RU147159U1

RU147159U1 - INSTALLATION OF SUBMERSIBLE PLUNGER PUMP WITH TRANSMISSION ROTATION SCREW-NUT FOR LIFTING A GAS-FLUID MIXTURE FROM OIL WELLS

Info

Publication number: RU147159U1
Application number: RU2013157894/06U
Authority: RU
Inventors: Салихьян Шакирьянович Шарипов
Original assignee: Салихьян Шакирьянович Шарипов
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-10-27

Abstract

1. Установка погружного плунжерного насоса для подъема жидкости с большой глубины, включающая корпус, погружной электродвигатель, снабженный гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штоком плунжера насоса, причем шток уплотнен в корпусе и связан с гайкой качения посредством цилиндрического полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренняя полость корпуса заполнена барьерным маслом, отличающаяся тем, что насос содержит цилиндр с подвижно соединенным с ним плунжером, а также нагнетательный клапан и всасывающий клапан, расположенный на головке плунжера, и между ними образована полость, сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины через приемные сетки, установленные в стенках цилиндра плунжерного насоса, причем погружной электродвигатель выполнен вентильным и его вал соединен с винтом передачи винт-гайка качения через опорно-подшипниковый узел, расположенный в нижней части корпуса над гидрозащитой, а вентильный электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что передача винт-гайка качения выполнена в виде роликовинтовой или шариковинтовой передачи.1. Installation of a submersible plunger pump for lifting liquids from great depths, including a housing, a submersible motor equipped with hydraulic protection, the drive shaft of which is connected to a screw-nut rolling gear screw, which is movably connected to the housing and connected to the pump plunger rod, the rod being sealed in the housing and is connected to the rolling nut by means of a cylindrical hollow rod that encloses the screw and enters into the movable connection with it, and the internal cavity of the housing is filled with barrier oil, characterized We note that the pump contains a cylinder with a plunger movably connected to it, as well as a discharge valve and a suction valve located on the head of the plunger, and a cavity is formed between them, communicating with the cavity of the annulus of the well through receiving grids installed in the walls of the cylinder of the plunger pump, the submersible motor is made by a valve motor and its shaft is connected to a screw-nut rolling screw transmission through a bearing-bearing assembly located in the lower part of the housing above the hydraulic protection, and the valve electric The motor is connected to a control station containing a controller with firmware. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the rolling screw-nut rolling is made in the form of a roller screw or ball screw transmission.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающему оборудованию и может быть использована для подъема газожидкостной смеси с большой глубины.The utility model relates to oil and gas production equipment and can be used to lift a gas-liquid mixture from great depths.

Широко распространено при подъеме газожидкостной смеси из нефтяных скважин использование штанговых глубинных насосов, которых в России насчитывается 53000 единиц.When lifting a gas-liquid mixture from oil wells, it is widespread to use sucker rod pumps, of which there are 53,000 units in Russia.

Такая насосная установка состоит из станка-качалки (СК), оборудования устья скважин, насосных штанг, насосно-компрессорных труб (НКТ), подвешенных на планшайбе, и скважинного штангового насоса (СШН). Посредством колонны насосных штанг плунжеру насоса передается возвратно-поступательное движение от электродвигателя через редуктор и кривошипно-шатунный механизм станка-качалки.Such a pump installation consists of a rocking machine (SK), wellhead equipment, sucker rods, tubing (tubing) suspended on the faceplate, and a borehole sucker rod pump (SShN). The reciprocating movement from the electric motor through the gearbox and the crank mechanism of the pumping unit is transmitted through the pump rod string.

Недостатком известного способа является необходимость подготовки фундамента для СК, монтажа многотонного СК на устье скважин, большая металлоемкость, передача усилий на плунжер насоса за счет многотонной колонны штанг, низкая возможность изменения режима работы установки, частый обрыв штанг, истирание лифта НКТ и штанг за счет истирания и усталостного разрушения штанги и НКТ, низкий КПД установки, невозможность работать в скважинах глубже 1600-1800 метров (потребность до 4000 м.), экологическая опасность за счет частых утечек нефти из устьевых сальников.The disadvantage of this method is the need to prepare the foundation for SC, mounting a multi-ton SC at the wellhead, high metal consumption, transferring forces to the pump plunger due to the multi-ton string of rods, low ability to change the operating mode of the installation, frequent breakage of rods, abrasion of the tubing and rods due to abrasion and fatigue failure of the rod and tubing, low installation efficiency, inability to work in wells deeper than 1600-1800 meters (need up to 4000 m), environmental hazard due to frequent oil spills from the wellhead balling.

Известен наземный привод штангового насоса, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с двухходовым винтом передачи винт-гайка. При вращении винта гайка, соединенная со штангами, совершает возвратно-поступательные движения в осевом направлении по вертикальной направляющей (Патент РФ №2133875, МПК F04B 47/08, опубл. 10.05.2001 г.).A ground-based drive of a sucker-rod pump is known, comprising an electric motor kinematically connected with a two-way screw-nut transmission screw. When the screw rotates, the nut connected to the rods makes reciprocating movements in the axial direction along the vertical guide (RF Patent No. 2133875, IPC F04B 47/08, published on 05/10/2001).

Недостатком привода является быстрый износ и небольшой срок службы передачи винт-гайка скольжения и низкий КПД вследствие высоких потерь на трение.The disadvantage of the drive is its rapid wear and short transmission life of the screw-nut slip and low efficiency due to high friction losses.

Известен наземный привод скважинного плунжерного насоса, содержащий, по меньшей мере, два установленных параллельно шарико-винтовых привода штанг от реверсивного электродвигателя. Гайки привода, соединенные траверсой с полированным штоком, совершают возвратно-поступательное движение. Винты соединены с электродвигателем и защищены от окружающей среды гофрированными оболочками. В верхней и нижней точках корпуса установлены концевые выключатели для переключения реверса электродвигателя, а также выключатель аварийного снятия напряжения (Патент США №5404767 МПК F04D 47|022, опубл. 1995.01.05.).A well-known surface drive of a borehole plunger pump, comprising at least two parallel-mounted ball-screw drive rods from a reversible electric motor. The drive nuts connected by a traverse to a polished rod perform a reciprocating motion. The screws are connected to the electric motor and protected from the environment by corrugated shells. At the upper and lower points of the casing, limit switches are installed to switch the reverse of the electric motor, as well as an emergency voltage relief switch (US Patent No. 5404767 IPC F04D 47 | 022, publ. 1995.01.05.).

Однако известный привод обладает ограниченными функциональными возможностями, обусловленными достаточно большими габаритами и недостаточной герметизацией шарико-винтовой передачи, что не позволяет его использовать в погружном варианте.However, the known drive has limited functionality due to the sufficiently large dimensions and insufficient sealing of the ball screw, which does not allow it to be used in the submersible version.

Наиболее близким к предложенному является погружной насосный агрегат (Патент РФ №2347947, МПК F04B 47/06, опубл. 27.02.2009 г.), который включает корпус, эластичную оболочку, реверсивный электродвигатель, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штангой привода плунжерного насоса. Штанга уплотнена в корпусе и связана с гайкой посредством полого цилиндрического штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренние полости корпуса и эластичной оболочки заполнены маслом. Наружная поверхность оболочки сообщается с полостью скважины, а на винте и полом штоке установлены демпферы в виде пружин.Closest to the proposed is a submersible pump unit (RF Patent No. 2347947, IPC F04B 47/06, publ. 02/27/2009), which includes a housing, an elastic shell, a reversible electric motor, the drive shaft of which is connected to the screw-nut located in a movable connection with the housing and connected to the actuator rod of the plunger pump. The rod is sealed in the housing and connected to the nut by means of a hollow cylindrical rod that encloses the screw and enters into the movable connection with it, and the internal cavities of the housing and the elastic shell are filled with oil. The outer surface of the shell communicates with the cavity of the well, and dampers in the form of springs are installed on the screw and hollow stem.

Данное изобретение может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины, но имеет следующие недостатки при использовании в нефтяных скважинах:This invention can be used to lift liquids from great depths, but has the following disadvantages when used in oil wells:

- наличие пружинных демпферов, подверженных быстрому износу в газожидкостных средах, снижает надежность установки;- the presence of spring dampers, subject to rapid wear in gas-liquid environments, reduces the reliability of the installation;

- нечеткость срабатывания реверса двигателя из-за переменной вязкости нефтяного флюида снижает коэффициент полезного действия установки, снижает ее надежность.- the fuzzy response of the engine reverse due to the variable viscosity of the oil fluid reduces the efficiency of the installation, reduces its reliability.

Задачей полезной модели является создание экономически эффективной и надежной установки для подъема газожидкостной смеси из малодебитных скважин и из глубоколежащих нефтяных пластов.The objective of the utility model is to create a cost-effective and reliable installation for lifting a gas-liquid mixture from low-production wells and from deep-seated oil reservoirs.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности установки, ее производительности, сокращение энергозатрат.The technical result of the utility model is to increase the reliability of the installation, its performance, reduce energy consumption.

Указанный технический результат достигается установкой погружного плунжерного насоса для подъема жидкости с большой глубины, включающей корпус, погружной электродвигатель, снабженный гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штоком плунжера насоса, причем шток уплотнен в корпусе и связан с гайкой качения посредством цилиндрического полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренняя полость корпуса заполнена барьерным маслом, в которой в отличие от прототипа насос содержит цилиндр с подвижно соединенным с ним плунжером, а также нагнетательный клапан и всасывающий клапан, расположенный на головке плунжера, и между ними образована полость, сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины через приемные сетки, установленные в стенках цилиндра плунжерного насоса, причем погружной электродвигатель выполнен вентильным и его вал соединен с винтом передачи винт-гайка качения через опорно-подшипниковый узел, расположенный в нижней части корпуса над гидрозащитой, а вентильный электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением.The specified technical result is achieved by installing a submersible plunger pump for lifting liquids from great depths, including a housing, a submersible motor equipped with hydraulic protection, the drive shaft of which is connected to the transmission screw screw-nut rolling, which is in a movable connection with the housing and connected to the rod of the pump plunger, the rod is sealed in the housing and connected to the rolling nut by means of a cylindrical hollow rod that encloses the screw and enters into the movable connection with it, and the internal cavity of the housing CA is filled with barrier oil, in which, unlike the prototype, the pump contains a cylinder with a plunger movably connected to it, as well as a discharge valve and a suction valve located on the head of the plunger, and a cavity is formed between them, communicating with the cavity of the annulus of the well through receiving grids, installed in the walls of the cylinder of the plunger pump, and the submersible motor is made valve and its shaft is connected to the transmission screw screw-nut rolling through the bearing-bearing unit located in bo ttom of body seal section above, and the valve motor connected to a control station comprising a controller with embedded software.

Согласно полезной модели передача винт-гайка качения выполнена в виде ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.According to a utility model, the rolling screw-nut transmission is made in the form of a roller-screw or ball-screw transmission.

Предложенная совокупность существенных признаков позволяет получить указанный технический результат за счет управления процессом переключения направления вращения вентильного электродвигателя посредством запрограммированного контроллера без использования ненадежных узлов, таких, как пружинные демпферы, а также за счет конструктивных особенностей плунжерного насоса, обеспечивающих эффективное выталкивание жидкости за пределы нагнетательного клапана в насосно-компрессорную трубу.The proposed set of essential features allows to obtain the specified technical result by controlling the process of switching the direction of rotation of the valve electric motor through a programmed controller without the use of unreliable components, such as spring dampers, as well as due to the design features of the plunger pump, which ensure effective expulsion of the fluid beyond the discharge valve in tubing.

На фиг. 1 схематично изображена установка погружного плунжерного насоса с передачей винт-гайка качения.In FIG. 1 schematically shows the installation of a submersible plunger pump with transmission of a rolling screw-nut.

Установка содержит корпус 1, погружной вентильный электродвигатель 2 с гидрозащитой 3, основание ролико-винтовой передачи 4 с установленным на нем опорно-подшипниковым узлом 5. Ведущий вал вентильного электродвигателя 2 соединен с винтом 6 ролико-винтовой передачи, по которому внутри корпуса 1 перемещается гайка качения 7, соединенная посредством цилиндрического полого штока 8 и центратора 9 со штоком 10 плунжера 11, который передвигается в цилиндре 12 плунжерного насоса в результате преобразования вращательного движения вентильного электродвигателя в возвратно-поступательное движение плунжера. Шток 10 плунжера уплотнен в корпусе 1 посредством сальникового узла 13, обеспечивающего герметизацию внутренней полости корпуса, заполненной барьерным маслом, от попадания скважинной жидкости. В стенках цилиндра 12 плунжерного насоса установлены приемные сетки 14, через которые из затрубного пространства поступает скважинная жидкость и которые предотвращают попадание в полость плунжерного насоса посторонних предметов. На головке плунжера 11 расположен всасывающий клапан 15, плунжерный насос в его верхней части снабжен нагнетательным клапаном 16 и соединен с насосно-компрессорной трубой 17 через обратный клапан 18. Верхняя полость гидрозащиты 3 компенсирует изменение объема барьерного масла, находящегося во внутренней полости корпуса 1 установки, а ее нижняя полость компенсирует изменение объема диэлектрического масла, заполняющего погружной вентильный электродвигатель 2. К вентильному электродвигателю 2 подведен токовод 19 и погружной кабель 20 для подачи высоковольтного напряжения. Плунжер 11 может быть дополнительно снабжен нижним всасывающим клапаном 21.The installation comprises a housing 1, a submersible valve motor 2 with hydroprotection 3, the base of a roller screw drive 4 with a support-bearing assembly 5 mounted on it. The drive shaft of the valve motor 2 is connected to a screw 6 of a roller screw transmission through which a nut moves inside the case 1 rolling 7, connected by means of a cylindrical hollow rod 8 and a centralizer 9 with the rod 10 of the plunger 11, which moves in the cylinder 12 of the plunger pump as a result of the conversion of the rotational movement of the valve electrode igatelya a reciprocating plunger. The stem 10 of the plunger is sealed in the housing 1 by means of a stuffing box 13, which provides sealing of the internal cavity of the housing filled with barrier oil from the ingress of well fluid. Receiving grids 14 are installed in the walls of the cylinder 12 of the plunger pump, through which well fluid flows from the annulus and which prevents foreign objects from entering the cavity of the plunger pump. A suction valve 15 is located on the head of the plunger 11, the plunger pump in its upper part is equipped with a discharge valve 16 and is connected to the tubing 17 through a non-return valve 18. The upper hydraulic protection chamber 3 compensates for the change in the volume of barrier oil located in the internal cavity of the installation housing 1, and its lower cavity compensates for the change in the volume of dielectric oil filling the submersible valve motor 2. A current lead 19 and an immersion cable 20 for supply are connected to the valve motor 2 high voltage. The plunger 11 may be further provided with a lower suction valve 21.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Установку для подъема газожидкостной смеси из нефтяных скважин опускают ниже динамического уровня, чтобы скважинная жидкость из затрубного пространства поступала через приемные сетки 14 в полость А полого плунжера 11 насоса и полость Б насоса, которая образована между всасывающим клапаном 15 и нагнетательным клапаном 16. За счет ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи, приводимой в движение вентильным электродвигателем, при движении плунжера вниз происходит заполнение полости насоса скважинной жидкостью, т.е. газожидкостной смесью. По достижении плунжером 11, а следовательно гайкой качения 7 передачи винт-гайка самого нижнего положения станция управления установкой по сигналам с контроллера со встроенным программным обеспечением, переключает вентильный электродвигатель в другое направление вращения. Ролико (шарико)-винтовая передача начинает перемещать через полый цилиндрический шток 8 и шток 10 плунжера 11 вверх, тем самым вытесняя жидкость из полости Б за пределы нагнетательного клапана 16. При этом вся масса жидкости, находящейся в НКТ 17 поднимается на поверхность земли и двигается по сборным трубопроводам. Чем меньше объем полости Б при верхнем положении плунжера 11, тем эффективнее вытеснение из этой полости газожидкостной смеси в случае большого количества газа в составе скважинной жидкости. Затем, по достижении самого верхнего положения программное управление переключает электродвигатель в другое направление вращения, и цикл работы установки повторяется.The installation for raising the gas-liquid mixture from oil wells is lowered below a dynamic level so that the well fluid from the annulus flows through the intake grids 14 into the cavity A of the hollow plunger 11 of the pump and the cavity B of the pump, which is formed between the suction valve 15 and the discharge valve 16. Due to the roller -screw or ball-screw transmission, driven by a valve motor, when the plunger moves down, the pump cavity is filled with borehole fluid, i.e. gas-liquid mixture. Upon reaching the plunger 11, and therefore the rolling nut 7 of the screw-nut transmission to its lowest position, the installation control station, by signals from a controller with built-in software, switches the valve motor to a different direction of rotation. The roller (ball) -screw transmission begins to move through the hollow cylindrical rod 8 and the rod 10 of the plunger 11 upwards, thereby displacing the liquid from the cavity B beyond the pressure valve 16. In this case, the entire mass of liquid in the tubing 17 rises to the surface of the earth and moves on prefabricated pipelines. The smaller the volume of the cavity B at the upper position of the plunger 11, the more efficient the displacement of the gas-liquid mixture from this cavity in the case of a large amount of gas in the composition of the well fluid. Then, upon reaching its highest position, program control switches the motor to a different direction of rotation, and the installation cycle is repeated.

При помощи станции управления установкой можно менять частоту напряжения, подаваемого на электродвигатель, и таким образом изменять число двойных ходов плунжера (вниз-вверх) и скорости движения плунжера насоса. Путем регулирования времени ожидания переключения вентильного электродвигателя в совокупности со скоростью движения плунжера достигается регулирование производительности установки с помощью пульта управления. При этом не требуется ее подъем и изменение кинематики. Предложенная установка погружного плунжерного насоса с погружным вентильным электродвигателем позволяет эксплуатировать нефтяные скважины в наиболее оптимальном и экономичном режиме.Using the installation control station, you can change the frequency of the voltage supplied to the electric motor, and thus change the number of double strokes of the plunger (down-up) and the speed of the pump plunger. By adjusting the waiting time for switching the valve motor in conjunction with the speed of the plunger, it is possible to control the performance of the installation using the control panel. It does not require its rise and change in kinematics. The proposed installation of a submersible plunger pump with a submersible valve electric motor allows you to operate oil wells in the most optimal and economical mode.

Таким образом, предложенная полезная модель позволяет осуществлять эффективный подъем газожидкостной смеси из глубоких нефтяных пластов при обеспечении надежности конструкции и сокращении энергозатрат.Thus, the proposed utility model makes it possible to efficiently lift a gas-liquid mixture from deep oil reservoirs while ensuring the reliability of the structure and reducing energy consumption.

Claims

1. Installation of a submersible plunger pump for lifting liquids from great depths, including a housing, a submersible motor equipped with hydraulic protection, the drive shaft of which is connected to a screw-nut rolling gear screw, which is movably connected to the housing and connected to the pump plunger rod, the rod being sealed in the housing and is connected to the rolling nut by means of a cylindrical hollow rod that encloses the screw and enters into the movable connection with it, and the internal cavity of the housing is filled with barrier oil, characterized We note that the pump contains a cylinder with a plunger movably connected to it, as well as a discharge valve and a suction valve located on the head of the plunger, and a cavity is formed between them, communicating with the cavity of the annulus of the well through receiving grids installed in the walls of the cylinder of the plunger pump, the submersible motor is made by a valve motor and its shaft is connected to a screw-nut rolling screw transmission through a bearing-bearing assembly located in the lower part of the housing above the hydraulic protection, and the valve electric The motor is connected to a control station containing a controller with firmware.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the rolling screw-nut rolling is made in the form of a roller screw or ball screw transmission.