NL8301690A

NL8301690A - OIL SOURCE, A PISTON PUMP AND PUMP ROD ASSEMBLY THEREFOR, AND A METHOD FOR DAMPING PRESSURE IMPACT INTO SUCH SOURCE.

Info

Publication number: NL8301690A
Application number: NL8301690A
Authority: NL
Original assignee: Geoffrey Ferguson Towner En Jo
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB2119866A; AU1424383A; GB8312108D0; DE3317239A1

Description

* Λ* Λ

Lac 6186 \Lac 6186 \

Oliebron, een daarvoor bestemde zuigerpomp en pompstangsamenstel, en een werkwijze voor het dempen van drukstoten in een dergelijke bron. _________________________________Oil well, a dedicated piston pump and sucker rod assembly, and a method of damping pressure pulses in such a well. _________________________________

In de Verenigde Staten van Amerika en ook elders worden talrijke oliebronnen bediend met een of andere vorm van kunstmatige opvoer. Het grootste deel van de bronnen met kunstmatige opvoer gebruikt pompstangpompen.In the United States of America and elsewhere, numerous oil wells are served with some form of artificial lift. Most of the artificial lift wells use sucker rod pumps.

5 Het pompstangstelsel is eenvoudig, en vormt de meest aan trekkelijke werkwijze voor kunstmatige opvoer, die in olievelden beschikbaar is. Ongelukkigerwijs leidt de slagwerking ervan tot periodieke spanningen in de pompstangen. De met periodieke spanningen samenhangende moeilijkheden nemen toe met toenemende diepte.5 The pump rod assembly is simple, and is the most attractive artificial lift method available in oil fields. Unfortunately, its impact results in periodic stresses in the sucker rods. The difficulties associated with periodic stresses increase with increasing depth.

10 Ondanks het gebruik van pompstangen, die in overeenstemming met de zwaarste eisen zijn vervaardigd, en het gebruik van staal met grote treksterkte, blijven deze moeilijkheden bestaan.10 Despite the use of sucker rods manufactured to the highest standards and the use of high tensile steel, these difficulties persist.

In pompstangen kan breuk optreden, en dit is meestal het gevolg van vermoeiingsverschijnselen, zoals uitvoerig is besproken 15 in een artikel van Spencer E. Duke, "Stress - The Bane of Sucker Bods", in Drilling (1981, 07) 170.Breakage may occur in sucker rods, and this usually results from fatigue phenomena, as discussed in detail 15 in an article by Spencer E. Duke, "Stress - The Bane of Sucker Bods," in Drilling (1981, 07) 170.

Deze publikatie noemt middelen voor het verminderen van de kans op vermoeidheidsbreuk in een pompstang-pompinstallatie.This publication discloses means for reducing the risk of fatigue failure in a sucker rod pumping installation.

Daarbij wordt aangetoond, dat voor elke minimale spanning de maxL-20 male spanning niet die waarde mag overschrijden, die volgt uit een gewijzigd Goodman-diagram voor een bepaalde stanghoedanigheid. Deze werkwijze vereist het meten van de maximale stangbelasting (P.P.B.L.) en de minimale stangbelasting (M.P.B.L.). De meting van deze waarden met behulp van een dynamometer in een bestaande installatie is be-25 trekkelijk eenvoudig. Een nauwkeurige berekening van de te verwachten belastingen in een voorgestelde installatie is daarentegen ui-» terst moeilijk. Een kleine onderschatting van de maximale of minimale belasting kan tot voortijdige breuk leiden, in het bijzonder in het geval van diepe bronnen.It is also shown that for any minimum voltage, the maxL-20 male voltage should not exceed that value, which follows from a modified Goodman diagram for a given rod quality. This method requires measuring the maximum rod load (P.P.B.L.) and the minimum rod load (M.P.B.L.). Measurement of these values by means of a dynamometer in an existing installation is relatively simple. On the other hand, an accurate calculation of the expected loads in a proposed installation is extremely difficult. A small underestimation of the maximum or minimum load can lead to premature breakage, especially in the case of deep wells.

30 De pompstangpomp is in hoofdzaak een buis met een pers pomp aan het ene einde, die een vloeistof daardoorheen kan drijven.The sucker rod pump is essentially a tube with a press pump at one end that can drive a liquid therethrough.

Aan de onderzijde van het pompsamenstel, waar de pompstang kortstondig stilstaat, draagt de stang het gewicht van de vertikale vloeistofkolom, en bovendien het gewicht van het pompsamenstel.At the bottom of the pump assembly, where the pump rod is stationary for a short time, the rod carries the weight of the vertical column of liquid, as well as the weight of the pump assembly.

8301690 * * - 2 -8301690 * * - 2 -

Tijdens de opgaande pompslag wordt de belasting vermeerderd met de kracht, die nodig is om de gehele vloeistofkolom en de pompstangen te versnellen en de wrijvingsweerstand, die bij de voorwaartse verplaatsing van de vloeistof ontstaat, te overwinnen. Nabij het bo-5 veneinde van de pompslag wordt de kolom vertraagd, en vermindert de kracht op de pompstang dienovereenkomstig. Tijdens de neerwaartse slag staat de vloeistofkolom nagenoeg stil, daar de olie door een klep in de zuiger kan stromen.During the ascending pump stroke, the load is increased by the force required to accelerate the entire fluid column and pump rods and overcome the frictional resistance created by the forward displacement of the fluid. Near the top of the pump stroke, the column is decelerated, and the force on the sucker rod decreases accordingly. During the downstroke, the fluid column is almost stationary, as the oil can flow through a valve in the piston.

' Elke verandering in de snelheid van de vloeistof geeft i ' 10 voorts aanleiding tot een drukverandering. Deze drukverandering wordt met de snelheid van het geluid door de vloeistof voortgeplant. De drukgolf wordt herhaaldelijk teruggekaatst, totdat deze door wrijving of absorptie is uitgeput·Any change in the velocity of the liquid further gives rise to a pressure change. This change in pressure is propagated through the liquid at the speed of sound. The pressure wave is reflected repeatedly until exhausted by friction or absorption

Wanneer de zuiger naar boven begint te bewegen, oefent 15 deze een druk uit op het naburige vloeistofoppervlak in de opvoer-buis, welk vloeistofoppervlak met de zuiger begint te bewegen. Het boveneinde van de vloeistofkolom is dan nog in rust, en blijft in rust totdat de door de zuiger ingeleide drukgolf het boveneinde van de kolom heeft bereikt. Onder de inwerking van de drukverande-20 ring is de inhoud van de oliekolom veranderd· De kolom is in de stalen opvoerbuis opgesloten, welke buis althans nagenoeg volledig stijf is. De inhoudsverandering uit zich derhalve geheel als een lengteverandering van de oliekolom. Zelfs een geringe snelheids-verandering binnen de kolom kan een aanmerkelijk elastische druk-25 verandering teweegbrengen. De elastische drukoverdracht vormt echte golven, die aan een open buiseinde negatief, en aan een gesloten buiseinde positief worden teruggekaatst. In elk beschouwd punt van de buis zal de druk gelijk zijn aan de som van de statische druk en de algebraïsche som van de op dat tijdstip in de beide bewegings-50 zinnen dit punt voorbijlopende drukgolven. Zodra deze golven zijn opgewekt, bewegen deze opwaarts en neerwaarts in een gesloten baan met afnemende sterkte, totdat de energie van de golf geheel is opgebruikt .When the piston starts to move upwards, it exerts pressure on the adjacent liquid surface in the lift tube, which liquid surface starts to move with the piston. The top of the liquid column is then still at rest, and remains at rest until the pressure wave initiated by the piston has reached the top of the column. Under the action of the pressure change, the contents of the oil column have changed. The column is enclosed in the steel lift tube, which tube is at least substantially rigid. The change in content therefore manifests itself entirely as a change in the length of the oil column. Even a slight change in velocity within the column can cause a significant elastic pressure change. The elastic pressure transfer forms real waves, which are reflected positively at an open pipe end and positively reflected at a closed pipe end. In each point of the tube considered, the pressure will be equal to the sum of the static pressure and the algebraic sum of the pressure waves passing by this point in both motion 50 sentences. Once these waves have been generated, they move up and down in a closed path of decreasing strength until the energy of the wave has been used up.

Het is uiterst moeilijk de grootte van de maximale en 55 minimale druk, die in enig punt van de kolom kan optreden, te schatten.It is extremely difficult to estimate the magnitude of the maximum and minimum pressures that may occur at any point in the column.

Zelfs bij een matige snelheidsverandering van de pomp-zuiger treedt er een aanmerkelijke toeneming in de periodieke belasting op. De maximale belasting van de pompstangen wordt vermeer- 8301690 4 Λ - 3 - derd met de vloeistofdrukken,die de zuigerverplaatsing tijdens de opwaartse slag tegenwerken, en wordt op dezelfde wijze tijdens de neerwaartse,slag verminderd· Dit vergroot de kans op vermoeidheids-breuk zeer aanmerkelijk· In uiterste gevallen, waarin de piek van 5 de elastische drukgolf dicht bij de periode van de pompslagwerking ligt, kunnen de elastische drukgolven van opeenvolgende pompslagen elkaar versterken, en snel tot een volstrekt vernietigende grootte toenemen·Even with a moderate change in speed of the pump-piston, a significant increase in the periodic load occurs. The maximum load on the sucker rods is increased by the fluid pressures, which counteract the piston displacement during the upstroke, and is similarly reduced during the downstroke · This greatly increases the risk of fatigue fracture Significantly · In extreme cases, where the peak of the elastic pressure wave is close to the period of the pumping action, the elastic pressure waves of successive pumping strokes may amplify each other, rapidly increasing to an utterly destructive size ·

Een dergelijk vraagstuk is niet tot de olienijverheid be-10 perkt. Een overeenkomstig vraagstuk werd reeds lang geleden ervaren in afvoerleidingen van rechtstreeks werkende stoompompen, waarmede water in grote gietijzeren waterleidingen voor levering aan afgelegen plaatsen werd geperst. Daarbij bleek, dat deze leidingen onder de samengestelde belasting van versnellingskrachten en elas-15 tische krachten kunnen barsten. In dit geval werd het vraagstuk opgelost door een drukgasvat nabij de afvoerklep van de pomp in de buisleiding op te nemen. Door deze oplossing werden nagenoeg alle periodieke belastingen, zowel versnellingsbelastingen als elastische belastingen, nagenoeg opgeheven· Dergelijke uitvoeringen worden 20 thans ook in de olienijverheid toegepast, zoals beschreven in een artikel van Val Martin (Greer Hydraulics Inc.), "How to Take the Bumps out of Pumps'1 in Drilling (1981, Oh) 90·Such an issue is not limited to the oil industry. A similar problem has long been experienced in drains of direct acting steam pumps, with which water was pressed into large cast iron water pipes for delivery to remote locations. It was found that these pipes can burst under the composite load of acceleration forces and elastic forces. In this case, the problem was solved by including a pressure gas vessel near the discharge valve of the pump in the pipeline. This solution virtually eliminated periodic loads, both acceleration loads and elastic loads. Such designs are now also used in the oil industry, as described in an article by Val Martin (Greer Hydraulics Inc.), "How to Take the Bumps out of Pumps'1 in Drilling (1981, Oh) 90

Verder zijn elastische krachten in bovengrondse buislei-dingen al op vele wijzen verminderd of opgeheven. Zo zijn bijvoor-25 beeld drukontspanningskleppen in punten, waarvan men weet dat er hoge ^ drukken kunnen optreden, aangebracht, terwijl in punten van bekende lage druk luchtkleppen zijn geplaatst. In plaats van luchtkleppen wordt ook wel,een waterketel gebruikt, waarin het waterpeil met behulp van een vlotter wordt geregeld, welke ketel wordt gevuld met 30 behulp van een buis met geringe middellijn, die een terugslagklep overbrugt. Vanneer de druk daalt, wordt de terugslagklep geopend, en kan water in de hooSleidlng stromen. Voorts worden stootonder-drukkers of dempers bij zuigerpompen toegepast. Mits inrichtingen van deze soort in de juiste punten zijn opgesteld, en in die stand 35 een aangepaste werking hebben, kunnen daarmede met goed gevolg elastische spanningen worden weggenomen.Furthermore, elastic forces in above-ground pipelines have already been reduced or canceled in many ways. For example, pressure relief valves are provided in points which are known to have high pressures, while air valves are placed in points of known low pressure. Instead of air valves, a water kettle is also used, in which the water level is regulated by means of a float, which kettle is filled with a tube with a small diameter, which bridges a non-return valve. When the pressure drops, the non-return valve is opened and water can flow into the pipe. Furthermore, shock suppressors or dampers are used with piston pumps. Provided that devices of this kind are arranged in the correct points and have an adapted action in that position, elastic stresses can thereby be successfully removed.

In de oliebronpompnijverheid is reeds op verschillende wijzen gepoogd de spanningen in pompstangen te beperken. Zo is ia sommige gevallen de middellijn van de pompzuiger verkleind om de 8301690 ♦ c - k - opbrengst voor een bepaalde snelheid te beperken, de statische stangspanning te verminderen, en een grotere periodieke spannings-wisseling op te nemen.Various attempts have already been made in the oil well pumping industry to limit the stresses in pump rods. For example, in some cases the diameter of the pump piston has been reduced to limit the 8301690 ♦ c - k flow for a given speed, to reduce the static rod tension, and to accommodate a greater periodic voltage change.

Een andere beandering omvat het gebruik van sterk gepo-5 lijste pompstangen met grote middellijn uit een staal met zeer grote trekspanning, en met een bijzondere vorm en vervaardigingswijze, teneinde ervoor te zorgen, dat geen bijkomende spanningsverdich-tingen kunnen optreden, zoals bijvoorbeeld bij veranderingen van de doorsnede of tengevolge van buiging in gekromde stangen.Another modification involves the use of highly polished, large diameter pump rods of very high tensile steel, and with a special shape and manufacturing method, to ensure that no additional stress densities can occur, such as, for example, with changes of section or due to bending in curved rods.

10 Verder is reeds voorgesteld de versnelling te begrenzen, en daardoor ook de versnellingskrachten. Om dezelfde opbrengst te handhaven vereist dit een veel grotere slaglengte en een ingewikkeld mechanisme om de duur van de neerwaartse slag te verkorten. Er moet met nadruk op worden gewezen, dat versnellingskrachten slechts een 15 deel van het vraagstuk vormen, en dat elastische krachten slechts afhangen van de grootte van de snelheidsverandering, en niet van de snelheid van de snelheidsverandering (d.w.z. de versnelling).Furthermore, it has already been proposed to limit the acceleration, and therefore also the acceleration forces. To maintain the same yield it requires a much longer stroke length and a complicated mechanism to shorten the down stroke duration. It should be emphasized that accelerating forces are only part of the problem, and that elastic forces depend only on the magnitude of the speed change, and not on the speed of the speed change (i.e., acceleration).

De uitvinding verschaft een verbetering in een oliebron, die een pompstangstelsel omvat, waarmede de opgewekte elastische 20 golven op een snelle wijze kunnen worden onderdrukt, en wel snel genoeg om de aanvankelijke hogedrukstoot tenminste gedeeltelijk op te nemen, en het daaropvolgende lagedrukdal te verminderen.The invention provides an improvement in an oil well that includes a pump rod assembly, which can suppress the generated elastic waves in a rapid manner, quickly enough to at least partially accommodate the initial high pressure surge, and reduce the subsequent low pressure drop.

De uitvinding verschaft een oliebron, die bestaat uit een opvoerbuis, aan het benedeneinde waarvan een pompcylinder is 25 bevestigd, een heen en weer beweegbare oliepomp met een binnen de pompcylinder gelegen zuiger, een pompstangstreng, die zich vanaf het maaiveld neerwaarts naar de zuiger uitstrekt, en dient voor het heen en weer bewegen van de zuiger, middelen voor het periodiek opheffen van de pompstangstreng, een hervulbare stootdempingskamer, 30 die zodanig is gelegen en opgesteld, dat deze open is voor de oliedruk onmiddellijk boven de zuiger, en middelen voor het toevoeren van gas onder druk in de stootdempingskamer.The invention provides an oil well, which consists of a lift tube, at the lower end of which a pump cylinder is attached, a reciprocating oil pump with a piston located inside the pump cylinder, a sucker rod string which extends down from the ground level to the piston, and serves to reciprocate the piston, means for periodically lifting the sucker rod string, a refillable impact damping chamber, located and arranged to be open to the oil pressure immediately above the piston, and means for feeding of pressurized gas in the shock absorption chamber.

Bij voorkeur is de gaskamer in de bron binnen de zuiger-stangstreng gelegen, die hol is.Preferably, the gas chamber in the well is located within the piston rod string, which is hollow.

35 Voorts heeft de uitvinding betrekking op een heen en weer beweegbare oliepomp, die bestaat uit een zuiger, een holle zuigerstangstreng voor het heen en weer bewegen van de zuiger, waarbij het. inwendige van deze streng een hervulbare stootdempings-kamer vormt, die open staat voor de oliedruk onmiddellijk boven de 8301690 8 '/ - - 5 - zuiger, en die zich. ononderbroken tot aan het maaiveld uitstrekt, en een terugslagklep, die het boveneinde van de stootdempingskamer afsluit, door middel van welke klep de stootdempingskamer met gas onder druk kan worden hervuld.The invention further relates to a reciprocating oil pump, which consists of a piston, a hollow piston rod string for reciprocating the piston, wherein it. internally of this strand forms a refillable shock absorbing chamber, which is open to the oil pressure immediately above the 8301690 8/5 piston, and which extends. extends uninterrupted to ground level, and a non-return valve, which closes off the upper end of the shock absorption chamber, by means of which valve the shock absorption chamber can be refilled with gas under pressure.

5 Verder verschaft de uitvinding een pompstangstreng, die bestaat uit een aantal holle buisstukken, die zodanig met elkaar zijn verenigd, dat een hervulbare stootdempingskamer wordt gevormd, die zodanig is gelegen en uitgevoerd, dat deze open staat voor de oliedruk onmiddellijk boven de zuiger, terwijl tenminste een lengte 10 van ongeveer 15 m van deze buisstukken een grote boring hebben, en zodanig met elkaar zijn verenigd, dat een althans nagenoeg glad verlopende inwendige vorm wordt verkregen, waarbij het laatste buisstuk nabij het buisstuk met de grote boring is ingericht om met de zuiger te worden gekoppeld, en het daarvan verwijderde eindstuk 15 is voorzien van een terugslagklep, die is ingericht om gas onder druk in de stootdempingskamer in te voeren·Furthermore, the invention provides a sucker rod string, which consists of a number of hollow tube pieces, which are joined together in such a way that a refillable shock-absorbing chamber is formed, which is located and designed so that it is open to the oil pressure immediately above the piston, while at least a length of about 15 m of these pipe pieces have a large bore, and are joined together such that an at least substantially smooth-running internal shape is obtained, the last pipe piece being arranged close to the pipe piece with the large bore to piston, and the end piece 15 remote therefrom is provided with a non-return valve adapted to introduce pressurized gas into the shock attenuation chamber

Tenslotte heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het dempen van drukstoten bij het kunstmatig opvoeren van olie, welke werkwijze bestaat uit het vormen van een oliekolom in een 20 oliebron, het aan deze kolom mededelen van een opwaartse beweging met behulp van een pompstangstreng, die met een zuiger aan het benedeneinde van de kolom is verbonden, het dempen van toenemingen in de druk in de kolom door het blootstellen van een weer onder druk te brengen stootdempingskamer, die een gas onder druk bevat, aan de 25 oliedruk onmiddellijk boven de zuiger, en het naar behoefte hervullen van deze kamer met gas onder druk·Finally, the invention relates to a method of damping pressure pulses in the artificially pumping up of oil, which method consists of forming an oil column in an oil well, communicating an upward movement to this column by means of a sucker rod, which connected to a piston at the bottom end of the column, damping increases in the pressure in the column by exposing a pressurized shock attenuation chamber containing a pressurized gas to the oil pressure immediately above the piston, and refilling this chamber with pressurized gas as needed

De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een vertikale doorsnede door een opvoerbuis en een 30 pompcylinder bij een van een oliepomp voorziene eerste uitvoeringsvorm van een oliebron volgens de uitvinding; fig. 2a·.2e schematische vertikale doorsneden door oliebronnen volgens de uitvinding met een oliepomp in verschillende opeenvolgende werkingstoestanden; 35 fig. 3 een vertikale doorsnede door een opvoerbuis en een pompcylinder bij een andere uitvoeringsvorm van een oliebron volgens de uitvinding; en fig. k een horizontale doorsnede volgens de lijn IV - IV van fig. 3· 0301690 « ·.The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing; 1 shows a vertical section through a lift tube and a pump cylinder in an oil pumped first embodiment of an oil well according to the invention; Fig. 2a · 2e schematic vertical sections through oil wells according to the invention with an oil pump in different successive operating states; Fig. 3 is a vertical section through a lift tube and a pump cylinder in another embodiment of an oil well according to the invention; and Fig. k is a horizontal section taken on the line IV - IV of Fig. 3 · 0301690.

- 6 -- 6 -

In fig· 1 omvat de bron een opvoerbuis 10 met een aan het benedeneinde daarvan bevestigde pompcylinder 11· Een pompstangstreng van de gekoppelde vorm kan in de buis 10 heen en weer bewegen om een pompzuiger 11a, die in de pompcylinder 11 is gelegen, op en neer te 5 bewegen, teneinde bij de opwaartse slag de olie op te voeren.In Fig. 1, the source comprises a lift tube 10 with a pump cylinder 11 attached to its lower end. A pump rod string of the coupled shape can move back and forth in the tube 10 about a pump piston 11a located in the pump cylinder 11. down in order to increase the oil during the upward stroke.

Bij deze uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de pomp-stangstreng gevormd door buisstukken 12, 13» 1^ en 13, waarbij deze onderling zijn gekoppeld tussen een (niet afgebeelde) heen en weer beweegbare krachtbron en de zuiger 11a.In this embodiment of the invention, the pump rod string is formed by tubular pieces 12, 13, 13 and 13, which are mutually coupled between a reciprocating power source (not shown) and the piston 11a.

10 Elk buisstuk 12..13 bestaat uit een holle buis uit een materiaal met grote sterkte, zoals staal met grote treksterkte. Een schroefbus 17 is aan het bovengedeelte van het buisstuk 13 gevormd, terwijl een stop 16 met uitwendige schroefdraad in het benedengedeelte van het buisstuk 12 is gevormd. De schroefstop 16 is verbonden 13 met een middenboring 18 in het inwendige van het buisstuk 12.Each pipe piece 12..13 consists of a hollow pipe of a high strength material, such as high tensile steel. A threaded sleeve 17 is formed on the top portion of the tubing 13, while an externally threaded plug 16 is formed in the bottom portion of the tubing 12. The screw plug 16 is connected 13 to a center bore 18 in the interior of the pipe section 12.

De boring 18 van het buisstuk 12 is aan het boveneinde afgesloten met een terugslaggasklep 19, die is voorzien van middelen voor het verbinden daarvan met een perspomp of dergelijke.The bore 18 of the pipe section 12 is closed at the top end with a non-return gas valve 19, which is provided with means for connecting it to a pressure pump or the like.

Het buisstuk 13 bezit aan het benedeneinde een stop 20 20 met uitwendige schroefdraad, die een schroefverbinding met het schroefgedeelte 21 aan het boveneinde van het buisstuk 14 kan vormen. Voorts bezit dit buisstuk 14- aan het benedeneinde een stop 22 met uitwendige schroefdraad, die in een schroefbus 23 in het buisstuk 13 kan worden geschroefd. Dit buisstuk 13 is kegelvormig verwijd, zodat 23 het benedeneinde breder is dan het boveneinde. Het benedeneinde van het buisstuk 13 is afgesloten, en is voorzien van een neerwaarts uitstekende schroefstop 2^·· Voorts zijn aan de zijkant van het buis-stuk 15 gaten 25 gevormd.The tubing 13 has an externally threaded plug 20 at the lower end which can form a screw connection to the screw portion 21 at the top of the tubing 14. Furthermore, this pipe piece 14- has a plug 22 at the lower end with an external screw thread, which can be screwed into a screw sleeve 23 in the pipe piece 13. This pipe section 13 is widened in a conical shape, so that the lower end 23 is wider than the upper end. The lower end of the pipe section 13 is closed and is provided with a downwardly protruding screw plug. Furthermore, holes 25 are formed on the side of the pipe section.

De stop 2b kan in een schroefbus 26 in het boveneinde van 30 het zuigergedeelte 11a worden geschroefd. Aldus kan een pompstangstreng worden gevormd uit een of meer buisstukken 12, de buisstukken 13 en 15» en een aantal buisstukken 14, teneinde de vereiste werk-diepte te kunnen bereiken. Elk van deze gekoppelde buisstukken is met het naburige buisstuk op gasdichte wijze verbonden door tussen-35 komst van dichtingsringen of dergelijke. Het zuigergedeelte 11a omvat een hol bovenstuk 27 met een aantal gaten 28 in de wand ervan, en een bovenste gedeelte 29 met een schroefbus 26. Het inwendige van de zuigerstangstreng boven de openingen 25 vormt een hervulbare stootdempingskamer. β J q <j g g q 5 if - 7 -The plug 2b can be screwed into a threaded sleeve 26 in the top end of the piston portion 11a. Thus, a sucker rod string can be formed from one or more pipe pieces 12, the pipe pieces 13 and 15, and a number of pipe pieces 14, in order to achieve the required working depth. Each of these coupled tubular sections is gas-tightly connected to the adjacent tubular section through sealing rings or the like. The piston portion 11a includes a hollow top 27 with a plurality of holes 28 in its wall, and an upper portion 29 with a threaded sleeve 26. The interior of the piston rod string above the openings 25 forms a refillable impact attenuation chamber. β J q <j g g q 5 if - 7 -

Beneden liet bovenstuk 27 omvat bet zuigergedeelte 11a een eigenlijke zuiger 30 met een doorgaande boring 31· Het buitenoppervlak van de zuiger 30 is van een aantal dichtingeringen 32 voorzien) die tijdens bet gebruik een dichting tussen de zuiger 30 5 en de pompcyUnder 11 verschaffen.Below the top 27, the piston portion 11a comprises an actual piston 30 with a through bore 31. The outer surface of the piston 30 is provided with a number of seals 32 which provide a seal between the piston 30 and the pump cylinder 11 during use.

Een kogel 33 kan in bet boveneinde van de oiddenboring 31 rusten. Voorts is aan bet benedeneinde van de pompcylinder 11 een gedeelte 3*f met geringere middellijn aangebracht, waarop een tweede kogel 35 rust.A ball 33 can rest in the top end of the center bore 31. Furthermore, at the lower end of the pump cylinder 11, a portion 3 * f with a smaller diameter is arranged, on which a second ball 35 rests.

10 Het gebied binnen de pompstang tussen de openingen 23 en de klep 19 vormt een gaskamer, die open staat voor de oliedruk onmiddellijk boven de zuiger 11a.The area within the sucker rod between the openings 23 and the valve 19 forms a gas chamber, which is open to the oil pressure immediately above the piston 11a.

Tijdens bet gebruik laat de kogel 33 een oliestroom toe door de boring 31 van de zuiger 30 tijdens een neerwaartse slag van 13 de pompstangstreng. Be tweede kogel 35 blijft tijdens deze beweging liggen. De olie zal dan de ruimte boven de zuiger 30 binnentreden.In use, the ball 33 allows an oil flow through the bore 31 of the piston 30 during a downward stroke of the sucker rod string. The second ball 35 remains in place during this movement. The oil will then enter the space above the piston 30.

Tijdens een opwaartse slag van bet pompstangstrengsamen-stel zal de tweede kogel 35 de zitting verlaten, zodat olie de ruimte onder de zuiger 30 kan binnentreden. De eerste kogel 33 blijft tij-20 dens deze beweging liggen.During an upward stroke of the sucker rod assembly, the second ball 35 will leave the seat so that oil can enter the space below the piston 30. The first ball 33 remains in place during this movement.

Zoals aan de hand van fig. 2 nog nader zal worden beschreven, werkt de gasruimte binnen de pompstangstreng voor bet opnemen van veranderingen in de oliedruk.As will be further described with reference to Fig. 2, the gas space within the sucker rod string acts to accommodate changes in oil pressure.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 vormen de buisstuk-23 ken 1½ bet grootste gedeelte van de lengte van de pompstangstreng.In the embodiment according to Fig. 1, the pipe section 23 form 1½ of the major part of the length of the sucker rod string.

Het buisetuk 12 dient om de klep 19 aan bet boveneinde vast te houden, terwijl bet buisetuk 13 dient voor bet koppelen van bet buis-stuk 12. Aan bet benedeneinde dient bet buisetuk 13 voor bet invoeren van olie in de pompstangstreng. Zoals afgebeeld hebben de buis-. 30 stukken 14 en bet buisstuk 13 een betrekkelijk wijde inwendige boring. Anders gezegd worden de inwendige boringen van deze buis-stukken door de buitenwanden begrensd. Toorzover mogelijk worden de boringen van deze buisstukken zo gelijkmatig mogelijk gehouden,zodat een in boofdzaak gladde en wijde doorgang zich opwaarts vanaf bet 35 buisstuk 15 uitstrekt. ïïiteraard zijn er kleine onvermijdbare vernauwingen in de boring tengevolge van de schroefkoppelingen tussen de buisstukken van de pompstangstreng. Deze vernauwingen worden echter zo klein mogelijk gehouden, terwijl geen vermijdbare bijkomende vernauwingen in de pompstangstreng zijn opgenomen.The pipe section 12 serves to hold the valve 19 at the top end, while the pipe section 13 serves to couple the pipe section 12. At the lower end, the pipe section 13 serves to introduce oil into the pump rod string. As shown, the tube. Pieces 14 and tube 13 have a relatively wide internal bore. In other words, the internal bores of these pipe sections are bounded by the outer walls. As far as possible, the bores of these pipe pieces are kept as even as possible, so that a substantially smooth and wide passage extends upwardly from pipe piece 15. Naturally, there are small unavoidable bore constrictions due to the screw connections between the pipe rod strands. However, these constrictions are kept as small as possible, while no avoidable additional constrictions are included in the sucker rod string.

8301690 - 8 -8301690 - 8 -

Deze betrekkelijk wijde boring kan zich desgewenst over de gehele afstand tussen de buisstukken 15 en 12 uitstrekken. Ve-gens de geringe afmetingen van de vernauwingen zal dan de gehele inhoud van de boring beschikbaar zijn voor het onderdrukken van 5 elastische krachten tijdens het pompen. Zoals nog zal worden beschreven zal de olie slechts over een geringe/afstand in de streng, die gemakkelijk 3 000m lang kan zijn, binnentreden. Hieruit volgt, dat het niet noodzakelijk is dat de gehele streng voor het onderdrukken van elastische krachten beschikbaar moet zijn.If desired, this relatively wide bore can extend over the entire distance between the pipe pieces 15 and 12. Due to the small size of the constrictions, the entire contents of the bore will then be available to suppress elastic forces during pumping. As will be described later, the oil will enter the strand only a small distance away, which can easily be 3,000m long. It follows that it is not necessary for the entire strand to be available for suppressing elastic forces.

10 Het verdient de voorkeur, dat tenminste de onderste 15 m althans nagenoeg glad zijn en een zo wijd mogelijke boring bezitten. Bij voorkeur geldt dit tenminste voor de onderste 30, en in het bijzonder voor tenminste de onderste 60 m, nog beter voor de onderste 150 m. In vele gevallen is het tenslotte de bedoeling, dat onge-15 veer 300 m van de pompstangstreng althans nagenoeg glad is en een zo wijd mogelijke boring bezit.It is preferred that at least the bottom 15 m be at least substantially smooth and have the widest possible bore. Preferably this applies at least for the bottom 30, and in particular for at least the bottom 60 m, even better for the bottom 150 m. In many cases, it is finally the intention that at least approximately 300 m of the sucker rod string is smooth and has the widest possible bore.

Wanneer de boring te nauw is, kan het mogelijk zijn, dat deze niet snel genoeg op drukveranderingen reageert om van nut te zijn. Wanneer er nabij het benedeneinde van de pompstangstreng een 20 aanmerkelijke vernauwing aanwezig zou zijn, zou dit verhinderen, dat binnen de beschikbare tijd een reactie op de drukverandering zich boven de vernauwing kan voortplanten. Alleen het gedeelte beneden de vernauwing zou dan beschikbaar zijn om de tijdens het pompen voorgebrachte krachten te dempen.If the bore is too narrow, it may not respond quickly enough to pressure changes to be of use. If a substantial constriction were present near the lower end of the sucker rod string, this would prevent a response to the pressure change from propagating above the constriction within the available time. Only the section below the constriction would then be available to damp the forces generated during pumping.

25 In fig. 2a is een oliebron volgens de uitvinding met een pompstangstreng in de laagste stand, alsmede een ophefmiddel 50 voor deze streng afgeheeld. De stootdempingskamer, die door de pompstangstreng wordt begrensd, is door tussenkomst van de klep 19 zodanig met gas onder druk gevuld, dat het olie-gas-scheidingsvlak 30 52 zich juist boven de openingen 25 bevindt.In Fig. 2a, an oil well according to the invention with a sucker rod string in the lowest position, as well as a lifting means 50 for this string is sheared off. The shock-absorbing chamber, which is bounded by the sucker rod string, is filled with pressurized gas through the valve 19, so that the oil-gas interface 30 52 is just above the openings 25.

In fig. 2b is het ophefmiddel 50 juist begonnen met het optillen van de pompstangstreng, waarbij de kogel 35 de zitting heeft verlaten, zodat verse olie in de pompcylinder 11 kan binnentreden. Verder is de zuiger 11a begonnen met het opvoeren van olie 35 in de opvoerbuis 10. Zoals in het voorgaande is beschreven leidt dit tot een elastische vervorming in de vloeistof, waardoor vloeistof de pompstangstreng onder druk zal binnentreden, en het gas-olie-scheidingsvlak 52 gaat stijgen. Dit vermindert de opbouw van een overdruk in de opvoerbuis 10, en vermindert verder het voort- 8 30 1 6 9 0 - 9 - planten van golven door de oliekolom·In Fig. 2b, the lifting means 50 has just started lifting the sucker rod string, with the ball 35 leaving the seat so that fresh oil can enter the pump cylinder 11. Furthermore, the piston 11a has started to feed oil 35 into the lift tube 10. As described above, this leads to elastic deformation in the fluid, whereby fluid will enter the pump rod string under pressure, and the gas-oil interface 52. is going to rise. This reduces the build-up of an overpressure in the lift tube 10, and further reduces the propagation of waves through the oil column ·

In fig. 2c heeft het ophef middel 52 het bovenste punt van de slag bereikt, terwijl het olie-gas-scheidingsvlak tot stilstand is gekomen of begint te dalen als een gevolg van het feit, dat het 5 in fig· 2b samengeperste gas begint uit te zetten·In Fig. 2c, the lifting means 52 has reached the top of the stroke, while the oil-gas interface has come to a standstill or is beginning to drop due to the fact that the gas compressed in Fig. 2b starts out to put·

In fig· 2d daalt de pompstangstreng, waarbij de kogel 33 de zitting heeft verlaten, en de olie door de openingen naar buiten stroomt, naarmate het gas uitzet om de gas-olie-drukken in evenwicht te houden· Het scheidingsvlak 52 daalt dan naar de openingen 10 25 toe.In Fig.2d, the sucker rod string, with the ball 33 leaving the seat, and the oil flowing out through the orifices, descends as the gas expands to balance the gas-oil pressures · The interface 52 then descends to the openings 10 to 25.

In fig. 2e is de pompstangstreng weer naar het laagste punt teruggekeerd, terwijl het gas-olie-scheidingsvlak 52 de openingen 25 heeft bereikt·In Fig. 2e, the sucker rod string has returned to its lowest point, while the gas-oil interface 52 has reached openings 25

Na een langdurig gebruik kan de gasdruk in de pompstang-15 streng wegens oplossing in de olie geleidelijk afnemen· De gasruimte kan opnieuw worden gevuld met gas onder druk door gas met behulp van een pomp of dergelijke door de terugslagklep 19 ia de stoot-dempingskamer in te voeren.After prolonged use, the gas pressure in the sucker rod-15 may gradually decrease due to dissolution in the oil. · The gas space can be refilled with pressurized gas by gas using a pump or the like through the check valve 19 through the impact damping chamber. to feed.

Bij diepere bronnen is het van belang de gasdruk in de 20 stootdempingskamer te verhogen, hetgeen weer met behulp van de klep 19 tot stand kan worden gebracht·With deeper sources it is important to increase the gas pressure in the shock absorption chamber, which can again be achieved with the aid of the valve 19

Het is betrekkelijk eenvoudig een normale broninrichting in overeenstemming met deze uitvoeringsvorm van de uitvinding om te vormen· Daartoe is het slechts nodig de gangbare pompstang te 25 verwijderen, en door een holle stang, een van openingen voorzien buisstuk en een klep 19 te vervangen. De opvoerbuis 10, de pomp-cylinder en het ophefmiddel 50 voor het heen en weer bewegen van de pompstangstreng kunnen van de gangbare soort zijn.It is relatively easy to transform a normal well device in accordance with this embodiment of the invention. To this end, it is only necessary to remove the conventional pump rod and replace it with a hollow rod, an apertured tubing and a valve 19. The lift tube 10, the pump cylinder, and the lifting means 50 for reciprocating the sucker rod string may be of the conventional type.

De uitvoeringsvorm van de uitvinding volgens fig. 3 en ^ 30 omvat onderdelen, die met de onderdelen van de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 en 2 overeenkomen. Overeenkomstige onderdelen zijn met dezelfde verwijzingsgetallen aangeduid·The embodiment of the invention according to Figs. 3 and 30 comprises parts which correspond to the parts of the embodiment according to Figs. 1 and 2. Corresponding parts are identified by the same reference numerals

De uitvoeringsvorm volgens fig. ^ omvat een pompstangstreng 50, die, zoals afgebeeld, massief is· Deze streng 50 is van 35 de gangbare soort, en omvat een aantal op bekende wijze aan de uiteinden met elkaar verbonden stukken.The embodiment of FIG. 1 comprises a sucker rod string 50, which, as shown, is solid. This string 50 is of the conventional type, and includes a plurality of ends joined in known manner.

Het benedeneinde van de streng 50 is bijvoorbeeld met behulp van een schroefkoppeling met een zuigergedeelte 52 verbonden, dat zuigeronderdelen 30, 311 32, 33» 3^ en 33 van de in het voor- 8301690 - 10 - gaande beschreven vorm omvat.The lower end of the strand 50 is connected, for example, by means of a screw coupling to a piston portion 52, which comprises piston parts 30, 311, 32, 33, 3, and 33 of the shape described above.

Het zuigergedeelte 15 omvat een bovenste hol gedeelte 53 met een aantal openingen 5^·The piston section 15 comprises an upper hollow section 53 with a number of openings 5.

Een huls 56 is rond de opvoerbuis 10 aangebracht. Deze 5 huls 36 staat in verbinding met het inwendige van de opvoerbuis 10 door tussenkomst van een aantal openingen 581 die juist boven het holle gedeelte 53 zijn gelegen, en vormt een stootdempingskamer 57·A sleeve 56 is fitted around the lift tube 10. This sleeve 36 communicates with the interior of the lift tube 10 through a number of openings 581 located just above the hollow portion 53 and forms a shock absorbing chamber 57

De huls 58 bezit aan het boveneinde een terugslaggasklep 60, welke klep 60 door tussenkomst van een leiding 62 met e.an.op maai-10 veldhoogte geplaatste (niet afgeheelde) bron van samengeperst gas is verbonden.The sleeve 58 has a check gas valve 60 at the top end, which valve 60 is connected by means of a pipe 62 to a source of compressed gas (unheated) placed at mow-field height.

Tijdens het gebruik wordt de huls 56 op dezelfde wijze als het inwendige van de pompstangstreng bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 en 2 met gas onder druk gevuld. Het zuigersamenstel bij deze 15 uitvoeringsvorm werkt op dezelfde wijze als bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 en 2, en wordt met behulp van de pompstangstreng 50 heen en weer bewogen.In use, the sleeve 56 is filled with pressurized gas in the same manner as the interior of the sucker rod string in the embodiment of Figures 1 and 2. The piston assembly in this embodiment operates in the same manner as in the embodiment of Figures 1 and 2, and is reciprocated with the aid of the sucker rod 50.

Tijdens de neerwaartse slag wordt het holle gedeelte 53 met olie gevuld, welke olie door de openingen 5^ uaar de opvoerbuis 20 overgaat. Tijdens de opwaartse slag wordt olie door de zuiger 11a omhooggedrukt. Teneinde de elastische vervorming, die in de olie-kolom ontstaat, op te nemen, werkt de kamer 57 binnen de huls 56 als een stootdempingskamer, waarbij enige olie de kamer 57 door de openingen 58 kan binnentreden. Het vloeien van olie naar de kamer 57 25 binnen de huls 56 wordt gedempt door het daarin aanwezige gas onder druk. Een hoeveelheid olie verlaat de kolom 57 door een uitstroom-opening 6k aan de bovenzijde.During the downward stroke, the hollow portion 53 is filled with oil, which oil passes through the openings 5 to the lift tube 20. During the upward stroke, oil is pushed upwards by the piston 11a. In order to accommodate the elastic deformation generated in the oil column, the chamber 57 within the sleeve 56 acts as an impact damping chamber, some oil being able to enter the chamber 57 through the openings 58. The flow of oil to the chamber 57 within the sleeve 56 is damped by the pressurized gas contained therein. An amount of oil leaves the column 57 through an outflow opening 6k at the top.

Wanneer de neiging tot drukverhoging is verdwenen, zal de olie in de stootdempingskamer 57 binnen de huls 56 door de openingen 30 58 naar de opvoerbuis 10 terugstromen.When the tendency to increase pressure has disappeared, the oil in the cushioning chamber 57 within the sleeve 56 will flow back through the openings 58 to the delivery tube 10.

Zoals in het geval van fig. 1 en 2 kan door middel van de leiding 62 en de klep 60 gas in de stootdempingskamer worden bijgevuld of kan de druk daarin worden verhoogd.As in the case of Figs. 1 and 2, gas can be replenished in the shock attenuation chamber by means of the line 62 and the valve 60, or the pressure therein can be increased.

Binnen het kader van de uitvinding zijn nog vele wijzi-35 gingen mogelijk.Many changes are possible within the scope of the invention.

83016908301690

Claims

An oil well, comprising a lift tube having a pump cylinder attached to its lower end, a reciprocating oil pump with a piston located within the pump cylinder, a sucker rod string extending from ground level to the piston there and back movable, and means for periodically lifting the sucker rod string, characterized by a refillable shock-absorbing chamber disposed and configured to be open to the oil pressure immediately above the piston, and by means for supplying gas under pressure to this shock absorption chamber.

2. Baron according to claim 1, characterized in that the sucker rod string is hollow, that the shock-absorbing chamber is located within the pump-rod string, and that the means for supplying a gas under pressure to the shock-absorbing chamber comprise a non-return valve, located near the top of the sucker rod string.

Well according to claim 2, characterized in that the sucker rod string, at least near the lower end, has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. Jf. Source according to claim 3t, characterized in that at least about 15 m from the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. * Source according to claim 3, characterized in that at least about 30 m from the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape.

Source according to claim 3, characterized in that at least about 60 m of the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. Source according to claim 3, characterized in that at least about 150 m from the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape.

8. A source as claimed in claim 3, characterized in that at least about 300 m of the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. 9. Source according to claim 2, characterized in that the piston part of the pump comprises a piston, which fits tightly into the pump cylinder, and which has a through bore, and in which the 8301690 - 12 - upper part is provided with an outlet opening. through which oil can flow during the downstroke of the sucker rod string.

10. Well according to claim 2, characterized in that the sucker rod string near the lower end has an opening through which oil can enter the sucker rod string when the piston is lifted by the sucker rod string, and through which the oil can leave the sucker rod string when the piston is lowered.

11. Reciprocating oil pump, comprising a piston, characterized by a hollow sucker rod string for reciprocating the piston, the interior of the sucker rod string forming a refillable cushioning chamber open to the pressure immediately above the piston, and which extends uninterruptedly to ground level, and through a non-return valve, which closes off the upper end 15 of the shock absorbing chamber, through which the shock absorbing chamber can be filled with gas under pressure.

Pump according to claim 11, characterized in that the pump rod string, at least near the lower end, has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. Pump according to claim 12, characterized in that at least about 15 m from the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. 14-. Pump according to claim 12, characterized in that at least about 30 n of the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape.

Pump according to claim 12, characterized in that at least about 60 m of the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape.

16. Pump according to claim 12, characterized in that at least about 150 m from the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape. Pump according to claim 12, characterized in that at least about 300 m of the sucker rod string above the piston has a wide bore and an at least substantially smooth internal shape.

Pump according to claim 11, characterized in that the piston section comprises a piston which contacts the well casing in sealing manner and which has a through bore, and in which an upper part is provided with a discharge opening, through which oil during the descending stroke of the sucker rod string may flow. 830 1 6 90 __ - 13 - 19α Pump according to claim 11, characterized in that the sucker rod string has an opening near the lower end through which oil can flow to the sucker rod string when the piston is lifted by the sucker rod string, and oil the sucker rod string 5 when the piston is lowered.

20. Pump rod string, characterized by a plurality of hollow tubular pieces joined together to form a refillable shock absorbing chamber disposed and configured to be open to the oil pressure immediately above the piston, said tube extending over at least about 15 have a wide bore, and are joined together such that a substantially smooth internal shape is obtained, while the last tubing near the wide bore portion is adapted to be coupled to the piston, and the other end piece is equipped with a 13-way check valve, with which gas can be supplied under pressure to the shock absorption chamber

A method of damping pressure pulses in artificially pumping up oil, characterized in that an oil column is formed in an oil well, that an upward movement is communicated to this column by means of a sucker rod string lowering the lower end of the column is connected to a piston, and that pressure increases in the column are damped by exposing a repressurized shock absorption chamber containing a pressurized gas to the oil pressure immediately above the piston, this chamber as required can be refilled with pressurized gas.

Oil well as claimed in claim 1, characterized in that the shock-absorbing chamber is arranged outside the lifting tube, which chamber communicates with the interior of the lifting tube, while the means for supplying gas under pressure to the shock-absorbing chamber check valve which is or may be connected to a source of pressurized gas at ground level. 8301690