RU138129U1

RU138129U1 - DEEP PUMP

Info

Publication number: RU138129U1
Application number: RU2013143740/06U
Authority: RU
Inventors: Хасан Вахидович Баширов
Original assignee: Хасан Вахидович Баширов
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Глубинный насос, содержащий корпус, в котором соосно размещены верхний и нижний поршни разного диаметра с центральными отверстиями, причем диаметр верхнего поршня выполнен меньше диаметра нижнего поршня, которые жестко связаны между собой соединительным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны, к верхней части корпуса присоединена колонна насосно-компрессорных труб, сверху которой жестко и герметично закреплен привод, при этом привод соединен с верхним поршнем посредством передаточного элемента, нагнетательный клапан установлен на верхнем поршне, а всасывающий клапан - на нижнем поршне, отличающийся тем, что он содержит упругий элемент, установленный снизу под нижним поршнем, буферную емкость с наполненной откачиваемой жидкостью, присоединенной нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб посредством питательной трубы, соединительный элемент выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы, а в качестве передаточного элемента использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающем ход поршней соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем меньше силы упругости упругого элемента.A submersible pump comprising a housing in which the upper and lower pistons of different diameters with central holes are coaxially arranged, the diameter of the upper piston being smaller than the diameter of the lower piston, which are rigidly interconnected by a connecting element, a suction and discharge valves, and a pump column is connected to the upper part of the housing -compressor pipes, on top of which the actuator is rigidly and hermetically fixed, while the actuator is connected to the upper piston by means of a transmission element, the discharge valve is installed flax on the upper piston, and the suction valve on the lower piston, characterized in that it contains an elastic element mounted below the lower piston, a buffer tank with filled pumped liquid connected to the upper part of the tubing string column by means of a feed pipe, the connecting element is made in the form of a perforated pipe, the holes in which are evenly distributed, and their total area exceeds the cross-sectional area of the perforated pipe itself, and as a gear th element used in the pumped fluid volume as to move the respective pistons predetermined pump performance, the pressure force of the fluid column above the bottom piston is less than the elastic force of the elastic member.

Description

Полезная модель относится к насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема пластовой жидкости из глубоких скважин.The utility model relates to pumping technology used in oil production, in particular to submersible borehole pumps for lifting formation fluid from deep wells.

Известен глубинный плунжерный насос /Патент России №2413095, МПК F04B 47/04, опубл. 27.02.2011 г./, содержащий корпус, насосную камеру с всасывающим клапаном и сообщенную при помощи нагнетательного клапана с колонной насосно-компрессорных труб, управляющую камеру с приводной жидкостью, отделенную при помощи перегородки от насосной камеры. При этом между насосной камерой и управляющей камерой образована полость, заполненная буферной жидкостью с образованием гидрозатвора. В управляющей камере своей нижней частью расположен плунжер, соединенный посредством штока с колонной штанг. Верхняя часть плунжера размещена в разделительной камере. Последняя образована над управляющей камерой и отделена от нее цилиндром с, по крайней мере, одним кольцевым уплотнением, охватывающим плунжер. Разделительная камера заполнена разделительной жидкостью, отделенной от находящейся в колонне насосно-компрессорных труб перекачиваемой жидкости свободно перемещающимся разделителем, Разделитель уплотнен относительно внутренней стенки корпуса и штока, соответственно, наружным и внутренним кольцевыми уплотнениями.Known deep plunger pump / Patent of Russia No. 2413095, IPC F04B 47/04, publ. February 27, 2011 /, comprising a housing, a pump chamber with a suction valve and communicated by means of a discharge valve with a tubing string, a control chamber with a drive fluid, separated by a partition from the pump chamber. In this case, a cavity is filled between the pump chamber and the control chamber, filled with a buffer liquid with the formation of a water seal. A plunger is located in the control chamber with its lower part, which is connected via a rod to a rod string. The upper part of the plunger is placed in the separation chamber. The latter is formed above the control chamber and is separated from it by a cylinder with at least one annular seal covering the plunger. The separation chamber is filled with a separation liquid, separated from the freely pumpable separator located in the tubing string of the pumped tubing, the separator is sealed with respect to the inner wall of the housing and the stem, respectively, of the outer and inner ring seals.

Недостатком известного глубинного насоса является его большая энергоемкость и металлоемкость из-за наличия штока с колонной штанг, которые необходимо привести в движение для подъема жидкости на большую высоту. Кроме того, наличие множества конструктивных элементов, таких как колонна штанг, шток, кольцевые уплотнения, обводной канал, гидрозатвор, центратор усложняют конструкцию насоса в целом, что снижает его надежность и межремонтный период.A disadvantage of the known deep-well pump is its high energy and metal consumption due to the presence of a rod with a rod string, which must be set in motion to raise the liquid to a high height. In addition, the presence of many structural elements, such as a rod string, rod, O-rings, a bypass channel, a water seal, a centralizer complicate the design of the pump as a whole, which reduces its reliability and overhaul period.

Известен также глубинный насос /Свидетельство России №11846, МПК F04B 47/02, опубл. 16.11.199 г., принятый за прототип, содержащий корпус, в котором соосно размещена поршневая система в виде нижнего и верхнего плунжеров с центральными отверстиями, один над другим последовательно соединенных жестко между собой посредством штока, ступенчатый цилиндр, закрепленные на колонне насосные штанги, кольцевую и рабочую полости, всасывающий и нагнетательный клапаны. Верхний и нижний плунжеры выполнены полыми, при этом диаметр верхнего плунжера выполнен меньшего диаметра нижнего.Also known is a deep pump / Certificate of Russia No. 11846, IPC F04B 47/02, publ. November 16, 1999, adopted as a prototype, comprising a housing in which the piston system is coaxially placed in the form of lower and upper plungers with central holes, one above the other in series rigidly connected to each other by means of a rod, a stepped cylinder, annular pump rods fixed to the column and working cavities, suction and discharge valves. The upper and lower plungers are made hollow, while the diameter of the upper plunger is made smaller than the diameter of the lower.

Шток, связывающий жестко плунжеры друг с другом, выполнен в виде сплошного стержня, при этом длина его выполнена больше длины каждого из плунжеров. Нагнетательный клапан установлен на верхнем плунжере. Всасывающий клапан установлен на приеме насоса. Нижний плунжер снабжен установленным в его верхней части тарельчатым клапаном в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью. При этом запорный элемент жестко соединен с нижним концом штока, верхний конец которого жестко связан с верхним плунжером. На наружной поверхности обоих плунжеров закреплены с возможностью раскрытия полиамидные насадки. К верхней части корпуса присоединена насосно-комнрессорная труба, сверху которой жестко и герметично закреплен привод. При этом привод соединен с верхним плунжером посредством передаточного элемента. В качестве передаточного элемента использована колонна насосных штанг.The rod connecting rigidly the plungers with each other is made in the form of a solid rod, while its length is greater than the length of each of the plungers. The discharge valve is installed on the upper plunger. A suction valve is installed at the pump inlet. The lower plunger is equipped with a poppet valve installed in its upper part in the form of a conical seat and a locking element with a conical surface. The locking element is rigidly connected to the lower end of the rod, the upper end of which is rigidly connected to the upper plunger. On the outer surface of both plungers polyamide nozzles are fixed with the possibility of opening. A pump-compressor pipe is attached to the upper part of the housing, on top of which the drive is rigidly and hermetically fixed. In this case, the drive is connected to the upper plunger by means of a transmission element. As a transmission element used a string of pump rods.

Основной недостаток известного насоса в том, что из-за наличия штока, выполненного в виде сплошного металлического стержня и необходимости приведения его в движение для подъема жидкости из скважины, увеличивается его металлоемкость, снижается его пропускная способность и как следствие эффективность. Для эксплуатации такого насоса требуется большое количество потребляемой энергии.The main disadvantage of the known pump is that due to the presence of a rod made in the form of a solid metal rod and the need to set it in motion to lift the fluid from the well, its metal consumption increases, its throughput decreases and, as a result, its efficiency. To operate such a pump requires a large amount of energy consumed.

Наличие конструктивных элементов, таких как тарельчатый клапан в виде конического седла и запорного элемента с конической поверхностью, полиамидные насадки и др. усложняют конструкцию насоса в целом.The presence of structural elements, such as a poppet valve in the form of a conical seat and a locking element with a conical surface, polyamide nozzles, etc. complicate the design of the pump as a whole.

Кроме того, эксплуатация известного насоса возможна лишь на скважинах вертикальных и прямолинейных наклонно-направленных, но затруднена на скважинах сложного рельефа, имеющего кривизну, что ограничивает область его использования.In addition, the operation of the known pump is only possible in vertical and rectilinear directional wells, but is difficult in wells of complex terrain with curvature, which limits the area of its use.

Задачей полезной модели является повышение эффективности работы насоса за счет снижения потребляемой энергии, повышения его пропускной способности, а также снижение металлоемкости при одновременном упрощении конструкции и расширение области его применения за счет использования на скважинах сложного рельефа.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the pump by reducing the energy consumed, increasing its throughput, as well as reducing the metal consumption while simplifying the design and expanding its field of application due to the use of complex relief in wells.

Глубинный насос содержит корпус, в котором соосно размещены верхний и нижний поршни разного диаметра с центральными отверстиями, которые жестко связанны между собой соединительным элементом, всасывающий и нагнетательный клапаны. Причем диаметр верхнего поршня выполнен меньше диаметра нижнего поршня. К верхней части корпуса присоединена колонна насосно-компрессорных труб, сверху которой жестко и герметично закреплен привод. При этом привод соединен с верхним поршнем посредством передаточного элемента. Нагнетательный клапан установлен на верхнем поршне, а всасывающий клапан - на нижнем поршне. В отличие от прототипа он содержит упругий элемент, установленный снизу под нижним поршнем, буферную емкость с наполненной откачиваемой жидкостью, присоединенной нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб посредством питательной трубы. Соединительный элемент выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы. В качестве передаточного элемента использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход поршней соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем меньше силы упругости упругого элемента.The submersible pump comprises a housing in which the upper and lower pistons of different diameters are arranged coaxially with central holes that are rigidly connected to each other by a connecting element, a suction and discharge valves. Moreover, the diameter of the upper piston is made smaller than the diameter of the lower piston. A tubing string is attached to the upper part of the housing, on top of which the drive is rigidly and hermetically fixed. In this case, the drive is connected to the upper piston by means of a transmission element. The discharge valve is mounted on the upper piston, and the suction valve on the lower piston. Unlike the prototype, it contains an elastic element mounted below the bottom of the lower piston, a buffer tank with a filled pumped liquid, attached the lower part to the upper part of the tubing string by means of a feed pipe. The connecting element is made in the form of a perforated pipe, the holes in which are evenly distributed, and their total area exceeds the cross-sectional area of the perforated pipe itself. As a transfer element, pumped liquid was used in a volume that ensured the piston stroke of the pump for a given predetermined capacity, while the pressure force of the liquid column above the lower piston is less than the elastic force of the elastic element.

Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются:Distinctive features of the claimed utility model are:

- наличие новых конструктивных элементов, а именно упругий элемент, буферная емкость с наполненной откачиваемой жидкостью емкость и их взаиморасположение в конструкции насоса;- the presence of new structural elements, namely, an elastic element, a buffer tank with a tank filled with pumped liquid, and their relative position in the pump structure;

- иная форма выполнения соединительного элемента в виде перфорированной трубы с определенным расположением отверстий, а также в качестве передаточного элемента вместо штока использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход поршней соответствующего заданной производительности насоса;- another form of execution of the connecting element in the form of a perforated pipe with a certain location of the holes, and also as a transfer element, instead of the rod, the pumped liquid in the volume, ensuring the piston stroke of the corresponding given pump capacity, is used;

- соотношение параметров, характеризующих силу давления столба жидкости над нижним поршнем, которая меньше силы упругости упругого элемента.- the ratio of the parameters characterizing the pressure force of the liquid column above the lower piston, which is less than the elastic force of the elastic element.

На чертеже изображен общий вид заявляемого глубинного насоса. Он содержит корпус 1, в котором соосно размещены верхний 2 и нижний 3 поршни разного диаметра с центральными отверстиями, которые жестко связанны между собой соединительным элементом 4, всасывающий 5 и нагнетательный 6 клапаны. Причем диаметр верхнего поршня 2 выполнен меньше диаметра нижнего поршня 3. К верхней части корпуса 1 присоединена колонна насосно-компрессорных труб 7, сверху которой жестко и герметично закреплен привод 8 с вспомогательным поршнем 9, который соединен с верхним поршнем 2 посредством передаточного элемента 10. Нагнетательный клапан 6 установлен на верхнем поршне 2, а всасывающий клапан 5 - на нижнем поршне 3. Упругий элемент 11 установлен снизу под нижним поршнем 3. Буферная емкость 12 с наполненной откачиваемой жидкостью 13 присоединена нижней частью к верхней части колонны насосно-компрессорных труб 7 (КНКТ). посредством питательной трубы 14. Соединительный элемент 4 выполнен в виде перфорированной трубы, отверстия в которой расположены равномерно, а их суммарная площадь превышает площадь поперечного сечения самой перфорированной трубы. В качестве передаточного элемента 10 использована откачиваемая жидкость в объеме, обеспечивающим ход верхнего 2 и нижнего 3 поршней, соответствующего заданной производительности насоса, при этом сила давления столба жидкости над нижним поршнем 3 меньше силы упругости упругого элемента 11. Буферная емкость 12 соединена с накопителем (на чертеже не показана) посредством трубы 15. Глубинный насос расположен в обсадной колонне 16. На линии 17 показана граница между корпусом 1 и КНКТ 7.The drawing shows a General view of the inventive submersible pump. It contains a housing 1, in which the upper 2 and lower 3 pistons of different diameters with central holes are coaxially placed, which are rigidly connected to each other by a connecting element 4, a suction 5 and a discharge 6 valves. Moreover, the diameter of the upper piston 2 is made smaller than the diameter of the lower piston 3. A tubing string 7 is attached to the upper part of the housing 1, on top of which the actuator 8 is rigidly and hermetically fixed with an auxiliary piston 9, which is connected to the upper piston 2 by means of a transmission element 10. Pressure valve 6 is installed on the upper piston 2, and the suction valve 5 is installed on the lower piston 3. An elastic element 11 is installed below the lower piston 3. A buffer tank 12 with filled pumped liquid 13 is connected to the lower hour Tew to the top of the tubing string 7 (CT). by means of the feed pipe 14. The connecting element 4 is made in the form of a perforated pipe, the holes in which are evenly spaced, and their total area exceeds the cross-sectional area of the perforated pipe itself. As the transfer element 10, the pumped liquid in the volume providing the stroke of the upper 2 and lower 3 pistons corresponding to a given pump capacity is used, while the pressure force of the liquid column above the lower piston 3 is less than the elastic force of the elastic element 11. The buffer tank 12 is connected to the drive ( not shown) by pipe 15. The downhole pump is located in the casing 16. Line 17 shows the boundary between the housing 1 and the CSTP 7.

Заявляемый глубинный насос работает следующим образом.The inventive deep pump operates as follows.

Перед началом работы вся система глубинного насоса заполняется жидкостью через буферную емкость 12. В исходном крайнем верхнем положении вспомогательного поршня 9 привода 8 нагнетательный клапан 6 находится в закрытом состоянии за счет гидростатического давления столба жидкости в КНКТ 7. Всасывающий клапан 5 закрыт за счет гидростатического давления жидкости между верхним 2 и нижним 3 поршнями. Под нижним поршнем 3 находится перекачиваемая жидкость, а упругий элемент 11 находится в исходном положении.Before starting work, the entire system of the deep pump is filled with liquid through the buffer tank 12. In the initial extreme upper position of the auxiliary piston 9 of the actuator 8, the discharge valve 6 is in the closed state due to the hydrostatic pressure of the liquid column in the CSTP 7. The suction valve 5 is closed due to the hydrostatic pressure of the liquid between the upper 2 and lower 3 pistons. The pumped liquid is located under the lower piston 3, and the elastic element 11 is in the initial position.

Движение вниз вспомогательного поршня 9 привода 8 оказывает воздействие на упругий элемент 11 посредством передаточного элемента 10 в виде откачиваемой жидкости через верхний поршень 2, соединительный элемент 4 в виде перфорированной трубы и нижний поршень 3. Увеличение давления в КНТК 7 влечет за собой сжатие упругого элемента 11, находящегося под нижним поршнем 3. При этом нагнетательный клапан 6 находится в закрытом положении, а всасывающий клапан 5 открывается за счет создания разрежения между верхним 2 и нижним 3 поршнями. Перекачиваемая жидкость поступает через открытый всасывающий клапан 5 и центральное отверстие нижнего поршня 3 в пространство между поршнями 2 и 3. При движении вверх вспомогательного поршня 9 привода 8 поршни 2 и 3 также поднимаются под действием упругого элемента 11, который стремиться в исходное положение. При этом всасывающий клапан 5 закрывается вследствие повышения давления между поршнями 2 и 3, а нагнетательный клапан 6 открывается. Перекачиваемая жидкость из пространства между поршнями 2 и 3, проходя через отверстия перфорированной трубы соединительного элемента 4, центральное отверстие верхнего поршня 2, нагнетательный клапан 6 в КНКТ 7, затем в накопитель через буферную емкость 12. Амплитудой движения поршневой системы можно регулировать объем перекачиваемой жидкости, т.к. объем всасываемой жидкости больше объема, затраченного для обеспечения хода поршней 2 и 3 вниз.The downward movement of the auxiliary piston 9 of the actuator 8 affects the elastic element 11 by means of the transmission element 10 in the form of pumped liquid through the upper piston 2, the connecting element 4 in the form of a perforated pipe and the lower piston 3. The increase in pressure in the CSTC 7 entails the compression of the elastic element 11 located under the lower piston 3. At the same time, the discharge valve 6 is in the closed position, and the suction valve 5 is opened by creating a vacuum between the upper 2 and lower 3 pistons. The pumped liquid enters through the open suction valve 5 and the central hole of the lower piston 3 into the space between the pistons 2 and 3. When the auxiliary piston 9 of the actuator 8 moves upward, the pistons 2 and 3 also rise under the action of the elastic element 11, which tends to its original position. In this case, the suction valve 5 closes due to the increase in pressure between the pistons 2 and 3, and the discharge valve 6 opens. The pumped liquid from the space between the pistons 2 and 3, passing through the holes of the perforated pipe of the connecting element 4, the central hole of the upper piston 2, the discharge valve 6 in KNKT 7, then into the drive through the buffer tank 12. The volume of the pumped liquid can be controlled by the amplitude of the piston system, because the volume of suction fluid is greater than the volume spent to ensure the pistons 2 and 3 move down.

В случае использования заявляемого насоса на скважинах сложного рельефа, например, имеющего изгиб, не возникает необходимости в изменении конструкции насоса, а принцип его работы сохраняется.In the case of using the inventive pump in wells of complex terrain, for example, having a bend, there is no need to change the design of the pump, and the principle of its operation is maintained.

Использование заявляемой полезной модели позволит повысить эффективность работы насоса за счет снижения потребляемой энергии, повышения его пропускной способности. Также снизить металлоемкость за счет использования откачиваемой жидкости вместо штока, выполненного в виде сплошного металлического стержня при одновременном упрощении конструкции насоса. Кроме того, расширяются области применения насоса за счет возможности использования на скважинах сложного рельефа.Using the claimed utility model will improve the efficiency of the pump by reducing energy consumption, increasing its throughput. Also, to reduce the metal consumption by using the pumped liquid instead of the rod, made in the form of a solid metal rod while simplifying the design of the pump. In addition, the scope of the pump is expanding due to the possibility of using complex relief in wells.

Claims

A submersible pump comprising a housing in which the upper and lower pistons of different diameters with central holes are coaxially arranged, the diameter of the upper piston being smaller than the diameter of the lower piston, which are rigidly interconnected by a connecting element, a suction and discharge valves, and a pump column is connected to the upper part of the housing -compressor pipes, on top of which the actuator is rigidly and hermetically fixed, while the actuator is connected to the upper piston by means of a transmission element, the discharge valve is installed flax on the upper piston, and the suction valve on the lower piston, characterized in that it contains an elastic element mounted below the lower piston, a buffer tank with filled pumped liquid connected to the upper part of the tubing string column by means of a feed pipe, the connecting element is made in the form of a perforated pipe, the holes in which are evenly distributed, and their total area exceeds the cross-sectional area of the perforated pipe itself, and as a gear th element used in the pumped fluid volume as to move the respective pistons predetermined pump performance, the pressure force of the fluid column above the bottom piston is less than the elastic force of the elastic member.