FR2783560A1 - Hydraulic actuation of double lift pumps arranged round well to serve as extraction pump for use in onshore and offshore petroleum production - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les unités hydrauliques de surface servantThe present invention relates to surface hydraulic units serving
à actionner une pompe verticale alternative, en particulier une pompe d'extraction souterraine disposée au fond d'un puits d'extraction, notamment d'un puits de production pétrolier, dans les cas o le fluide à produire ne peut de lui même sortir du puits à cause d'une pression de fond inférieure à la pression hydrostatique que génère la colonne de ce même actuating an alternative vertical pump, in particular an underground extraction pump arranged at the bottom of an extraction well, in particular of an oil production well, in cases where the fluid to be produced cannot of itself leave the well because of a bottom pressure lower than the hydrostatic pressure generated by the column of this same
fluide jusqu'à la surface.fluid to the surface.
Habituellement de telles installations de pompage se composent d'une pompe d'extraction à piston descendue à l'intérieur du puits à une profondeur déterminée. Le corps de la pompe est solidaire du tubing de production. Le piston est mobile et relié à l'unité d'actionnement disposée en surface ou sur une plate-forme offshore, par des tiges vissées les unes aux autres. Ce genre de pompage est souvent à clapets. La course du piston et la cadence sont fonction de la capacité de débit du puits et Usually such pumping installations consist of a piston extraction pump lowered inside the well to a determined depth. The pump body is integral with the production tubing. The piston is mobile and connected to the actuation unit arranged on the surface or on an offshore platform, by rods screwed together. This kind of pumping is often with valves. The piston stroke and the rate depend on the flow capacity of the well and
des caractéristiques du fluide à produire. characteristics of the fluid to be produced.
Plusieurs types d'unités d'actionnement de surface sont actuellement en service notamment: * le type à balancier entraîné par un système mécanique à engrenage et qui confère au balancier solidaire du train de pompage un mouvement uniforme vertical, mouvement au cours duquel la vitesse de montée et de descente est toujours égale. * le type à vérin hydraulique, dont le piston accouplé à la tringlerie de la pompe d'extraction souterraine par l'intermédiaire d'une tige polie, coulisse sous l'action d'une centrale hydraulique de puissance associée, dans un cylindre fixé lui même verticalement sur la tête de puits par l'intermédiaire d'une bride presse étoupe; La tige polie se trouvant alternativement et dans le fluide de puissance et Several types of surface actuation units are currently in service, in particular: * the pendulum type driven by a mechanical gear system and which gives the pendulum integral with the pumping train a uniform vertical movement, movement during which the speed of ascent and descent is always equal. * the type with hydraulic cylinder, whose piston coupled to the linkage of the underground extraction pump via a polished rod, slides under the action of a hydraulic power station of associated power, in a cylinder fixed to it even vertically on the well head via a cable gland flange; The polished rod being alternately and in the power fluid and
dans le fluide du puits.in the well fluid.
La centrale de puissance permet de pouvoir modifier indépendamment l'une et l'autre la vitesse de remontée et de The power plant allows you to independently modify the ascent speed and
descente du piston.lowering the piston.
L'invention présentée a pour objectif de réaliser une unité d'actionnement de surface à un ou plusieurs vérins hydrauliques positionnés à coté et/ou autour de la tête de puits, actionnée par une centrale d'énergie associée, qui permet: * la libre intervention sur le train de pompage, * l'interchangeabilité immédiate avec une unité à balancier, * la facilité de mise en place et de retrait, * la réduction de la hauteur du vérin grâce au système doubleur de course, * la facilité d'accès aux presses étoupe de la tige polie ainsi qu'à celui ou ceux du ou des pistons * de supprimer un possible contact entre le fluide de puissance et le fluide du puits, O la manoeuvre du train de tiges de pompage en cas d'incident sur celui-ci sans avoir recours à une unité spécialisée, * de pouvoir améliorer les performances de production de The objective of the invention presented is to produce a surface actuation unit with one or more hydraulic cylinders positioned next to and / or around the well head, actuated by an associated power station, which allows: intervention on the pumping train, * immediate interchangeability with a pendulum unit, * ease of installation and removal, * reduction of the height of the jack thanks to the stroke doubling system, * ease of access with the cable glands of the polished rod as well as that or those of the piston (s) * to eliminate a possible contact between the power fluid and the fluid of the well, O the operation of the pumping rod train in the event of an incident on without using a specialized unit, * to be able to improve the production performance of
fluides lourds et visqueux.heavy and viscous fluids.
On a déjà présenté des unités de pompage hydraulique dont la centrale était conçue pour récupérer une partie de l'énergie potentielle pendant la descente des vérins et la stocker dans un accumulateur oléo- pneumatique dans lequel la pompe d'injection refoule pendant la descente du piston et aspire Hydraulic pumping units have already been presented whose central unit was designed to recover part of the potential energy during the descent of the jacks and store it in an oleopneumatic accumulator in which the injection pump delivers during the descent of the piston. and sucks
pendant le refoulement vers le piston. during delivery to the piston.
L'invention a aussi pour objet de présenter le système doubleur de course comme une innovation dans l'action alternative de The invention also aims to present the race doubling system as an innovation in the alternative action of
surface de pompage aux tiges.pumping surface on rods.
Il reprend le principe suivant lequel une ligne fixe d'un côté, libre de l'autre côté, passant par un axe se mouvant perpendiculairement par rapport à la ligne, tout mouvement de va et vient de l'axe entraîne un mouvement double du côté libre de la ligne.( FIGURE 9) vue de face Avantageusement dans le cas de l'invention proposée, cette technique est appliquée à une unité d'actionnement hydraulique de surface telle que décrite ci-après suivant la figure n 1 It takes up the principle according to which a fixed line on one side, free on the other side, passing through an axis moving perpendicularly with respect to the line, any movement back and forth from the axis leads to a double movement on the side free from the line. (FIGURE 9) front view Advantageously in the case of the proposed invention, this technique is applied to a surface hydraulic actuation unit as described below according to FIG. 1
vue de face.front view.
Un vérin (101) est posé à côté de la tête de puits (113) dans un fourreau (106) fixé sur une plaque de base (108), elle même solidarisée à la tête de puits (113) et calée par la structure (117). Un portique (103) surmonte le piston (102) du vérin (101). Ce portique est muni de deux roues, qui peuvent être A jack (101) is placed next to the well head (113) in a sheath (106) fixed on a base plate (108), itself secured to the well head (113) and fixed by the structure ( 117). A gantry (103) surmounts the piston (102) of the jack (101). This gantry is equipped with two wheels, which can be
galets ou poulies(103.1), qui débordent de chaque côté. rollers or pulleys (103.1), which extend on each side.
Une ligne (104), chaîne ou câble, fixée à une extrémité (107) sur la plaque de base (108) passe par dessus le portique (103) par l'intermédiaire des roues (galet ou poulie) (103.1) et se fixe sur un étrier (118), bloqué sur la tige polie (110) A line (104), chain or cable, fixed at one end (107) on the base plate (108) passes over the gantry (103) via the wheels (roller or pulley) (103.1) and is fixed on a stirrup (118), locked on the polished rod (110)
solidaire du train de pompage.secured to the pumping train.
Quand le piston (102) du vérin (101)alimenté par le fluide de puissance en provenance de la centrale hydraulique (figure n0 3) à travers la ligne d'alimentation (115), est animé d'un mouvement ascendant ou descendant, ce même mouvement est transmis multiplié par deux par l'intermédiaire de la ligne When the piston (102) of the jack (101) supplied by the power fluid coming from the hydraulic unit (figure n0 3) through the supply line (115), is animated by an upward or downward movement, this same movement is transmitted multiplied by two via the line
(104) à la tige polie (110) solidaire du train de pompage. (104) to the polished rod (110) integral with the pumping train.
Le presse étoupe (105) du vérin (101) ainsi que le presse étoupe (109) de la tige polie (110) sont parfaitement accessibles. Les mouvements ascendants et descendants du piston (102) du vérin (101) sont contrôlés par les détecteurs de fin The cable gland (105) of the jack (101) as well as the cable gland (109) of the polished rod (110) are perfectly accessible. The up and down movements of the piston (102) of the jack (101) are controlled by the end detectors
de course (116-116.1).racing (116-116.1).
Une variante à la plaque de base (207) se compose d'une structure (501) posée à côté de la tête de puits (113) par dessus la cave (400) et supportant l'unité d'actionnement A variant to the base plate (207) consists of a structure (501) placed next to the well head (113) over the cellar (400) and supporting the actuation unit
hydraulique (figure n 5) vue de dessus. hydraulics (figure n 5) seen from above.
Avantageusement une variante à l'unité d'actionnement hydraulique présentée dans la figure n 1 est réalisée par l'accouplement de plusieurs vérins (101) agissant ensembles dont la ligne de traction individuelle est fixée à une Advantageously, a variant to the hydraulic actuation unit presented in FIG. 1 is produced by the coupling of several jacks (101) acting together, the individual traction line of which is fixed to a
structure solidaire de la tige polie (figure n 2)vue de face. integral structure of the polished rod (Figure 2) seen from the front.
Plusieurs vérins (101), (3 dans la figure n 2), sont posés en triangle à égale distance les uns des autres et de l'axe du puits, chacun dans un fourreau (106) posé lui-même sur la plaque de base (207), elle-même solidarisée à la tête de puits Several cylinders (101), (3 in FIG. 2), are placed in a triangle at equal distance from each other and from the axis of the well, each in a sleeve (106) itself placed on the base plate (207), itself secured to the well head
(113) calée par les entretoises (208). (113) wedged by the spacers (208).
Les trois vérins (101) sont reliés entre eux au sommet de leur corps par une structure (214). Un portique (103) surmonte le piston (102) de chaque vérin (101). Ces portiques sont reliés The three jacks (101) are interconnected at the top of their body by a structure (214). A gantry (103) surmounts the piston (102) of each cylinder (101). These gantries are connected
entre eux par une structure (215) (figure n 8) Vue de dessus. between them by a structure (215) (figure n 8) View from above.
Ces portiques (103) sont chacun munis de deux roues (galet ou poulie)(103.1) qui débordent de chaque côté. Chaque ligne (104), chaîne ou câble, est fixée à une extrémité (107) sur la plaque de base (207), passe par dessus le portique (103) qui surmonte le piston (102) du vérin (101), par l'intermédiaire des roues (galets ou poulies), et va se fixer en un angle de la table (213) qui supporte elle-même la tige polie (110) par l'intermédiaire d'un étrier (211). Les vérins (101) sont alimentés simultanément en fluide de puissance par l'intermédiaire de la centrale hydraulique associée (figure no 3). Le fonctionnement est identique à celui de l'unité simple These gantries (103) are each provided with two wheels (roller or pulley) (103.1) which project on each side. Each line (104), chain or cable, is fixed at one end (107) on the base plate (207), passes over the gantry (103) which surmounts the piston (102) of the jack (101), by l 'intermediate of the wheels (rollers or pulleys), and will be fixed at an angle to the table (213) which itself supports the polished rod (110) via a stirrup (211). The cylinders (101) are simultaneously supplied with power fluid through the associated hydraulic power unit (Figure 3). Operation is identical to that of the single unit
vérin (figure n 1) déjà décrite. cylinder (figure n 1) already described.
Une variante à la plaque de base (207) se compose d'une structure (figure n 4) posée autour de la tête de puits (113) par dessus la cave (400) et supportant l'ensemble de l'unité A variant to the base plate (207) consists of a structure (figure n 4) placed around the well head (113) over the cellar (400) and supporting the entire unit
d'actionnement hydraulique à plusieurs vérins. hydraulic actuation with several cylinders.
L'invention a aussi pour objet de réaliser une centrale hydraulique de puissance qui permette outre la récupération d'énergie potentielle pendant la descente du ou des pistons du ou des vérins, de nouvelles améliorations telles que décrites dans le fonctionnement ci-après suivant la figure n 3).Vue de dessus. La pompe principale (301,302) à débit qui peut être fixe, aspire dans le réservoir (319), par l'intermédiaire de la conduite (311) et refoule par l'intermédiaire de la conduite (312) munie d'un clapet anti retour (310) en permanence dans au The object of the invention is also to provide a hydraulic power station which allows, in addition to the recovery of potential energy during the descent of the piston or pistons of the jack (s), further improvements as described in the operation below according to the figure. n 3). Top view. The main pump (301,302) with a flow which can be fixed, sucks in the tank (319), via the pipe (311) and discharges via the pipe (312) fitted with a non-return valve. (310) permanently in at
moins un accumulateur oléo-pneumatique (303). minus an oleo-pneumatic accumulator (303).
C'est à partir de celui-ci que le fluide de puissance par l'intermédiaire d'un régulateur de débit (307) et d'une électro vanne de distribution à plusieurs voies (306), commandée à travers le coffret de distribution (320) lequel reçoit les informations des capteurs (116) de fin de course du ou des pistons (102) du ou des vérins (101) par la ligne de puissance électrique (322) et aussi par un régulateur de temps d'injection (309), est dirigé sur le ou les vérins (101) par la conduite d'alimentation (221). La vanne à plusieurs voies (306) organise en fonction des informations reçues le mouvement de va et vient du ou des pistons (102). Elle est aussi pilotée si on veut changer la longueur de la course par un régulateur de temps d'injection (309) qui remplace le capteur de fin de course haute du ou des pistons (102). Le retour du fluide de puissance pendant le descente du ou des pistons (101) est dirigé par l'électro vanne à plusieurs voies (306) par l'intermédiaire de la conduite (314) à travers un régulateur de débit (307.1) sur un moteur hydraulique (304) qui actionne une pompe (305). Cette pompe aspire dans le réservoir (319) par l'intermédiaire de la conduite (316) et refoule par l'intermédiaire de la conduite (312.1) munie d'un clapet anti retour (310) dans l'accumulateur oléopneumatique (303). A la sortie du moteur hydraulique (304) le fluide est dirigé par l'intermédiaire de la conduite (315) vers un aéro réfrigèrent It is from this that the power fluid via a flow regulator (307) and a multi-way solenoid valve (306), controlled through the distribution box ( 320) which receives the information from the limit switches (116) of the piston (s) (102) of the cylinder (s) (101) by the electric power line (322) and also by an injection time regulator (309 ), is directed on the jack (s) (101) by the supply line (221). The multi-way valve (306) organizes the reciprocating movement of the piston (s) (102) as a function of the information received. It is also controlled if you want to change the length of the stroke by an injection time regulator (309) which replaces the upper limit switch of the piston (s) (102). The return of the power fluid during the descent of the piston (s) (101) is directed by the multi-way solenoid valve (306) via the line (314) through a flow regulator (307.1) on a hydraulic motor (304) which actuates a pump (305). This pump sucks in the tank (319) via the pipe (316) and delivers it via the pipe (312.1) fitted with a non-return valve (310) in the oleopneumatic accumulator (303). At the outlet of the hydraulic motor (304) the fluid is directed via the line (315) to an air cooler
(317) et de là dans le réservoir (319). (317) and from there into the tank (319).
Le régulateur de débit (307) règle le débit du fluide de puissance vers le ou les vérins (101), et de ce fait règle la vitesse de montée du ou des pistons (102). Le régulateur de débit (307.1) règle le débit du fluide de puissance en provenance du ou des vérins (101) pendant la descente du ou des The flow regulator (307) adjusts the flow of power fluid to the cylinder (s) (101), and thereby adjusts the rate of rise of the piston (s) (102). The flow regulator (307.1) regulates the flow of the power fluid from the cylinder (s) (101) during the descent of the cylinder (s)
pistons (102) et de ce fait règle la vitesse de descente. pistons (102) and thereby adjusts the rate of descent.
Le régulateur de temps de débit (309) est utilisé pour faire varier la longueur de la course du ou des pistons (102). Il est couplé par le coffret de distribution (320) à l'électro vanne (306) et déclenche son fonctionnement suivant le temps d'injection choisi. Quant il est utilisé il occulte la fonction du détecteur de fin de course haute (116); celui-ci restant en The flow time regulator (309) is used to vary the length of the stroke of the piston (s) (102). It is coupled by the distribution box (320) to the solenoid valve (306) and triggers its operation according to the chosen injection time. When used, it obscures the function of the upper limit switch (116); this one remaining in
activité se trouve en position de sécurité de fin de course. activity is in the end position safety position.
L'invention a aussi pour objet d'apporter une solution à partir de l'unité hydraulique d'actionnement alternative de surface déjà décrite, au problème de pénétration du piston de la pompe d'extraction de fond et du mouvement du train de tige dans un The object of the invention is also to provide a solution, from the hydraulic alternative surface actuation unit already described, to the problem of penetration of the piston of the bottom extraction pump and of the movement of the rod train in a
fluide lourd et visqueux (figure n 6) Vue de face. heavy and viscous fluid (figure n 6) Front view.
Avantageusement le fonctionnement de l'unité d'actionnement alternatif de surface est couplé par l'intermédiaire de la pompe d'extraction à piston de fond (601) à laquelle on a retiré le clapet anti retour de pied et qui est reliée par l'intermédiaire d'une colonne de tubes (602) dite d'injection à un cylindre (606) dans lequel coulisse un piston libre (605); la base de ce cylindre possédant une ouverture. Ce cylindre est contenu dans une capacité (603) qui présente à la base une ouverture munie d'un clapet anti retour (607) et qui débouche dans le puits. Ici parallèlement (un autre arrangement peut se présenter sous une forme concentrique) à la colonne de tubes (602-604) une autre colonne (608) dite de production, relie directement la capacité (603) à la surface. Cette colonne de tube (608) possède une clapet anti retour (609) au départ de la capacité (603). La colonne de tubes (604- 602) est remplie, du piston libre (605) à la centrale de puissance annexe (figure 7), par un fluide qui présente les meilleures caractéristiques Advantageously, the operation of the alternative surface actuation unit is coupled by means of the bottom piston extraction pump (601) to which the foot check valve has been removed and which is connected by the intermediate a column of tubes (602) called injection to a cylinder (606) in which slides a free piston (605); the base of this cylinder having an opening. This cylinder is contained in a capacity (603) which has at the base an opening provided with a non-return valve (607) and which opens into the well. Here parallel (another arrangement can be in a concentric form) to the column of tubes (602-604) another column (608) called production, directly connects the capacity (603) to the surface. This tube column (608) has a non-return valve (609) at the start of the capacity (603). The column of tubes (604-602) is filled, from the free piston (605) to the auxiliary power station (Figure 7), with a fluid which has the best characteristics
pour le fonctionnement de la pompe d'extraction de fond (600). for the operation of the bottom extraction pump (600).
Quand un mouvement ascendant du piston (601) de la pompe d'extraction de fond (600) est généré par l'unité hydraulique d'actionnement de surface, il se crée un appel de fluide au niveau du piston (605) donc une dépression qui fait reculer le Ledit piston dans le cylindre (606) laissant entrer par l'ouverture (607) le fluide du puits. Les volumes intérieurs du cylindre (606) et de la pompe d'extraction de fond (600) peuvent être différents. Les deux pompes fonctionnent en tandem. Le mouvement inverse du piston libre (605) est généré par une centrale de puissance annexe (figure 7)Vue de face.Le piston libre,peut être remplacé par une vessie dont l'augmentation et la diminution de volume serait générés par When an upward movement of the piston (601) of the bottom extraction pump (600) is generated by the hydraulic surface actuation unit, a fluid call is created at the piston (605) therefore a vacuum which causes the said piston to move back into the cylinder (606) letting the fluid from the well enter through the opening (607). The interior volumes of the cylinder (606) and the bottom extraction pump (600) may be different. The two pumps operate in tandem. The reverse movement of the free piston (605) is generated by an auxiliary power station (Figure 7) Front view. The free piston can be replaced by a bladder whose increase and decrease in volume would be generated by
les mêmes mouvements de la pompe de fond. the same movements of the bottom pump.
Cette centrale est conçue sur le même principe que la centrale This power plant is designed on the same principle as the power plant
de puissance (figure 3) de l'unité d'actionnement de surface. power (Figure 3) of the surface actuation unit.
Une pompe (703) à débit, qui peut être fixe, entraînée par un moteur associé (702) aspire le fluide prévu pour le A flow pump (703), which can be fixed, driven by an associated motor (702) sucks the fluid intended for the
fonctionnement dans un réservoir (701) par la conduite (710). operation in a tank (701) via the pipe (710).
La pompe (703) refoule en permanence ce fluide dans au moins un accumulateur oléo-pneumatique (704) par l'intermédiaire de la conduite (711) qui possède un clapet anti retour (707). C'est à partir de l'accumulateur (704) que le fluide de puissance par l'intermédiaire du régulateur de débit (705) et de l'électro vanne à plusieurs voies (706), pilotée à travers le coffret de distribution (320) de la centrale de puissance de l'unité d'actionnement de surface (figure 3), lequel reçoit les informations des capteurs de fin de course (116) du ou des pistons (102) du ou des vérins (101), est dirigé par la conduite (610) dans la colonne d'injection (604-602) pendant la The pump (703) constantly delivers this fluid to at least one oleo-pneumatic accumulator (704) via the line (711) which has a non-return valve (707). It is from the accumulator (704) that the power fluid via the flow regulator (705) and the multi-way solenoid valve (706), controlled through the distribution box (320 ) of the power unit of the surface actuation unit (FIG. 3), which receives the information from the limit switches (116) of the piston (s) (102) of the cylinder (s) (101), is directed through the line (610) in the injection column (604-602) during the
descente du piston (601) de la pompe d'extraction (600). lowering of the piston (601) of the extraction pump (600).
Le fluide injecté dans la colonne (604-602) repousse devant lui le piston libre (605) qui pousse à son tour le fluide de production emmagasiné dans l'espace qu'il a laissé libre en se retirant. Ce fluide de production bloqué par le clapet anti retour (607) se dirige par la colonne de production (608) jusqu'en surface. Le rôle du clapet anti retour (609) est d'empêcher le fluide de production d'envahir la capacité (606) pendant le cycle d'aspiration du piston (605).Le même scénario se produit avec une pompe a vessie,qui se dilate sous l'action du fluide injecté,et refoule le fluide du puits vers la The fluid injected into the column (604-602) pushes the free piston (605) in front of it, which in turn pushes the production fluid stored in the space it left free by withdrawing. This production fluid blocked by the non-return valve (607) is directed by the production column (608) to the surface. The role of the non-return valve (609) is to prevent the production fluid from invading the capacity (606) during the suction cycle of the piston (605). The same scenario occurs with a bladder pump, which is expands under the action of the injected fluid, and expels the fluid from the well towards the
colonne de production (608).production column (608).
Le fluide de puissance de la pompe à piston libre tourne en circuit fermé: de la centrale (figure n 7) à la colonne de tubing (602-604) et retour sur la centrale (figure n 7). Aucun contact n'a lieu entre ce fluide et celui qui actionne le ou The power fluid of the free piston pump rotates in a closed circuit: from the central unit (figure n 7) to the tubing column (602-604) and back to the central unit (figure n 7). No contact takes place between this fluid and that which actuates the or
les vérins de la centrale (figure n 3). the central unit cylinders (figure n 3).
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- 1998-09-23 FR FR9812115A patent/FR2783560B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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