RU2367766C2 - Downhole pumping unit - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps, oil-and-gas production.

SUBSTANCE: invention relates to oil-and-gas production, namely to downhole pumping units. Proposed unit comprises bucket rods and pipes with threaded upsets. Note here that, to reduce the weight of bucket rod and pipe strings, on the outside of the latter bottles are fitted that incorporate 70 to 550 mm-dia.outer pipe and plugs filled with, for example, gaseous nitrogen or inert gas at 0.0001 to 188.4 MPa.

EFFECT: higher efficiency of plunger pumps, safe operation of pumps and pumps units.

6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к глубинным насосным установкам.The invention relates to the oil and gas industry, namely to deep pumping units.

Известна глубинная установка, которая содержит штанги и трубы с высаженными концами, на которых нарезана наружная и внутренняя резьба (см. Грей Форест. Добыча нефти. - М.: ЗАО «Олимп Бизнес», 2001. - с.230-240; Муравьев В.М., Середа Н.Г. Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971, - с.233; см. Сароян А.Е. Трубы нефтяного сортамента, справочник. М.: Недра, 1987, с.11-13).A well-known deep installation, which contains rods and pipes with upset ends, on which the external and internal threads are cut (see Gray Forest. Oil production. - M .: CJSC Olymp Business, 2001. - p.230-240; Muravyov V .M., Sereda N.G. Sputnik of the oil industry worker. - M .: Nedra, 1971, - p. 233; see Saroyan A.E. Pipes of the oil gauge, reference book. M: Nedra, 1987, p. 11-13 )

Из уровня техники известно выполнение бурильной колонны, состоящей из труб, на наружной поверхности которых установлены элементы плавучести (баллоны), внешний диаметр которых больше диаметра колонны, при этом элементы плавучести размещены по всей длине колонны труб от поверхности до дна моря, а в случае необходимости они могут устанавливаться и на внешней поверхности бурильных труб, размещенных в скважине, что обеспечивает снижение веса колонны (см., например, патент США 4059148, кл. E21B 7/21, опубл. 22.11.1977, с.13).It is known from the prior art to make a drill string consisting of pipes, on the outer surface of which buoyancy elements (cylinders) are installed, the outer diameter of which is larger than the diameter of the string, while buoyancy elements are placed along the entire length of the pipe string from the surface to the bottom of the sea, and, if necessary they can also be installed on the outer surface of drill pipes placed in the borehole, which reduces the weight of the string (see, for example, US Pat. No. 4,059,148, class E21B 7/21, publ. 11/22/1977, p.13).

Из US 7008141 В2 (кл. E21B 17/01, опубл. 07.03.2006, 11 с.) известно выполнение баллонов, которые заполняются газом с целью облегчения колонны труб.From US 7008141 B2 (class E21B 17/01, published 07.03.2006, 11 pp.) It is known the implementation of cylinders that are filled with gas in order to facilitate the pipe string.

Из RU 49879 U1 (кл. E21B 17/00, опубл. 10.12.2005, 7 с.) известна плавающая бурильная труба, в корпусе которой по всей длине выполнена кольцевая полость, заполненная воздухом, за счет чего вес трубы снижается.A floating drill pipe is known from RU 49879 U1 (class E21B 17/00, published December 10, 2005, 7 pp.), In the casing of which an annular cavity filled with air is made along the entire length, due to which the weight of the pipe is reduced.

Недостатками глубинной насосной установки являются:The disadvantages of the deep pump installation are:

- при спуске насоса и колонны насосно-компрессорных труб или плунжерной глубинной насосной установки и колонн штанг и труб в обсадные трубы на дно Северного ледовитого океана или дно моря на глубину 4000-15000 м и плюс глубину пробуренной скважины собственный вес штанг и труб превышает предел прочности стали, следовательно, происходит разрушение труб и резьбы в соединительных узлах, по этой причине ограничена рабочая глубина установки плунжерных насосов, которая составляет 650-2900 м, ограничен диаметр плунжера и наружный диаметр насоса и его производительность, а для электрических погружных многоступенчатых центробежных насосов рабочую глубину более 3000 м ограничивает температура нагрева электродвигателя.- when lowering the pump and the tubing string or plunger deep pumping unit and rod string and pipe casing to the bottom of the Arctic Ocean or the bottom of the sea to a depth of 4000-15000 m and plus the depth of the drilled well, the own weight of the rods and pipes exceeds the tensile strength steel, therefore, the destruction of pipes and threads in the connecting nodes, for this reason, the working depth of the installation of plunger pumps is limited, which is 650-2900 m, the diameter of the plunger and the outer diameter of the pump and its productivity, and for electrical submersible multistage centrifugal pumps working depth of over 3000 m of the motor limits the heating temperature.

- увеличивается нагрузка на детали станка-качалки и мощность электродвигателя для плунжерных насосов, в процессе работы глубинной насосной установки колонна штанг за счет потери устойчивости наносит удары по внутреннему каналу труб, что приводит к износу труб и штанг, а плунжер не успевает опуститься на полный рабочий ход насоса, следовательно, снижается производительность насоса.- the load on the pumping machine parts and the electric motor power for plunger pumps increases; during the operation of the deep pump installation, the rod string strikes the inner pipe channel due to loss of stability, which leads to wear of the pipes and rods, and the plunger does not have time to drop to full working the stroke of the pump, therefore, the pump performance is reduced.

Техническим результатом глубинной насосной установки является повышение производительности плунжерных погружных насосов за счет увеличения диаметра плунжера и обеспечения безопасной работы насоса и станков-качалок. Глубинная насосная установка содержит штанги и трубы, на высаженных концах которых нарезана резьба, отличающаяся тем, что с наружной стороны штанг и труб установлены баллоны, которые содержат наружную трубу диаметром 70-550 мм и заглушки, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа.The technical result of the deep pump installation is to increase the performance of plunger submersible pumps by increasing the diameter of the plunger and ensuring the safe operation of the pump and pumping units. The downhole pump installation contains rods and pipes, on the upset ends of which a thread is cut, characterized in that cylinders are installed on the outside of the rods and pipes, which contain an outer pipe with a diameter of 70-550 mm and plugs filled, for example, with nitrogen gas or inert gas under pressure of 0.0001-188.4 MPa.

На фиг.1, а, б, в, г показан общий вид штанг и труб с баллонами для глубинной насосной установки, а на фиг.1, д, е показан глубинный погружной многоступенчатый центробежный насос с приводом от электродвигателя на колонне труб с баллонами и глубинная насосная установка.Figure 1, a, b, c, d shows a general view of the rods and pipes with cylinders for an in-depth pump installation, and figure 1, e, e shows a deep submersible multistage centrifugal pump driven by an electric motor on a pipe string with cylinders and deep pumping unit.

Глубинная насосная установка содержит штанги 1 и трубы 2, с наружной стороны которых установлены баллоны 3, 4, которые имеют наружную трубу 5, 6 диаметром 70-550 мм и заглушки 7, 8, 9, 10, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа.The downhole pump installation contains rods 1 and pipes 2, on the outside of which cylinders 3, 4 are installed, which have an outer pipe 5, 6 with a diameter of 70-550 mm and plugs 7, 8, 9, 10, filled, for example, with nitrogen gas or inert gas under a pressure of 0.0001-188.4 MPa.

Максимальный диаметр внешней трубы баллона, равный 70-80 мм, определяется по внутреннему диаметру стандартной насосной трубы, равному 93 мм и 120 мм, минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной штанги, равному 22 мм, 25 мм, 32 мм и 42 мм.The maximum diameter of the outer tube of the cylinder, equal to 70-80 mm, is determined by the inner diameter of the standard pump tube, equal to 93 mm and 120 mm, the minimum diameter of the cylinder is determined by the outer diameter of the standard pump rod, equal to 22 mm, 25 mm, 32 mm and 42 mm .

Максимальный диаметр внешней трубы баллона, равный 450 мм, определяется по внутреннему диаметру стандартной обсадной трубы, расположенной в скважине, равному 500 мм, а минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной трубы, равному 112,5 мм и 137,5 мм. По мере увеличения глубины диаметр скважины уменьшается до 215,5 мм, 175,5 мм, 137,5 мм, следовательно, уменьшается и наружный диаметр внешней трубы баллона.The maximum diameter of the outer tube of the cylinder, equal to 450 mm, is determined by the inner diameter of the standard casing located in the well, equal to 500 mm, and the minimum diameter of the cylinder is determined by the outer diameter of the standard pump pipe, 112.5 mm and 137.5 mm. As the depth increases, the borehole diameter decreases to 215.5 mm, 175.5 mm, 137.5 mm, therefore, the outer diameter of the outer tube of the cylinder also decreases.

Наибольший диаметр, равный 550 мм, внешней трубы баллона, расположенного над устьем скважины в воде моря, определяется по внутреннему диаметру стандартной трубы, равному 600 мм, а минимальный диаметр баллона - по наружному диаметру стандартной насосной трубы, равному 112,5 мм и 137,5 мм.The largest diameter, equal to 550 mm, of the outer pipe of the cylinder located above the wellhead in the sea water, is determined by the internal diameter of the standard pipe, equal to 600 mm, and the minimum diameter of the cylinder, by the outer diameter of the standard pump pipe, equal to 112.5 mm and 137, 5 mm.

Максимальное давление газа в баллонах зависит от допускаемого давления газа на стандартные насосные трубы и свойств материала, которое составляет 188,5 МПа, а минимальное давление газа в баллонах зависит от глубины погружения насосной трубы.The maximum gas pressure in the cylinders depends on the permissible gas pressure on the standard pump pipes and the material properties, which is 188.5 MPa, and the minimum gas pressure in the cylinders depends on the immersion depth of the pump pipe.

Глубинная насосная установка работают следующим образом.The deep pumping unit operate as follows.

Многоступенчатый центробежный насос 11 (см. фиг.1, д) с электродвигателем 12, кабелем 13 и колонной труб 2 с баллонами 4, заполненными газом под давлением, опускается на глубину 3000 м в обсадные трубы 14, с наружной стороны которых установлены баллоны 15, заполненные газом под давлением. От двигателя-генератора электрический ток включает электродвигатель и центробежный насос, который по трубам с баллонами поднимает нефть на поверхность в накопительные емкости, установленные на плавающей платформе (не показаны).A multistage centrifugal pump 11 (see Fig. 1, e) with an electric motor 12, a cable 13 and a pipe string 2 with cylinders 4 filled with gas under pressure, is lowered to a depth of 3000 m in casing pipes 14, on the outside of which cylinders 15 are installed, filled with gas under pressure. From the engine generator, the electric current includes an electric motor and a centrifugal pump, which lifts oil to the surface through pipes with cylinders in storage tanks installed on a floating platform (not shown).

Плунжерный насос 16 (см. фиг.1, е) в собранном виде соединяют с колоннами штанг 1 с баллонами 3, например, цилиндрическо-конической формы и труб 2 с баллонами 4 и их одновременно опускают в обсадные трубы 14 с баллонами 15 на дно скважины в нефтяной слой на глубину до 20000 м и более. От двигателя-генератора электрический ток включает электродвигатель станка-качалки, который соединен со штангами 1 плунжером насоса 16. При перемещении вверх плунжер насоса поднимает нефть на поверхность в накопительные емкости, установленные на плавающей платформе (станок-качалка и накопительные емкости не показаны).The plunger pump 16 (see Fig. 1, f) is assembled connected to the columns of the rods 1 with cylinders 3, for example, of a cylindrical-conical shape and pipes 2 with cylinders 4 and at the same time they are lowered into the casing 14 with cylinders 15 to the bottom of the well into the oil layer to a depth of 20,000 m or more. From the motor generator, the electric current includes the electric motor of the rocking machine, which is connected to the rods 1 by the pump plunger 16. When moving up, the pump plunger lifts oil to the surface in storage tanks installed on a floating platform (rocking machine and storage tanks are not shown).

На водной поверхности моря или океана колонны штанг и труб насосов и обсадные трубы соединены с плавающей нефтяной платформой 17.On the water surface of the sea or ocean, columns of rods and pipes of pumps and casing are connected to a floating oil platform 17.

Использование баллонов на штангах и трубах позволяет опускать колонны труб, штанг с погружными насосами и колонну обсадных труб на глубину до 20000 м и более.The use of cylinders on the rods and pipes allows you to lower the pipe string, boom with submersible pumps and the casing string to a depth of 20,000 m or more.

Колонны штанг, труб насосов и колонны обсадных труб постоянно находятся в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды, поэтому растягивающая нагрузка в поперечном сечении штанг, труб насосов и обсадных труб и в резьбовых соединительных узлах от их собственного веса уменьшается, следовательно, гарантирована их длительная и безопасная работа в процессе эксплуатации нефтяных скважин.Columns of rods, pump pipes and casing strings are constantly stretched in the direction of the surface of the water, therefore, the tensile load in the cross section of rods, pipes of pumps and casing and in threaded connecting units is reduced by their own weight, therefore, their long and safe work during the operation of oil wells.

Кроме этого, в процессе работы станка-качалки снижается нагрузка на его детали и обеспечивается плавное перемещение плунжера насоса и штанг.In addition, during the operation of the pumping unit, the load on its parts is reduced and smooth movement of the pump plunger and rods is ensured.

Можно использовать станки-качалки с меньшей мощностью в электродвигателе и плунжерные насосы с большим диаметром по сравнению с известными, и следовательно, повысить их производительность.You can use rocking machines with less power in the electric motor and plunger pumps with a larger diameter in comparison with the known, and therefore, increase their productivity.

Claims (1)

Глубинная насосная установка, содержащая штанги и трубы, на высаженных концах которых нарезана резьба, отличающаяся тем, что с наружной стороны штанг и труб установлены баллоны, которые содержат наружную трубу диаметром 70-550 мм и заглушки, заполненные, например, газообразным азотом или инертным газом под давлением 0,0001-188,4 МПа. An in-depth pump installation containing rods and pipes, on the upset ends of which a thread is cut, characterized in that cylinders are installed on the outside of the rods and pipes, which contain an outer pipe with a diameter of 70-550 mm and plugs filled, for example, with nitrogen gas or inert gas under a pressure of 0.0001-188.4 MPa.

Images