RU175380U1

RU175380U1 - DEPTH BAR ROD FOR OPERATION IN THE HORIZONTAL WELL OF A WELL

Info

Publication number: RU175380U1
Application number: RU2016146131U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валерьевич Арзуманов
Original assignee: Сергей Валерьевич Арзуманов
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-12-01

Abstract

Полезная модель может быть использована при добыче вязких, высоковязких и легких нефтей в вертикальных, наклонно-направленных (с углом наклона от 0 до 90 градусов) и горизонтальных скважинах.Штанговая глубинная установка для эксплуатации в горизонтальном стволе скважины содержит вставной штанговый глубинный насос (ШГН), который состоит из цилиндра насоса, соединенного в верхней части посредством муфты с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ). Внутри цилиндра имеется полый плунжер, соединенный в верхней части с колонной насосных штанг, и две клапанные пары. Верхняя (установленная непосредственно в плунжере) - нагнетательная и нижняя (установленная в цилиндре) - всасывающая. В нижней части штанговый глубинный насос оборудован пружинным тарельчатым клапаном, состоящий из пружины, штока, седла, тарелки и корпуса, который крепится к НКТ, в которой находится непосредственно ШГН, посредством муфтового соединения. Данная установка находится непосредственно в фильтре горизонтального ствола скважин.Данная полезная модель удешевляет конструкции штанговой насосной установки при добыче нефти с высокой вязкостью, а также при эксплуатации в скважинах с углом наклона в интервале спуска насосной установки от 0 до 90 градусов и повышает ее надежность и работоспособность за счет того, что не нарушается конструкция самого насоса, а размер обратного клапана обеспечивает его работоспособность.The utility model can be used in the production of viscous, high-viscosity and light oils in vertical, directional (with an angle of inclination from 0 to 90 degrees) and horizontal wells. , which consists of a pump cylinder connected in the upper part by means of a coupling with a tubing string (tubing). Inside the cylinder there is a hollow plunger connected in the upper part to the string of pump rods, and two valve pairs. Upper (installed directly in the plunger) - discharge and lower (installed in the cylinder) - suction. In the lower part, the sucker-rod suction pump is equipped with a spring poppet valve, consisting of a spring, a rod, a saddle, a plate and a housing, which is attached to the tubing, in which is located directly SHGN, through a sleeve connection. This installation is located directly in the filter of the horizontal wellbore. This utility model reduces the cost of the design of the sucker-rod pump unit for oil production with high viscosity, as well as for operation in wells with an angle of inclination in the interval of descent of the pump unit from 0 to 90 degrees and increases its reliability and performance due to the fact that the design of the pump itself is not violated, and the size of the check valve ensures its operability.

Description

Полезная модель относится к технике механизированной добычи нефти, а именно к скважинным штанговым глубинно насосным установкам и может быть использована при добыче вязких, высоковязких и легких нефтей в вертикальных, наклонно-направленных (с углом наклона от 0 до 90 градусов) и горизонтальных скважинах.The utility model relates to the technique of mechanized oil production, namely to downhole sucker rod pumping units and can be used in the production of viscous, highly viscous and light oils in vertical, directional (with an angle from 0 to 90 degrees) and horizontal wells.

Наиболее распространенным оборудованием для добычи жидкости из нефтяных скважин являются штанговые глубинные насосы (ШГН).The most common equipment for extracting fluid from oil wells is sucker rod pumps (SHG).

Известны скважинные штанговые насосы, предназначенные для откачки нефти с сопутствующей водой, газом и механическими примесями из недр земли, комплектующиеся одинарными клапанными узлами с седлами и плунжером (Нефтепромысловое оборудование: Справочник. / под ред. Е.И. Бухаленко - 2-е издание, переработ. и доп. - М. Недра, 1990 - 559 с., с. 77 (насос типа НВ1Б)). Что касается штанговых насосных установок, которые можно использовать для добычи высоковязких нефтей, а также в скважинах с отклонением от вертикали от 0 до 90 градусов, в том числе горизонтальных, то известны следующие:Well-known sucker-rod pumps designed for pumping oil with associated water, gas and mechanical impurities from the bowels of the earth, equipped with single valve assemblies with seats and a plunger (Oilfield equipment: Handbook. / Ed. E.I. Bukhalenko - 2nd edition, Ref. and add. - M. Nedra, 1990 - 559 p., p. 77 (pump type NV1B)). As for the sucker rod pumping units, which can be used for the production of highly viscous oils, as well as in wells with a deviation from the vertical from 0 to 90 degrees, including horizontal, the following are known:

1. Глубинный штанговый насос (патент РФ 2233995 на изобретение, авторы Ибрагимов Н.Г. и др., опубликовано 10.08.2004), содержащий цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седло держателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. Но при добычи нефти с высокой вязкостью или при большом зенитном угле в интервале спуска насоса, возможно зависание (залипание) клапанных пар и нарушение работоспособности установки. Можно допустить работу нагнетательного клапана за счет его динамического, возвратно-поступательного режима работы. Основной причиной является «зависание» нижнего, всасывающего клапана, в виду его статического положения.1. Deep sucker rod pump (patent of the Russian Federation 2233995 for the invention, the authors Ibragimov N.G. and others, published 10.08.2004), containing a cylinder with a suction valve and a plunger with a discharge valve. The suction and discharge valves consist of a hollow body, ball, seat, and holder seat. The body of the discharge valve is equipped with a pusher installed with the possibility of interaction with the ball of this valve. But when oil is produced with a high viscosity or with a large zenith angle in the interval of pump descent, valve pairs may hang (stick) and the unit may not function properly. It is possible to allow the operation of the discharge valve due to its dynamic, reciprocating mode of operation. The main reason is the “freezing” of the lower, suction valve, in view of its static position.

2. Глубинный штанговый насос (патент RU 157506 U1) содержит цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седло держателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. На взаимодействующем с шариком конце толкателя выполнен цилиндрический выступ. На корпусе всасывающего клапана выполнено соосное сквозное отверстие, снабженное подпружиненным пружиной сжатия толкателем, выполненным и расположенным аналогично толкателю, установленному на корпусе нагнетательного клапана.2. The deep sucker rod pump (patent RU 157506 U1) contains a cylinder with a suction valve and a plunger with a discharge valve. The suction and discharge valves consist of a hollow body, ball, seat, and holder seat. The body of the discharge valve is equipped with a pusher installed with the possibility of interaction with the ball of this valve. At the end of the pusher interacting with the ball, a cylindrical protrusion is made. On the body of the suction valve, a coaxial through hole is provided, equipped with a spring-loaded compression spring with a pusher made and arranged similarly to the pusher mounted on the body of the discharge valve.

3. Глубинный штанговый насос (патент RU 157453 U1) содержит цилиндр со всасывающим клапаном и плунжер с нагнетательным клапаном. Всасывающий и нагнетательный клапана состоят из корпуса, выполненного полым, шарика, седла и седлодержателя. Корпус нагнетательного клапана снабжен толкателем, установленным с возможностью взаимодействия с шариком этого клапана. Корпуса всасывающего и нагнетательного клапанов снабжены полым цилиндром, содержащем на одном конце и на наружной боковой стенке неподвижно закрепленный кольцевой выступ.3. The deep sucker rod pump (patent RU 157453 U1) contains a cylinder with a suction valve and a plunger with a discharge valve. The suction and discharge valves consist of a hollow body, ball, seat, and saddle post. The body of the discharge valve is equipped with a pusher installed with the possibility of interaction with the ball of this valve. The bodies of the suction and discharge valves are equipped with a hollow cylinder, which contains at one end and on the outer side wall a fixed annular protrusion.

А также кольцевой шариковый клапан (патент RU 76693 U1), который содержит корпус с седлом, шарик, расположенный в ступенчатом проходном канале и пружину, взаимодействующую через кольцевой опорный элемент с шариком, который используется в качестве клапанной пары штангового насоса.As well as an annular ball valve (patent RU 76693 U1), which contains a housing with a seat, a ball located in a stepped passage channel and a spring interacting through an annular supporting element with a ball, which is used as a valve pair of a rod pump.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является кольцевой шариковый клапан (патент RU 76693 U1) и глубинные штанговые насосы (патент RU 157453 U1 и патент RU 157506 U1), схожие по своей конструкции.The closest technical solution, selected as a prototype, is an annular ball valve (patent RU 76693 U1) and deep rod pumps (patent RU 157453 U1 and patent RU 157506 U1), similar in design.

Недостатками вышеперечисленных изобретений является удорожание конструкции насосных установок, использующихся в серийных производствах, а также снижение надежности установок ввиду наличия дополнительных конструктивных элементов, что может привести к преждевременной потери работоспособности установки, из-за малого размера составляющих, например пружинный механизм нагнетательного или всасывающего клапанов.The disadvantages of the above inventions are the increase in the cost of the design of pumping units used in serial production, as well as a decrease in the reliability of the units due to the presence of additional structural elements, which can lead to premature loss of plant operation, due to the small size of the components, for example, the spring mechanism of the discharge or suction valves.

Технической задачей полезной модели является удешевление конструкции штанговой насосной установки при добыче нефти с высокой вязкостью, а также при эксплуатации в скважинах с углом наклона в интервале спуска насосной установки от 0 до 90 градусов и повышение ее надежности и работоспособности.The technical task of the utility model is to reduce the cost of the design of the sucker-rod pumping unit during oil production with high viscosity, as well as when operating in wells with an inclination angle in the interval of descent of the pumping unit from 0 to 90 degrees and increasing its reliability and performance.

Поставленная техническая задача решается тем, что ниже штангового насоса устанавливается обратный пружинный тарельчатый клапан, который крепится непосредственно к колонне насосно-компрессорных труб, тем самым не нарушая конструкцию самого насоса, а, учитывая размер клапана (диаметр присоединительной резьбы 73 мм), повышается надежность установки.The stated technical problem is solved by the fact that a reverse spring poppet valve is installed below the rod pump, which is attached directly to the tubing string, thereby not violating the design of the pump itself, and, given the size of the valve (connection thread diameter 73 mm), installation reliability is increased .

На фигуре 1 схематично изображена штанговая глубинная установка для эксплуатации в горизонтальном стволе скважины. Установка содержит вставной штанговый глубинный насос (ШГН), который состоит из цилиндра насоса (7) (фиг. 1), соединенного в верхней части посредством муфты с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) (1). Внутри цилиндра имеется полый плунжер (3), соединенный в верхней части с колонной насосных штанг (2), и две клапанные пары. Верхняя (установленная непосредственно в плунжере) (4) - нагнетательная и нижняя (установленная в цилиндре) (5) - всасывающая. В нижней части, штанговый глубинный насос, оборудован пружинным тарельчатым клапаном (6), который крепится к НКТ, в которой находится непосредственно ШГН посредством муфтового соединения. Данная установка находится непосредственно в фильтре горизонтального ствола скважины (8).The figure 1 schematically shows a rod-deep installation for operation in a horizontal wellbore. The installation comprises an insert rod sucker-rod pump (SHG), which consists of a pump cylinder (7) (Fig. 1) connected in the upper part by means of a coupling with a tubing string (tubing) (1). Inside the cylinder there is a hollow plunger (3), connected in the upper part to the column of pump rods (2), and two valve pairs. Upper (installed directly in the plunger) (4) - discharge and lower (installed in the cylinder) (5) - suction. In the lower part, the sucker-rod suction pump is equipped with a spring poppet valve (6), which is attached to the tubing, in which the SHGN is located directly through the coupling connection. This installation is located directly in the filter of the horizontal wellbore (8).

На фигуре 2 схематично изображен пружинный обратный тарельчатый клапан, который состоит из пружины 9, штока 10, тарелки 11, седла 12 и корпуса 13.The figure 2 schematically shows a spring check poppet valve, which consists of a spring 9, a rod 10, a plate 11, a seat 12 and a housing 13.

Работает глубинный штанговая установка следующим образом.The deep rod installation works as follows.

После спуска данной установки на любой угол, в том числе в боковой (горизонтальный) ствол скважины (фильтр 8), как показано на фигуре 1, при ходе плунжера 3 вверх закрывается нагнетательный клапан 4 под действием столба жидкости и, за счет образовавшегося разряжения, под действием забойного давления ствола скважины, открываются всасывающий клапан 5 и клапан обратный пружинный тарельчатый 6, происходит поступление вязкой жидкости в полость цилиндра насоса между всасывающим 5 и нагнетательным 4 клапанами. Жидкость, находящаяся над нагнетательным клапаном 4, поднимается по колонне НКТ 1 вверх. Под действием давления жидкости происходит расширение плунжера 3 и плотное прилегание к внутренней стенке цилиндра насоса, в результате отсутствуют утечки через зазор плунжер - цилиндр насоса. После достижения плунжером 3 крайней верхней точки, он начинает перемещаться вниз. При ходе плунжера 3 вниз, происходит открытие нагнетательного клапана 4, вне зависимости от того, закрывается или нет всасывающий клапан 5, закрывается клапан обратный пружинный тарельчатый 6 под действием пружины сжатия 9, тем самым, препятствуя сливу жидкости из насоса, далее жидкость поступает через открытый нагнетательный клапан 4 в плунжер насоса 3. После достижения плунжером 3 крайней нижней точки, он начинает перемещаться вверх и, далее, по мере работы насоса, циклы повторяются.After lowering this installation to any angle, including in the lateral (horizontal) wellbore (filter 8), as shown in figure 1, when the plunger 3 moves up, the discharge valve 4 closes under the action of a liquid column and, due to the resulting vacuum, under the action of the bottomhole pressure of the wellbore, the suction valve 5 and the spring return poppet valve 6 open, a viscous fluid enters the cavity of the pump cylinder between the suction 5 and the discharge 4 valves. The liquid above the discharge valve 4 rises up the tubing string 1. Under the influence of fluid pressure, the plunger 3 expands and snugly adheres to the inner wall of the pump cylinder; as a result, there are no leaks through the clearance of the plunger - pump cylinder. After plunger 3 reaches its highest point, it begins to move down. When the plunger 3 moves down, the discharge valve 4 opens, regardless of whether the suction valve 5 closes or not, the poppet-type check valve 6 closes under the action of the compression spring 9, thereby preventing fluid from draining from the pump, and then the liquid flows through an open discharge valve 4 into the pump plunger 3. After the plunger 3 reaches its extreme low point, it starts to move up and then, as the pump runs, the cycles are repeated.

Таким образом, клапан обратный пружинный тарельчатый 6 является компенсатором работы всасывающего клапана, что позволяет, в случае прекращения работоспособности всасывающего клапана 5, штанговому глубинному насосу оставаться работоспособным. В результате чего штанговая глубинная установка для эксплуатации в горизонтальном стволе скважины становиться «независимой» от работы всасывающего клапана штангового глубинного насоса, что позволяет увеличить интервал глубины спуска независимо от угла, вплоть до спуска штанговой глубинной насосной установки в боковой (горизонтальный ствол), что позволит снизить забойное давление в скважине, тем самым, увеличив ее дебит.Thus, the check spring poppet valve 6 is a compensator for the operation of the suction valve, which allows, in case of failure of the suction valve 5, the sucker rod pump to remain operational. As a result, the sucker rod installation for operation in a horizontal wellbore becomes “independent” from the operation of the suction valve of the sucker rod pump, which allows to increase the interval of descent depth regardless of the angle, up to the descent of the sucker rod pump installation in the side (horizontal wellbore), which will allow reduce bottomhole pressure in the well, thereby increasing its production rate.

Предлагаемая установка имеет ряд преимуществ:The proposed installation has several advantages:

1. Достигается стабильность работы насосной установки при добыче жидкости с высокой вязкостью, за счет дублирования работы всасывающего клапана, в случае его «залипания» и прекращения работоспособности.1. Achieved the stability of the pump unit during the production of high viscosity liquids, due to the duplication of the operation of the suction valve, in case of its "sticking" and the termination of performance.

2. Достигается стабильность работы насосной установки в любом угле интервала спуска (от 0 до 90 градусов), в том числе, спуске непосредственно в боковой (горизонтальный) ствол, за счет того, что угол не влияет на работоспособность клапана обратного пружинного тарельчатого, который является компенсатором всасывающего.2. The stability of the pumping unit is achieved at any angle of the descent interval (from 0 to 90 degrees), including the descent directly into the side (horizontal) barrel, due to the fact that the angle does not affect the operability of the return spring poppet valve, which is suction compensator.

3. Данная полезная модель, имеющая невысокую стоимость по сравнению с существующими штанговыми глубинными насосными установками, и простоту конструкции, позволяет увеличить дебит нефтяной скважины за счет снижения забойного давления и увеличения депрессии на нефтяной пласт.3. This utility model, which has a low cost compared to existing sucker rod pumping units, and the simplicity of design, allows to increase the flow rate of an oil well by reducing bottomhole pressure and increasing depression on the oil reservoir.

Данная полезная модель прошла успешные опытно-промышленные испытания на месторождениях одной из нефтяных компаний. В двух скважинах, штанговая глубинная установка была спущена в интервалы с углом наклона 88 и 89,5 градусов, при этом получен эффект в виде дополнительного прироста дебитов нефти по данным скважинам 3 и 5 тонн в сутки.This utility model has passed successful pilot tests at the fields of one of the oil companies. In two wells, the rod deep installation was launched at intervals with an angle of 88 and 89.5 degrees, while the effect was obtained in the form of an additional increase in oil production rates for these wells of 3 and 5 tons per day.

Claims

A sucker rod installation for operation in a horizontal wellbore, comprising an insertion sucker rod pump, which consists of a pump cylinder with a suction valve connected in the upper part by means of a coupling with a tubing string (tubing), a hollow plunger with a discharge valve connected in the upper parts with a column of sucker rods, characterized in that in the lower part of the sucker rod pump a spring check poppet valve is installed, consisting of a spring, stem, seat, poppet and Busan valve attached to the tubing, which is directly SRP through muff-coupled.