RU187975U1

RU187975U1 - PUMP INSTALLATION

Info

Publication number: RU187975U1
Application number: RU2018137506U
Authority: RU
Inventors: Юрий Апполоньевич Сазонов; Михаил Альбертович Мохов; Михаил Александрович Франков; Хорен Артурович Туманян; Константин Игоревич Азарин; Виктор Геннадьевич Тимошенко; Виктория Васильевна Воронова
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-03-26

Abstract

Полезная модель относится к насосному оборудованию и может быть использована в различных отраслях промышленности, в том числе для добычи нефти и газа при интенсивном притоке воды с песком к забою добывающей скважины.The utility model relates to pumping equipment and can be used in various industries, including for oil and gas production with an intensive inflow of water with sand to the bottom of the producing well.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности работы насосной системы в осложненных условиях при высокой концентрации механических примесей в потоке перекачиваемой среды.The technical problem to which the proposed utility model is aimed is to increase the efficiency of the pump system in difficult conditions at a high concentration of solids in the flow of the pumped medium.

Указанная проблема решается тем, что в насосной установке, содержащей корпус с входным и выходным каналами, насосную рабочую камеру реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет два входных патрубка, один из которых через фильтр сообщается с полостью корпуса, а другой через второй фильтр сообщается с вертикально расположенной под насосной рабочей камерой промежуточной камерой цилиндрической формы, нижняя часть которой гидравлически связана с клапанным узлом, содержащим всасывающий и нагнетательный клапаны, согласно полезной модели в полости промежуточной камеры расположены вертикальная перепускная труба, один конец которой расположен в верхней части промежуточной камеры, а второй конец - в ее нижней части, и песочный сепаратор, сообщающийся с входным каналом корпуса через всасывающий клапан, при этом насосная рабочая камера через перепускную трубу и через нагнетательный клапан гидравлически сообщается с выходным каналом корпуса и через песочный сепаратор и всасывающий клапан - с его входным каналом.This problem is solved by the fact that in a pump installation containing a housing with inlet and outlet channels, a reversible type pump chamber is made flow-through and has two inlet pipes, one of which communicates with the housing cavity through a filter, and the other communicates with a second filter vertically located under the pumping chamber, an intermediate chamber of cylindrical shape, the lower part of which is hydraulically connected to the valve assembly containing the suction and discharge valves, according to a useful models in the cavity of the intermediate chamber there is a vertical bypass pipe, one end of which is located in the upper part of the intermediate chamber, and the second end is in its lower part, and a sand separator communicating with the inlet channel of the housing through the suction valve, while the pump working chamber through the bypass pipe and through the discharge valve hydraulically communicates with the outlet channel of the housing and through the sand separator and the suction valve with its inlet channel.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении оптимизации гидродинамических условий для движения твердых частиц в пульсирующем потоке жидкости в каналах насосной установки без ограничений по объемной концентрации механических примесей в перекачиваемой среде. 2 ил.The technical result achieved is to ensure the optimization of the hydrodynamic conditions for the movement of solid particles in a pulsating fluid flow in the channels of the pumping unit without restrictions on the volume concentration of mechanical impurities in the pumped medium. 2 ill.

Description

Известна насосная установка, содержащая входной канал и выходной каналы, насосную рабочую камеру, сообщающуюся через соединительную трубу с клапанным узлом, оснащенным всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном. Насосная рабочая камера сообщается с входным каналом через всасывающий клапан и сообщается с выходным каналом через нагнетательный клапан (Горшков A.M. Насосы. - М.: Госэнергоиздат.- 1947. - стр. 65, фигура 46.).A known pump installation containing an inlet channel and an outlet channels, a pumping working chamber communicating through a connecting pipe with a valve assembly equipped with a suction valve and a discharge valve. The pump working chamber communicates with the inlet channel through the suction valve and communicates with the outlet channel through the discharge valve (A. Gorshkov. Pumps. - M.: Gosenergoizdat.- 1947. - p. 65, figure 46.).

Недостатком известного устройства является относительно низкая эффективность его работы в условиях, осложненных присутствием механических примесей в потоке перекачиваемой среды.A disadvantage of the known device is the relatively low efficiency of its operation under conditions complicated by the presence of mechanical impurities in the flow of the pumped medium.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, является насосная установка, содержащая входной канал и выходной каналы, насосную рабочую камеру реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет, по крайней мере, два присоединительных канала, один из которых сообщается с соединительной трубой, а другой присоединительный канал сообщается с гидравлической камерой, которая в нижней части сообщается с входным каналом, при этом соединительная труба расположена вертикально и в верхней части соединена с насосной рабочей камерой, а в нижней части соединена с клапанным узлом, оснащенным всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном, насосная рабочая камера сообщается с входным каналом через всасывающий клапан и сообщается с выходным каналом через нагнетательный клапан (RU 125272, 2012).Of the known technical solutions, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a pumping unit containing an input channel and an output channel, a reversible type pump chamber, which is flow-through and has at least two connecting channels, one of which is connected with a connecting pipe, and the other connecting channel communicates with a hydraulic chamber, which in the lower part communicates with the input channel, while the connecting pipe is located vert in the upper part it is connected to the pump working chamber, and in the lower part it is connected to the valve assembly equipped with a suction valve and a discharge valve, the pump working chamber communicates with the inlet channel through the suction valve and communicates with the output channel through the discharge valve (RU 125272, 2012 )

Недостатком известного устройства является относительно низкая эффективность его работы в осложненных условиях, обусловленных высокой концентрацией механических примесей в потоке перекачиваемой среды.A disadvantage of the known device is the relatively low efficiency of its operation in complicated conditions due to the high concentration of solids in the flow of the pumped medium.

Указанная проблема решается тем, что в насосной установке, содержащей корпус с входным и выходным каналами, насосную рабочую камеру реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет два входных патрубка, один из которых через фильтр сообщается с полостью корпуса, а другой через второй фильтр сообщается с вертикально расположенной под насосной рабочей камерой промежуточной камерой цилиндрической формы, нижняя часть которой гидравлически связана с клапанным узлом, содержащим всасывающий и нагнетательный клапаны, согласно полезной модели, в полости промежуточной камеры расположены вертикальная перепускная труба, один конец которой расположен в верхней части промежуточной камеры, а второй конец - в ее нижней части, и песочный сепаратор, сообщающийся с входным каналом корпуса через всасывающий клапан, при этом насосная рабочая камера через перепускную трубу и через нагнетательный клапан гидравлически сообщается с выходным каналом корпуса и через песочный сепаратор и всасывающий клапан - с его входным каналом.This problem is solved by the fact that in a pump installation containing a housing with inlet and outlet channels, a reversible type pump chamber is made flow-through and has two inlet pipes, one of which communicates with the housing cavity through a filter, and the other communicates with a second filter vertically located under the pumping chamber, an intermediate chamber of cylindrical shape, the lower part of which is hydraulically connected to the valve assembly containing the suction and discharge valves, according to a useful models, in the cavity of the intermediate chamber there is a vertical bypass pipe, one end of which is located in the upper part of the intermediate chamber, and the second end is in its lower part, and a sand separator communicating with the inlet channel of the housing through the suction valve, while the pumping working chamber through the bypass pipe and through the discharge valve hydraulically communicates with the outlet channel of the housing and through the sand separator and the suction valve with its inlet channel.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении оптимизации гидродинамических условий для движения твердых частиц в пульсирующем потоке жидкости в каналах насосной установки без ограничений по объемной концентрации механических примесей в перекачиваемой среде.The technical result achieved is to ensure the optimization of the hydrodynamic conditions for the movement of solid particles in a pulsating fluid flow in the channels of the pumping unit without restrictions on the volume concentration of mechanical impurities in the pumped medium.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема насосной установки, соответствующая режиму работы при открытом всасывающем клапане и закрытом нагнетательном клапане, а на фиг. 2 представлена схема насосной установки, соответствующая режиму работы при закрытом всасывающем клапане и открытом нагнетательном клапане.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of a pump installation corresponding to the operating mode with the suction valve open and the discharge valve closed, and FIG. 2 is a diagram of a pump installation corresponding to the operation mode with the suction valve closed and the discharge valve open.

Насосная установка содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, насосную рабочую камеру 4 реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет два входных патрубка 5 и 6, один из которых 5 через фильтр 7 сообщается с полостью 8 корпуса 1, а другой патрубок 6 через второй фильтр 9 сообщается с вертикально расположенной под насосной рабочей камерой 4 промежуточной камерой 10 цилиндрической формы, нижняя часть которой гидравлически связана с клапанным узлом 11, содержащим всасывающий 12 и нагнетательный 13 клапаны. В полости промежуточной камеры 10 расположены вертикальная перепускная труба 14, один конец которой расположен в верхней части промежуточной камеры 10, а второй конец - в ее нижней части, и песочный сепаратор 15, сообщающийся с входным каналом 2 корпуса 1 через всасывающий клапан 12. Насосная рабочая камера 4 через перепускную трубу 14 и через нагнетательный клапан 13 гидравлически сообщается с выходным каналом 3 корпуса 1 и через песочный сепаратор 15 и всасывающий клапан 12 сообщается с его входным каналом 2.The pump installation comprises a housing 1 with an input 2 and an output 3 channels, a pumping working chamber 4 of a reversible type, which is flow-through and has two inlet pipes 5 and 6, one of which 5 communicates with the cavity 8 of the housing 1 through the filter 7, and the other pipe 6 through the second filter 9, it communicates with an intermediate cylinder 10, vertically located below the pumping working chamber 4, the lower chamber of which is hydraulically connected to the valve assembly 11 containing the suction 12 and pressure 13 valves. A vertical bypass pipe 14 is located in the cavity of the intermediate chamber 10, one end of which is located in the upper part of the intermediate chamber 10, and the second end is in its lower part, and a sand separator 15 communicating with the inlet channel 2 of the housing 1 through the suction valve 12. The pump is working the chamber 4 through the bypass pipe 14 and through the discharge valve 13 is hydraulically connected with the output channel 3 of the housing 1 and through the sand separator 15 and the suction valve 12 is in communication with its input channel 2.

Условие, когда насосная рабочая камера 4 имеет исполнение реверсивного типа, может быть обеспечено за счет использования реверсивного насоса (например, лабиринтного насоса, который может быть отнесен к группе реверсивных насосов). Такой насос может быть соединен с электродвигателем. На чертеже не показан электродвигатель, приводящий в действие реверсивный насос, имеющий насосную рабочую камеру 4. При использовании насосной установки для добычи нефти или газа в качестве полости 8 выступает внутренняя полость эксплуатационной колонны, а сама эксплуатационная колонна выполняет функции корпуса 1. При этом выходной канал 3 сообщается с колонной насосно-компрессорных труб 16.The condition when the pumping working chamber 4 is of a reversible type can be achieved by using a reversible pump (for example, a labyrinth pump, which can be assigned to a group of reversible pumps). Such a pump can be connected to an electric motor. The drawing does not show an electric motor driving a reversible pump having a pumping working chamber 4. When using a pumping unit for oil or gas production, the cavity of the production casing acts as a cavity 8, and the production casing itself functions as a casing 1. In this case, the output channel 3 communicates with the tubing string 16.

В промежуточной камере 10 на фиг. 2 показана граница раздела 17, выше этой границы раздела 17 находится чистая жидкость, а ниже границы раздела 17 находится смесь твердых частиц и жидкости.In the intermediate chamber 10 of FIG. 2 shows the interface 17, above this interface 17 is a clean liquid, and below the interface 17 is a mixture of solid particles and liquid.

Предлагаемая насосная установка работает следующим образом.The proposed pump installation operates as follows.

Пластовая жидкость вместе с механическими примесями (с твердыми частицами, например с песком), поступает к входному каналу 2.Formation fluid together with mechanical impurities (with solid particles, such as sand), enters the input channel 2.

Электрическая энергия в электродвигателе преобразуется в механическую энергию. Механическая энергия в насосной рабочей камере 4 преобразуется в гидравлическую энергию, так как в насосной рабочей камере 4 осуществляется силовое воздействие на жидкость. Таким образом, создается поток перекачиваемой среды через фильтр 9, патрубок 6, насосную рабочую камеру 4 вверх через патрубок 5 и фильтр 7 в полость 8 корпуса 1.Electrical energy in an electric motor is converted to mechanical energy. Mechanical energy in the pumping working chamber 4 is converted into hydraulic energy, since in the pumping working chamber 4 is a force effect on the liquid. Thus, the flow of the pumped medium through the filter 9, the pipe 6, the pump working chamber 4 up through the pipe 5 and the filter 7 into the cavity 8 of the housing 1 is created.

При этом пластовая жидкость вместе с механическими примесями, через входной канал 2, через всасывающий клапан 12 и песочный сепаратор 15 поступает внутрь промежуточной камеры 10. За счет сил гравитации и при изменении направления потока в песочном сепараторе 15, механические примеси оседают в нижней части промежуточной камеры 10. При вертикальном расположении промежуточной камеры 10 действие гравитационных сил препятствует попаданию механических примесей в насосную рабочую камеру 4. Жидкость, очищенная от механических примесей, или с уменьшенной концентрацией механических примесей, поступает вверх в насосную рабочую камеру 4, как показано стрелками на фигуре 1. Далее меняют направление вращения вала электродвигателя, при этом меняют и направление потока в насосной рабочей камере 4 на противоположное направление. Из-за изменения направления течения жидкости в промежуточной камере 10 формируется граница раздела 17, механические примеси оседают в нижней части промежуточной камеры 10, как показано на фиг. 2.In this case, the formation fluid together with mechanical impurities, through the inlet channel 2, through the suction valve 12 and the sand separator 15 enters the intermediate chamber 10. Due to gravitational forces and when the flow direction changes in the sand separator 15, mechanical impurities settle in the lower part of the intermediate chamber 10. With a vertical arrangement of the intermediate chamber 10, the action of gravitational forces prevents the ingress of mechanical impurities into the pumping working chamber 4. A liquid purified from mechanical impurities, or with less at a concentration of mechanical impurities, it flows upward into the pumping working chamber 4, as shown by the arrows in figure 1. Next, the direction of rotation of the motor shaft is changed, and the flow direction in the pumping working chamber 4 is changed in the opposite direction. Due to a change in the direction of fluid flow in the intermediate chamber 10, an interface 17 is formed, mechanical impurities settle in the lower part of the intermediate chamber 10, as shown in FIG. 2.

Насосная рабочая камера 4 реверсивного типа обеспечивает изменение направления течения жидкости на противоположное направление, при этом поток жидкости направлен из полости 8 корпуса 1 через фильтр 7, патрубок 5, насосную рабочую камеру 4, патрубок 6 и фильтр 9 в полость промежуточной камеры 10, как показано стрелками на фиг. 2.The reversible type working chamber 4 provides a change in the direction of fluid flow in the opposite direction, while the fluid flow is directed from the cavity 8 of the housing 1 through a filter 7, a pipe 5, a pump working chamber 4, a pipe 6 and a filter 9 into the cavity of the intermediate chamber 10, as shown the arrows in FIG. 2.

Пластовая жидкость с механическими примесями, из промежуточной камеры 10 через нагнетательный клапан 13 и выходной канал 3, поступает внутрь колонны насосно-компрессорных труб 16 и далее вверх к устью скважины. Жидкость из полости 8, проходя через фильтры 7 и 9, очищается от крупных механических примесей и заполняет полость промежуточной камеры 10, двигаясь в направлении сверху вниз. При этом загрязненная механическими примесями пластовая жидкость полностью вытесняется через нагнетательный клапан 13 и через выходной канал 3 в полость насосно-компрессорных труб 16.The formation fluid with mechanical impurities, from the intermediate chamber 10 through the discharge valve 13 and the outlet channel 3, enters the column of tubing 16 and then up to the wellhead. The fluid from the cavity 8, passing through the filters 7 and 9, is cleaned of large mechanical impurities and fills the cavity of the intermediate chamber 10, moving in the direction from top to bottom. In this case, the formation fluid contaminated with mechanical impurities is completely displaced through the discharge valve 13 and through the outlet channel 3 into the cavity of the tubing 16.

Поскольку внутри промежуточной камеры 10 расположена вертикальная перепускная труба 14, часть потока направлена через вертикальную перепускную трубу 14 в сторону нагнетательного клапана 13, как показано стрелками на фигуре 2. Через вертикальную перепускную трубу 14 движется поток очищенной жидкости в направлении сверху-вниз, в нижней части на выходе из трубы 14 в поток подмешиваются механические примеси (твердые частицы, например песок). Образованная смесь жидкости и твердых частиц далее через нагнетательный клапан 13 поступает в выходной канал 3 и в колонну насосно-компрессорных труб 16. При этом концентрация механических примесей в потоке будет уменьшена по сравнению с концентрацией механических примесей в полости промежуточной камеры 10, что ниже границы раздела 17. Ниже границы раздела 17 объемная концентрация механических примесей достигает максимально возможного значения, поскольку здесь твердые частицы уже контактируют друг с другом, образуя поровые каналы между собой, а эти поровые каналы заполнены жидкостью.Since the vertical bypass pipe 14 is located inside the intermediate chamber 10, part of the flow is directed through the vertical bypass pipe 14 towards the discharge valve 13, as shown by the arrows in figure 2. Through the vertical bypass pipe 14, the flow of purified liquid flows in the direction from top to bottom, in the lower part at the outlet of the pipe 14, mechanical impurities (solid particles, for example sand) are mixed into the stream. The resulting mixture of liquid and solid particles then passes through the discharge valve 13 into the outlet channel 3 and into the tubing string 16. In this case, the concentration of solids in the stream will be reduced compared to the concentration of solids in the cavity of the intermediate chamber 10, which is below the interface 17. Below the boundary of section 17, the volume concentration of solids reaches the maximum possible value, since here the solid particles are already in contact with each other, forming pore channels between Oh, and these pore channels filled with liquid.

В известных насосных установках при такой предельной концентрации отдельные твердые частицы теряют подвижность, а из-за контакта твердых частиц со стенками каналов движение твердых частиц прекращается, в результате чего установка перестает выполнять свои функции по перекачке смеси жидкости с песком. Поэтому в известных насосных установках необходимо вводить ограничения на концентрацию механических примесей в потоке, причем концентрация должна быть кратно меньше предельного значения. Предельная объемная концентрация твердых частиц может достигать значений в 60 процентов. В заявляемом техническом решении за счет создания оптимальных гидродинамических условий для движения твердых частиц в пульсирующем потоке жидкости в каналах насосной установки, концентрация твердых частиц может достигать предельных значений, но работоспособность заявляемой насосной установки при этом сохраняется. Создание таких гидродинамических условий достигается тем, что через вертикальную перепускную трубу 14 циклически движется поток очищенной жидкости в направлении сверху-вниз, а в нижней части на выходе из трубы 14 в поток подмешиваются механические примеси (твердые частицы, например песок). При этом обеспечиваются условия для свободного движения отдельных твердых частиц в потоке жидкости, а концентрация механических примесей в потоке будет всегда меньше по сравнению с концентрацией механических примесей в полости промежуточной камеры 10, что ниже границы раздела 17. После заполнения промежуточной камеры 10 очищенной жидкостью, рабочий цикл повторяется. Циклический пульсирующий режим течения жидкости в каналах насосной установки обеспечивает решение поставленной задачи. Продолжительность такого рабочего цикла в заявленной насосной установке можно регулировать путем управления работой электродвигателя, используя известные технические средства и технологии автоматизации.In known pump installations, at such a limiting concentration, individual solid particles lose their mobility, and due to contact of solid particles with the channel walls, the movement of solid particles ceases, as a result of which the installation ceases to fulfill its functions of pumping a mixture of liquid with sand. Therefore, in known pumping units, it is necessary to introduce restrictions on the concentration of solids in the stream, and the concentration must be multiple less than the limit value. The maximum volumetric concentration of solid particles can reach values of 60 percent. In the claimed technical solution due to the creation of optimal hydrodynamic conditions for the movement of solid particles in a pulsating fluid flow in the channels of the pumping unit, the concentration of solid particles can reach limit values, but the operability of the inventive pumping unit is maintained. The creation of such hydrodynamic conditions is achieved by the fact that through the vertical bypass pipe 14 the flow of purified liquid cyclically moves from top to bottom, and in the lower part at the outlet of pipe 14, mechanical impurities (solid particles, for example sand) are mixed into the stream. In this case, conditions are provided for the free movement of individual solid particles in the liquid stream, and the concentration of mechanical impurities in the stream will always be lower than the concentration of mechanical impurities in the cavity of the intermediate chamber 10, which is lower than the interface 17. After filling the intermediate chamber 10 with purified liquid, the working the cycle repeats. The cyclic pulsating flow of fluid in the channels of the pumping unit provides a solution to the problem. The duration of such a working cycle in the claimed pumping unit can be adjusted by controlling the operation of the electric motor using known technical means and automation technologies.

Claims

A pump installation comprising a housing with inlet and outlet channels, a reversible-type pumping chamber, which is flow-through and has two inlet pipes, one of which communicates with the housing cavity through a filter, and the other, through the second filter, communicates with an intermediate a cylindrical chamber, the lower part of which is hydraulically connected to the valve assembly containing the suction and discharge valves, characterized in that in the cavity of the intermediate chamber a vertical bypass pipe is laid, one end of which is located in the upper part of the intermediate chamber, and the second end is in its lower part, and a sand separator communicating with the inlet channel of the housing through the suction valve, while the intermediate chamber is cylindrical in shape through the bypass pipe and through the discharge valve hydraulically communicates with the outlet channel of the housing and through the sand separator and the suction valve with its inlet channel.