-насосной установке, содержащей цилиндр насоса, два полых перемещающихся плунжера, нагнетательный клапан, соединительные муфты, фильтр с боковыми отверстиями и шток, верхняя часть цилиндра насоса соединяется с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты и нижняя часть цилиндра насоса соединяется посредством муфты с фильтром насоса, имеющим боковые отверстия, внутри цилиндра насоса имеется два плунжера: нижний и верхний, и два нагнетательных клапана, нижний клапан имеет увеличенное проходное сечение и является регулируемым, а верхний клапан нерегулируемый; верхний и нижний плунжеры соединены полуштангой и посредством нагнетательных клапанных узлов; верхний плунжер соединен с колонной штанг посредством полого штока, наружный диаметр которого намного меньше, чем внутренний диаметр плунжера; верхний плунжер сверху и снизу удерживается шайбами с отверстиями и верхним клапанным узлом, на нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из усеченного конуса, сливного штока с резьбой, навернутого на конус, который для удержания от вращения крепится стержнями.The problem posed by the invention is solved in such a way that in a downhole sucker-rod pumping unit containing a pump cylinder, two hollow moving plungers, a discharge valve, couplings, a filter with side openings and a rod, the upper part of the pump cylinder is connected to the tubing string by means of a coupling and the lower part of the pump cylinder is connected by means of a coupling to the pump filter having side openings, inside the pump cylinder there are two plungers: the lower and upper, and two discharge valves Apana, the lower valve has an increased flow area and is adjustable, and the upper valve is unregulated; the upper and lower plungers are connected by a half-rod and by means of pressure valve assemblies; the upper plunger is connected to the rod string by means of a hollow rod, the outer diameter of which is much smaller than the inner diameter of the plunger; the upper plunger is held from above and below by washers with holes and an upper valve assembly; at the lower end of the pump cylinder there is a suction valve consisting of a truncated cone, a threaded drain rod screwed onto a cone, which is fastened with rods to prevent rotation.

В варианте исполнения в скважинной штанговой глубинно-насосной установке плунжеры насоса изготовлены из упругоэластичного материала, нижний нагнетательный и седло всасывающего клапанов изготовлены из упругоэластичного материала, а верхний нагнетательный и верхняя часть всасывающего клапанов изготовлены из нержавеющего металла.In an embodiment, in a downhole sucker rod pump installation, the plungers of the pump are made of an elastic material, the lower discharge and the seat of the suction valve are made of an elastic material, and the upper discharge and upper part of the suction valve are made of stainless metal.

На чертеже представлена схема скважинной штанговой глубинно-насосной установки. Установка (Фиг.1) содержит цилиндр насоса 5, соединенный в верхней части посредством муфты 3 с колонной насосно-компрессорных труб и штанг 1, в нижней части посредством муфты 14 с фильтром 15, имеющим боковые отверстия.The drawing shows a diagram of a downhole sucker rod pumping unit. The installation (Fig. 1) comprises a pump cylinder 5 connected in the upper part by means of a coupling 3 to a tubing string and rods 1, in the lower part by means of a coupling 14 with a filter 15 having side openings.

Внутри цилиндра насоса 5 имеется два полых плунжера - верхний 6 и нижний 9, и два нагнетательных клапана - верхний 8 и нижний 11, который является регулируемым и надежен при откачке жидкости любой вязкости с содержанием абразивных примесей и сероводорода; он имеет увеличенное проходное сечение, что приводит к уменьшению гидравлического сопротивления, обусловленного перепадом давления в клапане насоса. Верхний нагнетательный клапан 8 в сборе может быть изготовлен из нержавеющего металла твердого сплава, например, ВК6-В и является нерегулируемым.Inside the cylinder of the pump 5 there are two hollow plungers - the upper 6 and lower 9, and two discharge valves - the upper 8 and lower 11, which is adjustable and reliable when pumping liquids of any viscosity containing abrasive impurities and hydrogen sulfide; it has an enlarged flow area, which leads to a decrease in hydraulic resistance due to the pressure drop in the pump valve. The upper discharge valve 8 assembly may be made of stainless metal of a hard alloy, for example, VK6-B, and is unregulated.

Верхний и нижний плунжеры соединены посредством полуштанги 10 и клапанных узлов 8 и 11.The upper and lower plungers are connected by means of a half-rod 10 and valve assemblies 8 and 11.

Верхний плунжер соединен с колонной штанг 2 посредством полого штока 7, наружный диаметр которого намного меньше, чем внутренний диаметр плунжера насоса. Верхний плунжер сверху и снизу удерживается с помощью шайбы 4 с отверстиями и верхним клапанным узлом 8.The upper plunger is connected to the rod string 2 by a hollow rod 7, the outer diameter of which is much smaller than the inner diameter of the pump plunger. The upper plunger at the top and bottom is held with a washer 4 with holes and an upper valve assembly 8.

На нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из верхней части 12, седла 13, стержня 16, штока 17. Верхняя часть клапана имеет форму усеченного конуса и может быть сделана из нержавеющего металла твердого сплава ВК6-В. На усеченный конус навернуты сливной шток 17 с резьбой и два металлических стержня 16, удерживающие усеченный конус от вращения. При подъеме НКТ отворачивается сливной шток 17 и НКТ поднимается без жидкости. Такие клапаны имеют большие проходные сечения, что способствует улучшению заполнения цилиндра насоса, и к тому же они не подвергаются коррозии.At the lower end of the pump cylinder there is a suction valve, consisting of the upper part 12, seat 13, rod 16, rod 17. The upper part of the valve has the shape of a truncated cone and can be made of stainless steel VK6-B hard alloy. A drain rod 17 with a thread and two metal rods 16 are screwed onto the truncated cone, holding the truncated cone from rotation. When lifting the tubing, the drain rod 17 is turned away and the tubing rises without fluid. Such valves have large flow sections, which helps to improve the filling of the pump cylinder, and besides, they are not subject to corrosion.

Оба плунжера, нижний нагнетательный клапан и седло всасывающего клапана могут быть изготовлены из упругоэластичного материала.Both plungers, the lower discharge valve and the seat of the suction valve can be made of elastic material.

Скважинная штанговая глубинно-насосная установка работает следующим образом.Downhole sucker rod pumping unit operates as follows.

При ходе плунжеров вверх закрываются нагнетательные клапана 6, 9, 8, 11 и открывается всасывающий клапан 13, происходит поступление жидкости в нижнюю часть цилиндра насоса. Жидкость, находящаяся под верхним плунжером, поднимается по колонне НКТ вверх. Под действием давления жидкости происходит расширение плунжеров и плотное прилегание к внутренней стенке цилиндра насоса, в результате отсутствуют утечки через зазор плунжер - цилиндр насоса. При ходе плунжеров вниз закрывается всасывающий клапан 13, открываются нагнетательные клапаны 8, 11, происходит поступление жидкости через полый шток в колонну НКТ. При этом нагрузка на колонну штанг, способствующая погружению в вязкую среду, создается массой столба жидкости на разность площадей сечений плунжера и полого штока, что приводит к устранению продольного изгиба нижней части колонны штанг.When the plungers move upward, the discharge valves 6, 9, 8, 11 are closed and the suction valve 13 opens, and liquid enters the lower part of the pump cylinder. The fluid under the upper plunger rises up the tubing string. Under the influence of fluid pressure, the plungers expand and fit snugly against the inner wall of the pump cylinder, as a result, there are no leaks through the clearance of the plunger - pump cylinder. When the plungers move down, the suction valve 13 closes, the discharge valves 8, 11 open, and fluid flows through the hollow rod into the tubing string. In this case, the load on the rod string, which contributes to immersion in a viscous medium, is created by the mass of the liquid column by the difference in the cross-sectional area of the plunger and hollow rod, which eliminates the longitudinal bending of the lower part of the rod string.

Создаваемая нагрузка весом столба жидкости обеспечивает работу колонны штанг в режиме растяжения. В результате уменьшается количество подземных ремонтов скважин из-за выхода из строя колонны штанг и увеличивается коэффициент подачи насоса за счет уменьшения периодической деформации колонны штанг.The created load by the weight of the liquid column ensures the operation of the rod string in tension mode. As a result, the number of underground well repairs due to failure of the rod string is reduced, and the pump flow rate is increased by reducing the periodic deformation of the rod string.

Заявленная установка имеет ряд преимуществ:The claimed installation has several advantages:

- при работе насосной установки колонна штанг работает в растянутом состоянии, что приводит к увеличению коэффициента подачи насоса до 50% и к увеличению срока службы колонны штанг;- during operation of the pump installation, the rod string operates in a stretched state, which leads to an increase in the pump delivery coefficient up to 50% and to an increase in the life of the rod string;

- улучшается герметичность между плунжером и цилиндром насоса, что исключает попадание механических частиц в зазор плунжер - цилиндр, за счет чего уменьшается износ цилиндра;- improves the tightness between the plunger and the cylinder of the pump, which eliminates the ingress of mechanical particles into the gap of the plunger - cylinder, thereby reducing wear on the cylinder;

- плунжеры, нагнетательные клапаны и седло всасывающего клапана не подвергаются коррозии в любых агрессивных средах;- plungers, discharge valves and the seat of the suction valve do not corrode in any aggressive environments;

- достигается стабильность работы насоса при добыче жидкости с высоким содержанием газа и механических примесей;- achieved the stability of the pump during the production of liquids with a high content of gas and solids;

- снижается гидравлическое сопротивление, обусловленное перепадом давления в клапане насоса, что приводит к увеличению коэффициента наполнения цилиндра насоса и уменьшению амплитуды нагрузок на колонну штанг.- reduced hydraulic resistance due to the pressure drop in the pump valve, which leads to an increase in the fill factor of the pump cylinder and a decrease in the amplitude of the loads on the rod string.

Claims (4)

1. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка, содержащая цилиндр насоса, два полых перемещающихся плунжера, нагнетательный клапан, соединительные муфты, фильтр с боковыми отверстиями, шток, отличающаяся тем, что верхняя часть цилиндра насоса соединяется с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты и нижняя часть цилиндра насоса соединена посредством муфты с фильтром насоса, имеющим боковые отверстия, внутри цилиндра насоса имеется два плунжера - нижний и верхний - и два нагнетательных клапана, причем нижний клапан имеет увеличенное проходное сечение и является регулируемым, а верхний клапан нерегулируемый, верхний и нижний плунжеры соединены полуштангой и посредством нагнетательных клапанных узлов, верхний плунжер соединен с колонной штанг посредством полого штока, наружный диаметр которого меньше чем внутренний диаметр плунжера, верхний плунжер сверху и снизу удерживается шайбами с отверстиями и верхним клапанным узлом, на нижнем конце цилиндра насоса расположен всасывающий клапан, состоящий из усеченного конуса, сливного штока с резьбой, навернутого на конус, который для удержания от вращения крепится стержнями.1. A downhole sucker-rod pump installation comprising a pump cylinder, two hollow moving plungers, a discharge valve, couplings, a filter with side openings, a rod, characterized in that the upper part of the pump cylinder is connected to the tubing string by means of a coupling and a lower the part of the pump cylinder is connected by means of a coupling to the pump filter having side openings; inside the pump cylinder there are two plungers - the lower and upper - and two discharge valves, the lower valve having The enlarged bore is adjustable, and the upper valve is unregulated, the upper and lower plungers are connected by a half-rod and by means of pressure valve assemblies, the upper plunger is connected to the rod string by a hollow rod, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the plunger, the upper plunger is held on top and bottom with washers with holes and an upper valve assembly, at the lower end of the pump cylinder there is a suction valve consisting of a truncated cone, a threaded drain rod, In order to cone which for holding the rods against rotation is mounted. 2. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что плунжеры насоса изготовлены из упругоэластичного материала.2. The downhole sucker-rod pumping unit according to claim 1, characterized in that the plungers of the pump are made of an elastic material. 3. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что нижний нагнетательный и седло всасывающего клапанов изготовлены из упругоэластичного материала.3. The downhole sucker-rod pumping apparatus according to claim 1, characterized in that the lower discharge and the seat of the suction valve are made of elastic material. 4. Скважинная штанговая глубинно-насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что верхний нагнетательный и верхняя часть всасывающего клапанов изготовлены из нержавеющего металла. 4. The downhole sucker-rod pumping apparatus according to claim 1, characterized in that the upper discharge and upper part of the suction valves are made of stainless metal.