RU139596U1

RU139596U1 - DUAL ACTION Borehole Pump

Info

Publication number: RU139596U1
Application number: RU2013132636/06U
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Шенгур
Original assignee: Николай Владимирович Шенгур
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2014-04-20

Abstract

Скважинный насос двойного действия, содержащий погружной электродвигатель с гидрозащитой, привод рабочего насоса, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, рабочий насос, соединенный с приводом полированным штоком, отличающийся тем, что рабочий насос состоит из двух рабочих цилиндров, последовательно соединенных между собой и двух плунжеров, соединенных между собой штоком, при этом диаметр верхнего цилиндра с плунжером больше диаметра нижнего цилиндра с плунжером, верхний плунжер большего диаметра полый с установленным в нем нагнетательным клапаном, нижний плунжер меньшего диаметра выполнен монолитным и соединен посредством полированного штока с приводом рабочего насоса, полость над полым плунжером большего диаметра через всасывающий клапан соединена с затрубным кольцевым пространством, полость под монолитным плунжером меньшего диаметра постоянно соединена с затрубным кольцевым пространством, полость под верхним полым плунжером большего диаметра соединена с полостью над нижним монолитным плунжером меньшего диаметра и с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны охватывающей верхний больший цилиндр, препускная магистраль соединена с выкидной линией насоса.A double-acting well pump containing a submersible motor with hydraulic protection, a working pump drive that converts rotational motion into a reciprocating, working pump connected to a polished rod drive, characterized in that the working pump consists of two working cylinders connected in series with each other and two plungers interconnected by a rod, while the diameter of the upper cylinder with the plunger is larger than the diameter of the lower cylinder with the plunger, the upper plunger of larger diameter is hollow with the pressure valve inside it, the lower plunger of smaller diameter is made monolithic and connected by means of a polished rod to the drive of the working pump, the cavity above the hollow plunger of larger diameter is connected to the annular annular space through the suction valve, the cavity under the monolithic plunger of smaller diameter is constantly connected to the annular annular space, the cavity under the upper hollow plunger of larger diameter is connected to the cavity above the lower monolithic plunger of smaller diameter and to the bypass mag Strahl, formed by the shell covering the outside of the larger upper cylinder prepusknaya trunk line connected to the pump flowline.

Description

Полезная модель относится к области насосостроения, в частности к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости с больших глубин, например, нефти из скважин.The utility model relates to the field of pump engineering, in particular to pumping units designed for lifting liquids from great depths, for example, oil from wells.

Известен скважинный насосный агрегат, который содержит установленный в цилиндре с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения и выполненный в виде двух участков разного диаметра полый плунжер с всасывающим и нагнетательным клапанами (клапанами плунжера). В цилиндре образованы верхняя и нижняя камеры, верхняя камера имеет перекрытое нагнетательным клапаном отверстие, а нижняя, как минимум, одним отверстием соединена с полостью плунжера, которая через всасывающий клапан соединена с приемом перекачиваемой жидкости. Участок плунжера большего диаметра имеет возможность расположения в верхней и нижней камерах, а участок меньшего диаметра - в нижней. Полость плунжера разделена, как минимум, одним промежуточным клапаном (см. патент РФ №2173404 кл. F04B 47/08 04.04.2000).Known borehole pumping unit, which contains installed in the cylinder with the possibility of axial reciprocating movement and made in the form of two sections of different diameters of the hollow plunger with suction and discharge valves (plunger valves). The upper and lower chambers are formed in the cylinder, the upper chamber has an opening blocked by the discharge valve, and the lower one is connected to the plunger cavity by at least one opening, which is connected to the intake of the pumped fluid through the suction valve. The section of the plunger of larger diameter has the possibility of location in the upper and lower chambers, and the section of the smaller diameter is in the bottom. The plunger cavity is divided by at least one intermediate valve (see RF patent No. 2173404 class. F04B 47/08 04/04/2000).

Использование этого изобретения повышает подачу насоса в скважинах с высоким газовым фактором. Однако, подача насоса происходит только при ходе плунжеров вверх. Обратный ход является «холостым», что снижает КПД данного насоса.Using this invention increases pump flow in high gas factor wells. However, the pump only flows when the plungers move up. The return stroke is "idle", which reduces the efficiency of this pump.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат для добычи нефти, содержащий масляный насос с приводом от погружного электродвигателя с компенсатором, рабочий поршневой насос с поршневым цилиндром, всасывающим клапаном, размещенным в поршне, и нагнетательным клапаном и гидродвигатель для привода рабочего поршневого насоса, причем полости цилиндра гидродвигателя связаны через распределитель масла со входом и через предохранительный клапан - с выходом масляного насоса, и шток поршня гидродвигателя через протектор соединен с поршнем рабочего поршневого насоса, кроме того, агрегат снабжен масляным баком с компенсатором его объема, в одной из секций которого установлены переливной клапан, регулятор расхода и фильтр, а гидродвигатель снабжен ограничителем хода поршня с путевым распределителем, при этом рабочий поршневой насос снабжен перепускной магистралью, дополнительным поршневым цилиндром с дополнительным поршнем и размещенным в последнем дополнительным всасывающим подпружиненным клапаном, дополнительный поршень жестко соединен посредством промежуточного штока с расположенным ниже него поршнем рабочего поршневого насоса, полости поршневых цилиндров разделены золотником распределителя откачиваемой среды, в стенке распределителя откачиваемой среды выполнены два ряда отверстий для сообщения рабочих полостей насоса с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны, охватывающей оба поршневые цилиндры, причем перепускная магистраль снабжена распределительным клапаном, расположенным между рядами отверстий распределителя откачиваемой среды, и выше дополнительного поршневого цилиндра подключена к нагнетательному клапану. Повышение производительности достигается за счет того, что рабочий поршневой насос выполнен двухпоршневым, при этом происходит попеременная подача потребителю откачиваемой из скважины среды из двух поршневых цилиндров. Таким образом при обратном ходе поршня потребителю производят подачу откачанной из скважины среды из дополнительного поршневого цилиндра, а при обратном ходе дополнительного поршня подача потребителю откачанной среды производится из ”основного” поршневого цилиндра, что позволяет поднять производительность агрегата в 2 раза. (см. патент РФ №2235907, кл. F04B 47/08. 14.04.2003).The closest to the utility model in terms of technical nature and the achieved result is a borehole electro-hydraulic pump unit for oil production, comprising an oil pump driven by a submersible electric motor with a compensator, a working piston pump with a piston cylinder, a suction valve located in the piston, and a discharge valve and a hydraulic motor for driving a working piston pump, and the cavity of the hydraulic cylinder is connected through the oil distributor to the inlet and through the safety valve an - with the output of the oil pump, and the piston rod of the hydraulic motor through the tread is connected to the piston of the working piston pump, in addition, the unit is equipped with an oil tank with a compensator for its volume, in one of the sections of which there is an overflow valve, flow regulator and filter, and the hydraulic motor is equipped with a limiter the stroke of the piston with a directional distributor, while the working piston pump is equipped with a bypass line, an additional piston cylinder with an additional piston and an additional suction pipe located in the latter by a spring-loaded valve, the additional piston is rigidly connected by means of an intermediate rod to the piston of the working piston pump located below it, the cavities of the piston cylinders are separated by the spool of the pumped-off medium, two rows of holes are made in the wall of the pumped-off pump to communicate the working cavities of the pump with a bypass line formed by the shell, on the outside, covering both piston cylinders, and the bypass line is equipped with a distribution valve Ahn, disposed between the rows of holes of the distributor pumped medium, and the above additional piston cylinder connected to the discharge valve. The increase in productivity is achieved due to the fact that the working piston pump is made of a two-piston, while there is an alternate supply to the consumer of the medium pumped out of the well from two piston cylinders. Thus, during the reverse stroke of the piston, the consumer is supplied with the medium pumped out from the well from the additional piston cylinder, and during the reverse stroke of the additional piston, the consumer is pumped with the pumped medium from the “main” piston cylinder, which makes it possible to increase the unit productivity by 2 times. (see RF patent No. 2235907, CL F04B 47/08. 04/14/2003).

Однако, данная конструкция представляется недостаточно надежной из-за наличия дополнительных разделительных клапанов в перепускной магистрали, а так же наличием золотника распределителя откачиваемой среды, работающего при больших перепадах давления в абразиво содержащей пластовой жидкости.However, this design does not seem to be reliable enough due to the presence of additional isolation valves in the bypass line, as well as the presence of a spool of the pumped-over medium distributor operating at large pressure drops in the abrasive-containing formation fluid.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение надежности и упрощение конструкции скважинного насоса двойного действия..The task to which the present utility model is directed is to increase the reliability and simplify the design of a double-acting borehole pump ..

Указанная задача решается за счет того, что скважинный насос двойного действия включает в себя погружной электродвигатель с гидрозащитой, привод рабочего насоса и рабочий насос. Привод скважинного насоса двойного действия может представлять собой гидропривод, шарико-винтовую передачу или другую передачу, преобразующую вращательное движение в возвратно-поступательное. Также в качестве привода может быть использован линейный электродвигатель. Рабочий насос состоит из верхнего цилиндра и плунжера и нижнего цилиндра и плунжера. Цилиндры последовательно соединены между собой муфтами, плунжеры жестко соединены между собой штоком. Диаметр верхнего цилиндра и плунжера имеет больший размер, чем диаметр нижнего цилиндра и плунжера. Рабочий насос крепится к приводу рабочего насоса с помощью основания, в котором установлены уплотнения, препятствующие попаданию пластовой жидкости внутрь привода. Плунжер большего диаметра полый и имеет нагнетательный клапан. Плунжер меньшего диаметра выполнен в виде монолитного штока и соединен с приводом посредством полированного штока. Пространство цилиндра под плунжером меньшего диаметра постоянно соединено с затрубным кольцевым пространством. Скважинный насос двойного действия снабжен перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны охватывающей цилиндр большего диаметра. Перепускная магистраль соединяется с полостью под верхним плунжером и полостью над нижним плунжером посредством, как минимум, одного отверстия, расположенного в муфте, соединяющей цилиндры. Пространство цилиндра над плунжером большего диаметра соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия в корпусе и всасывающего клапана, установленного в перегородке с отверстиями для прохода нефти из скважины в цилиндр большего диаметра и отверстиями для прохода нефти из перепускной магистрали в колонну насосно-компрессорных труб. В результате, за счет обеспечения перераспределения подачи откачиваемой среды на период хода плунжера вверх и на период хода плунжеров вниз, достигается повышение надежности за счет снижения осевой нагрузки на шток соединяющий плунжеры и полированный шток, упрощается конструкция насоса.This problem is solved due to the fact that the double-acting borehole pump includes a submersible motor with hydraulic protection, the drive of the working pump and the working pump. The double-acting borehole pump drive may be a hydraulic drive, ball screw transmission or other transmission that converts rotational motion into reciprocating. Also, a linear electric motor can be used as a drive. The working pump consists of an upper cylinder and a plunger and a lower cylinder and a plunger. Cylinders are sequentially interconnected by couplings, plungers are rigidly interconnected by a rod. The diameter of the upper cylinder and plunger is larger than the diameter of the lower cylinder and plunger. The working pump is attached to the drive of the working pump using a base in which seals are installed that prevent the formation fluid from entering the drive. The larger plunger is hollow and has a discharge valve. The smaller plunger is made in the form of a monolithic rod and is connected to the drive by means of a polished rod. The space of the cylinder under the plunger of smaller diameter is constantly connected to the annular annular space. The double-acting borehole pump is equipped with a bypass line formed by a shell, on the outside covering a larger cylinder. The bypass line is connected to the cavity under the upper plunger and the cavity above the lower plunger through at least one hole located in the coupling connecting the cylinders. The space of the cylinder above the larger plunger is connected to the annular annular space through at least one hole in the housing and a suction valve installed in the baffle with holes for oil to pass from the well into the larger cylinder and holes for oil to pass from the bypass line to the pump compressor pipes. As a result, by ensuring the redistribution of the pumped medium supply over the period of the plunger stroke up and for the period of plunger stroke down, an increase in reliability is achieved by reducing the axial load on the rod connecting the plungers and polished rod, the pump design is simplified.

На чертеже изображен продольный разрез скважинного насоса двойного действияThe drawing shows a longitudinal section of a double-acting borehole pump

Скважинный насос двойного действия содержит кинематически связанные между собой погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2, привод рабочего насоса 3 и рабочий насос, включающий нижний цилиндр 4 меньшего диаметра с монолитным плунжером 5 и верхний цилиндр 6 большего диаметра с полым плунжером 7, снабженным нагнетательным клапаном 8. Плунжер большего диаметра и плунжер меньшего диаметра соединены между собой штоком 9.Плунжер меньшего диаметра 5 соединен с приводом посредством полированного штока 10. Пространство цилиндра под плунжером меньшего диаметра постоянно соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия 20.Рабочий насос крепится к приводу 3 с помощью основания 11, в котором установлены уплотнения 12, препятствующие попаданию пластовой жидкости внутрь привода. Скважинный насос двойного действия снабжен перепускной магистралью 22, образованной посредством оболочки 13, с внешней стороны охватывающей цилиндр большего диаметра 6. Перепускная магистраль 22 соединяется с полостью под верхним плунжером 7 и полостью над нижним плунжером 5 посредством, как минимум, одного отверстия 14, расположенного в муфте 25,соединяющей верхний 6 и нижний 4 цилиндры. Пространство цилиндра над плунжером большего диаметра соединено с затрубным кольцевым пространством посредством, как минимум, одного отверстия 23 и всасывающего клапана 15, установленного в перегородке 21 с отверстием 16 для прохода нефти из полости над всасывающим клапаном в цилиндр большего диаметра и отверстием 17 для прохода нефти из перепускной магистрали в колонну. В верхней части рабочего насоса расположена ловильная головка 18, в которую может быть установлен обратный клапан 19. Привод 3 скважинного насоса двойного действия может представлять собой гидропривод, шарико-винтовую передачу или другую передачу, преобразующую вращательное движение в возвратно-поступательное. Также в качестве привода может быть использован линейный электродвигатель.The double-acting well pump contains kinematically interconnected submersible motor 1 with hydraulic protection 2, a working pump drive 3 and a working pump, including a lower cylinder 4 of a smaller diameter with a monolithic plunger 5 and an upper cylinder 6 of a larger diameter with a hollow plunger 7 equipped with a discharge valve 8. A larger diameter plunger and a smaller diameter plunger are interconnected by a rod 9. A smaller diameter plunger 5 is connected to the drive by a polished rod 10. The cylinder space under the plunger is The larger diameter is constantly connected to the annular annular space by means of at least one hole 20. The working pump is attached to the actuator 3 by means of a base 11, in which seals 12 are installed to prevent formation fluid from entering the actuator. The double-acting well pump is equipped with a bypass line 22 formed by a shell 13, on the outside covering a cylinder of a larger diameter 6. The bypass line 22 is connected to the cavity under the upper plunger 7 and the cavity above the lower plunger 5 through at least one hole 14 located in a coupling 25 connecting the upper 6 and lower 4 cylinders. The space of the cylinder above the larger diameter plunger is connected to the annular annular space by means of at least one opening 23 and a suction valve 15 installed in the baffle 21 with an opening 16 for passage of oil from the cavity above the suction valve into the cylinder of a larger diameter and an opening 17 for passage of oil from Bypass line to the convoy. A fishing head 18 is located in the upper part of the working pump, into which a non-return valve 19 can be installed. The actuator 3 of a double-acting borehole pump can be a hydraulic actuator, a ball-screw gear, or another gear that converts rotational motion into reciprocating. Also, a linear electric motor can be used as a drive.

Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат работает следующим образом.Downhole electrohydraulic pump unit operates as follows.

При спуске насосного агрегата в скважину добываемая жидкость поступает в полость над полым плунжером цилиндра 6 рабочего насоса соответственно через отверстия 23 и 16. Под действием гидростатического давления всасывающий 15 и обратный 19 клапаны открываются, и жидкость заполняет колонну насосно-компрессорных труб 24 до уровня жидкости в затрубном кольцевом пространстве скважины. При включении погружного электродвигателя 1, крутящий момент через кинематически связанную с ним гидрозащиту 2 передается на привод рабочего насоса 3,, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное. При движении плунжеров 5и 7,соединенных между собой штоком 9, вверх всасывающий клапан 15 закрыт, а нагнетательный 8 и обратный 19 клапана открыты. Пластовая жидкость вытесняется плунжером 5 из полости цилиндра 4, соединенной с полостью цилиндра 6, а затем через отверстие 14 в муфте 25, перепускную магистраль 22,отверстие 17, обратный клапан 19 и колонну насосно-компрессорных труб 24, вытесняется на поверхность. При этом пространство под плунжером 5 заполняется пластовой жидкостью через отверстие 20. При движении плунжеров 5 и 7, соединенных между собой штоком 9, вниз нагнетательный клапан 8 закрыт, обратный клапан 19 и всасывающий клапан 15 открыты. Так как площадь поперечного сечения верхнего плунжера 7 больше площади поперечного сечения нижнего плунжера 5,пластовая жидкость вытесняется из цилиндра 6, а затем через отверстие 14 в муфте 25,перепускную магистраль 22,отверстие 17, обратный клапан 19 и колонну насосно-компрессорных труб 24, вытесняется на поверхность, часть объема пластовой жидкости из цилиндра 6 идет на заполнение полости цилиндра 4 над плунжером 5. При движении плунжеров вниз также происходит заполнение цилиндра 6 пластовой жидкостью из затрубного кольцевого пространства через отверстия 16 и 23 и всасывающего клапана 15, а пластовая жидкость из полости цилиндра 4, находящейся под плунжером 5 вытесняется через отверстие 20 в затрубное кольцевое пространство. Общая суммарная подача скважинного насоса двойного действия за время движения плунжеров вверх и вниз будет определяться объемом пластовой жидкости, заполняемой верхний цилиндр 6 большего диаметра, однако, за счет того, что подача жидкости распределяется как на ход плунжеров 5 и 7 вверх, так и на ход плунжеров 5 и 7 вниз, а осевое усилие на шток 9, полированный шток 10 и на привод 3 будет, пропорционально разности площадей верхнего большего плунжера 7 и нижнего меньшего плунжера 5 при ходе плунжеров вниз и осевое усилие на полированный шток 10 и на привод 3 при ходе плунжеров вверх будет пропорционально площади нижнего меньшего плунжера 5, что обеспечивает снижение осевой нагрузки на шток 9, полированный шток 10 и привод 3. Повышается надежность скважинного насоса двойного действия. За счет исключения всасывающего и нагнетательного клапана в нижнем плунжере 5, упрощается конструкция скважинного насоса двойного действия насоса.When the pump unit is lowered into the well, the produced fluid enters the cavity above the hollow plunger of the cylinder 6 of the working pump through the openings 23 and 16, respectively. Under the influence of hydrostatic pressure, the suction 15 and return 19 valves open and the liquid fills the tubing string 24 to the liquid level in annular annulus of the well. When the submersible motor 1 is turned on, the torque is transmitted through a kinematically connected hydroprotection 2 to the drive of the working pump 3, which converts the rotational motion into reciprocating. When the plungers 5 and 7, interconnected by the rod 9, move up, the suction valve 15 is closed, and the discharge 8 and the check valve 19 are open. The formation fluid is displaced by the plunger 5 from the cavity of the cylinder 4, connected to the cavity of the cylinder 6, and then through the hole 14 in the sleeve 25, the bypass line 22, the hole 17, the check valve 19 and the tubing string 24, is forced to the surface. In this case, the space under the plunger 5 is filled with formation fluid through the opening 20. When the plungers 5 and 7 are connected to each other by the rod 9, the discharge valve 8 is closed downward, the non-return valve 19 and the suction valve 15 are open. Since the cross-sectional area of the upper plunger 7 is larger than the cross-sectional area of the lower plunger 5, the formation fluid is forced out of the cylinder 6, and then through the hole 14 in the coupling 25, the bypass line 22, the hole 17, the check valve 19 and the tubing string 24, is displaced to the surface, part of the volume of the formation fluid from the cylinder 6 is used to fill the cavity of the cylinder 4 above the plunger 5. When the plungers move downward, the cylinder 6 also fills with the formation fluid from the annulus es holes 16 and 23 and the suction valve 15 and the formation fluid from the cylinder space 4 under the plug 5 is displaced through the opening 20 into the annular annulus. The total total supply of a double-acting borehole pump during the movement of the plungers up and down will be determined by the volume of reservoir fluid filling the upper cylinder 6 with a larger diameter, however, due to the fact that the fluid supply is distributed both upward and downstream plungers 5 and 7 plungers 5 and 7 down, and the axial force on the rod 9, polished rod 10 and on the actuator 3 will be proportional to the difference between the areas of the upper larger plunger 7 and the lower smaller plunger 5 when the plungers move down and the axial force on the polished rod 10 and the drive 3 when the plungers move upward will be proportional to the area of the lower smaller plunger 5, which reduces the axial load on the rod 9, polished rod 10 and actuator 3. The reliability of the double-acting borehole pump increases. By eliminating the suction and discharge valves in the lower plunger 5, the design of the double-acting borehole pump of the pump is simplified.

Claims

A double-acting well pump containing a submersible motor with hydraulic protection, a working pump drive that converts rotational motion into a reciprocating, working pump connected to a polished rod drive, characterized in that the working pump consists of two working cylinders connected in series with each other and two plungers interconnected by a rod, while the diameter of the upper cylinder with the plunger is larger than the diameter of the lower cylinder with the plunger, the upper plunger of larger diameter is hollow with the pressure valve inside it, the lower plunger of smaller diameter is made monolithic and connected by means of a polished rod to the drive of the working pump, the cavity above the hollow plunger of larger diameter is connected to the annular annular space through the suction valve, the cavity under the monolithic plunger of smaller diameter is constantly connected to the annular annular space, the cavity under the upper hollow plunger of a larger diameter is connected to the cavity above the lower monolithic plunger of a smaller diameter and to the bypass mag Strahl, formed by the shell covering the outside of the larger upper cylinder prepusknaya trunk line connected to the pump flowline.