RU191256U1

RU191256U1 - Hydraulic drive to restore the functionality of the valves of a sucker rod pump

Info

Publication number: RU191256U1
Application number: RU2019112983U
Authority: RU
Inventors: Рустем Халитович Саетгараев; Булат Назипович Юсупов; Вадим Викторович Зуйков
Original assignee: Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-07-31

Abstract

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевым гидравлическим приводам, предназначенным для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса (ШГН).Привод гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса, включающий раму, гидравлический насос, пневмогидроаккумулятор, запорно-регулирующую арматуру, гидробак, как минимум один цилиндр с поршнем и штоком, оснащенным узлом крепления штанги, регулируемый дроссель, функционально завязанный с концевыми электромагнитными ограничителями хода через станцию управления, соединенную также с запорно-регулирующей арматурой. Длина хода поршня со штоком цилиндра выполнена на 0,05-0,2 м больше величины растяжения штанг, а суммарный рабочий объем как минимум одного цилиндра изготовлен так, чтобы обеспечить 8-16 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту.Предлагаемый привод гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса позволяет с минимальными затратами времени и энергии производить «расхаживание» клапанов с минимальной длиной хода плунжера 0,05-0,2 м и с 8-16 двойных ходов плунжера в минуту за счет небольшого собственного хода и объемов гидроцилиндров. 1 ил.The proposal relates to the oil and gas industry, in particular to wellhead hydraulic actuators designed to restore the functionality of the valves of a sucker rod pump (SHG). at least one cylinder with a piston and a rod equipped with a rod mount, adjustable throttle, functionally tied th with end electromagnetic stroke limiters through the control station, also connected to shut-off and control valves. The piston stroke length with the cylinder rod is 0.05-0.2 m longer than the rod extension, and the total working volume of at least one cylinder is made to provide 8-16 double strokes of the plunger of the deep pump per minute. The proposed hydraulic drive for restoration the operability of the valves of the sucker rod pump allows for “pacing” the valves with a minimum stroke of the plunger of 0.05-0.2 m and with 8-16 double strokes of the plunger per minute due to the small amount of time and energy of the course and volumes of hydraulic cylinders. 1 ill.

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевым гидравлическим приводам, предназначенным для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса (ШГН).The proposal relates to the oil and gas industry, in particular to wellhead hydraulic drives, designed to restore the functionality of the valves of a sucker rod pump (SHG).

Известна установка для ремонта нефтяных скважин (патент на ПМ RU №11259, МПК E21B 19/00, опубл. 16.09.1999), содержащая шасси автомобиля, к раме которого прикреплена платформа, и установленные на платформе наклонную мачту с талевой системой, электронным индикатором веса и аутригерами, ограничитель подъема талевого блока, гидродомкраты подъема мачты, лебедку, систему управления установкой, кабину оператора, причем лебедка выполнена с гидравлическим приводом, насосы, питающие гидропривод, соединены с выходными валами коробок отбора мощности автошасси, а система управления установкой выполнена электрогидравлической от одного рычага.A well-known installation for repairing oil wells (patent for PM RU No. 11259, IPC E21B 19/00, published on 09.16.1999), containing a car chassis, to the frame of which a platform is attached, and an inclined mast with a tackle system and an electronic weight indicator mounted on the platform, are mounted and outriggers, a hoist block lifting limiter, mast lifting jacks, a winch, an installation control system, an operator’s cabin, the winch being made with a hydraulic drive, hydraulic feed pumps are connected to the output shafts of the car chassis power take-offs, and the installation control system is electro-hydraulic from one lever.

Недостатками данной установки являются узкая область применения, так как предназначена для спускоподъемных операций штаг или труб и не может обеспечить необходимые скорость подъема и количество парных ходов в минуту для обеспечения очистки клапанов ШГН, при этом происходят большие затраты времени и энергии.The disadvantages of this installation are the narrow scope, as it is designed for hoisting operations of the rod or pipes and cannot provide the necessary lifting speed and the number of paired strokes per minute to ensure the cleaning of the SHGN valves, and there is a lot of time and energy.

Известен также гидравлический привод штангового скважинного насоса (патент на ПМ RU №173496, МПК F04B 47/04, опубл. 29.08.2017 в Бюл. №25), содержащий гидравлический насос с приводом от электродвигателя, цилиндр привода штанги, регулируемый дроссель и станцию управления гидравлического привода, соединенную с электродвигателем, причем привод снабжен дополнительным шаговым двигателем, связанным со станцией управления гидравлического привода, а вал шагового двигателя связан с регулировочным винтом дросселя.Also known is a hydraulic drive of a sucker rod pump (patent for PM RU No. 173496, IPC F04B 47/04, published on 08/29/2017 in Bull. No. 25), containing a hydraulic pump driven by an electric motor, a rod drive cylinder, an adjustable throttle and a control station hydraulic drive connected to the electric motor, the drive is equipped with an additional stepper motor associated with the control station of the hydraulic drive, and the shaft of the stepper motor is connected to the adjusting screw of the throttle.

Недостатками данного привода являются узкая область применения, так как предназначена для спускоподъемных операций штаг при добыче продукции и не может обеспечить необходимые скорость подъема и количество двойных ходов плунжера в минуту (более 6 мин^-1) для обеспечения очистки клапанов ШГН, при этом происходят большие затраты времени и энергии.The disadvantages of this drive are a narrow scope, as it is designed for hoisting operations, the shaft during production and can not provide the necessary lifting speed and the number of double strokes of the plunger per minute (more than 6 min ^-1 ) to ensure the cleaning of SHGN valves, at the same time there are high costs time and energy.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический привод скважинного насоса (патент на ПМ RU №125273, МПК F04B 47/04, опубл. 27.02.2013 в Бюл. №6), содержащий два модуля, соединенных трубопроводами, один из которых содержит раму с установленным на ней рабочим цилиндром, второй - дополнительную раму с установленным на ней пневмогидроаккумулятором, ресивером, гидробаком, электродвигателем и насосом, отличающийся тем, что ресивер выполнен в виде газовых баллонов, последовательно соединенных трубопроводом с пневмогидроаккумулятором, установленных в кассете, которая неподвижно закреплена на дополнительной раме.The closest in technical essence and the achieved result is a hydraulic drive of a well pump (patent for PM RU No. 125273, IPC F04B 47/04, published on February 27, 2013 in Bull. No. 6), containing two modules connected by pipelines, one of which contains a frame with a working cylinder mounted on it, the second - an additional frame with a pneumatic accumulator, receiver, hydraulic tank, electric motor and pump mounted on it, characterized in that the receiver is made in the form of gas cylinders connected in series with a pneumatic pipe accumulator installed in the cassette, which is fixedly mounted on an additional frame.

Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание привода гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса, позволяющего с минимальными затратами времени и энергии производить «расхаживание» клапанов с минимальной длиной хода плунжера (0,05-0,2 м) и с 8-16 двойных ходов плунжера в минуту, за счет небольшого собственного хода и объемов гидроцилиндров.The technical task of the proposed utility model is to create a hydraulic actuator to restore the functionality of the valves of the sucker rod pump, which allows to “walk” the valves with the minimum stroke length of the plunger (0.05-0.2 m) and from 8-16 double valves with minimal time and energy plunger strokes per minute, due to a small own stroke and hydraulic cylinder volumes.

Техническая задаче решается приводом гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса, включающим раму, гидравлический насос, пневмогидроаккумулятор, запорно-регулирующая арматура, гидробак, как минимум один цилиндр с поршнем и штоком, оснащенным узлом крепления штанги, регулируемый дроссель, функционально завязанный с концевыми электромагнитными ограничителями хода через станцию управления, соединенную также с запорно-регулирующей арматурой.The technical problem is solved by a hydraulic actuator to restore the operability of the valves of the sucker rod pump, including a frame, a hydraulic pump, a pneumatic accumulator, shut-off and control valves, a hydraulic tank, at least one cylinder with a piston and a rod equipped with a rod mounting unit, an adjustable throttle functionally linked to the electromagnetic end travel limiters through the control station, also connected to shut-off and control valves.

Новым является то, длина хода поршня со штоком цилиндра выполнена на 0,05-0,2 м больше величины растяжения штанг, а суммарный рабочий объем как минимум одного цилиндра изготовлен так, чтобы обеспечить 8-16 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту.What is new is that the piston stroke length with the cylinder rod is 0.05-0.2 m longer than the rod extension, and the total working volume of at least one cylinder is made to provide 8-16 double strokes of the plunger of the submersible pump per minute.

Все силовые гидравлические приводы рассчитаны для обеспечения не более 5-6 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту, что дает возможность эффективно поднимать жидкость из скважин с минимальными потерями на закрывание и открывание нагнетательного и всасывающего клапанов глубинного насоса. При этом рабочий ход плунжера глубинного насоса выбирается как можно больше (3-6 м), чтобы уменьшить количество открываний-закрываний клапанов для увеличения коэффициента полезного действия (КПД) глубинного насоса. Снижение уровня жидкости в колонне лифтовых труб или увеличении сопротивления на штоке плунжера глубинного свидетельствует о «залипании» как минимум одного клапана соответственно в открытом или закрытом положении. При «залипании» (потери подвижности) хотя бы одного из клапанов такой частоты работы и длины хода плунжера силовых гидравлических приводов для освобождения от «залипания» не достаточно. Как показала практика для восстановления работоспособности клапанов необходимо 8-16 двойных ходов плунжера («расхаживание») глубинного насоса в минуту с минимальной длиной хода: 0,05-0,2 м. Для этого разработан специальный привод гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса.All hydraulic power drives are designed to provide no more than 5-6 double strokes of the plunger of the submersible pump per minute, which makes it possible to efficiently lift the fluid from the wells with minimal losses for closing and opening the pressure and suction valves of the deep pump. At the same time, the working stroke of the plunger of the deep pump is selected as large as possible (3-6 m) in order to reduce the number of valve openings-closures to increase the efficiency of the deep pump. A decrease in the liquid level in the column of elevator pipes or an increase in resistance at the stem of the deep plunger indicates “sticking” of at least one valve, respectively, in the open or closed position. When “sticking” (loss of mobility), at least one of the valves of such a frequency of operation and the stroke length of the plunger of the power hydraulic actuators is not enough to release it from “sticking”. As practice has shown, to restore the efficiency of the valves, 8-16 double strokes of the plunger ("pacing") of the depth pump per minute with a minimum stroke length of 0.05-0.2 m are required. A special hydraulic drive has been developed for this to restore the operability of the valves of the sucker rod pump .

Разработанный привод гидравлический для восстановления работоспособности клапанов (не показаны) штангового глубинного насоса (не показан), включающий раму 1, гидравлический насос 2, пневмогидроаккумулятор 3, запорно-регулирующая арматура 4, гидробак 5, как минимум один цилиндр 6 (на количество цилиндров авторы не претендуют -выбирается опытным путем) с поршнем (не показан) и штоком 7, оснащенным узлом крепления 8 штанги 9, регулируемый дроссель 10, функционально завязанный с концевыми электромагнитными верхним 11 и нижним 12 ограничителями хода через станцию управления 13, соединенную также с запорно-регулирующей арматурой 4. Длина хода поршня со штоком 7 цилиндра 6 выполнена более на 0,05-0,2 м величины растяжения штанг 9, а суммарный рабочий объем как минимум одного цилиндра 6 изготовлен так, чтобы обеспечить 8-16 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту, приводимого в движение штангами 9. Длина хода поршня со штоком 7 цилиндра 6 выполнена на 0,05-0,2 м больше величины растяжения штанг 9 для обеспечения учащенного хода плунжера глубинного насоса, причем чем глубже, тем больше эта величина, чтобы гарантировано нивелировать погрешность от растяжения штанг 9. Для обеспечения 8-16 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту опытным путем определяют необходимый суммарный рабочий объем цилиндра(ов) 6 в зависимости от производительности насоса 2.The hydraulic drive designed to restore the functionality of the valves (not shown) of a sucker rod pump (not shown), including a frame 1, a hydraulic pump 2, a pneumatic accumulator 3, shut-off and control valves 4, a hydraulic tank 5, at least one cylinder 6 (for the number of cylinders, the authors did not pretend - it is chosen empirically) with a piston (not shown) and a rod 7, equipped with a mounting unit 8 of the rod 9, an adjustable throttle 10, functionally tied to the end electromagnetic upper 11 and lower 12 stroke limiters Through the control station 13, also connected to shut-off and control valves 4. The piston stroke length with the rod 7 of the cylinder 6 is made more than 0.05-0.2 m of the magnitude of the extension of the rods 9, and the total working volume of at least one cylinder 6 is made so to provide 8-16 double strokes of the plunger of the submersible pump per minute, driven by the rods 9. The stroke length of the piston with the rod 7 of the cylinder 6 is made 0.05-0.2 m more than the magnitude of the extension of the rods 9 to provide an increased stroke of the plunger of the deep pump and the deeper the greater this value in order to guarantee the leveling of the error from the extension of the rods 9. To ensure 8-16 double strokes of the plunger of the deep pump per minute empirically determine the required total working volume of the cylinder (s) 6 depending on the performance of the pump 2.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность привода, на чертеже не показаны.Structural elements and technological connections that do not affect the operability of the drive are not shown in the drawing.

Привод гидравлический работает следующим образом.The hydraulic drive operates as follows.

При залипании одного из клапанов глубинного насоса на скважину 14 привозят привод гидравлический в сборе. Вес и размер привода легко умещается на любой мобильной платформе (на базе автомобилей марки УАЗ, ГАЗ, КАМАЗ и т.п.). Отсоединяют силовой привод от штанги 9, а раму 1 крепят на устье скважины так 14, чтобы штанга 9 и шток 7 плунжера были соосны. При помощи узла крепления 8 штангу 9 присоединяют к штоку 7. Исходя из глубины установки глубинного насоса в скважине 14, материала штанг 9 и нагрузки на узел крепления 8 (замеряется устьевым индикатором веса - не показан) определяют вероятную длину растяжения штанг 9. К этой длине растяжения штанг 9 прибавляют 0,05-0,2 м, причем чем глубже расположен глубинный насос, тем большую величину прибавляют. На расстоянии полученной длины устанавливают верхний 11 и нижний 12 ограничители хода. После чего запускают в работу гидравлический насос 2, который из гидробака 5 нагнетает жидкость через регулируемый дроссель 10 и запорно-регулирующую арматуру 4 в нижнюю часть цилиндра 6 для поднятия плунжером со штоком 7 штанг 8 или в верхнюю часть цилиндра 6 для опускания плунжером со штоком 7 штанг 8. Информация с верхнего 11 и нижнего 12 ограничителей хода поступает в блок управления 13, который регулирует работу запорно-регулирующей арматуры 4 для изменения направления потока подаваемой насосом жидкости, определяет какую ее долю направить в пневмогидроаккумулятор 3 для уравновешивания веса штанг 9 и плунжера при работе и пропускную способность дросселя 10 для небольшой коррекции объема подаваемой в цилиндр 6 жидкости гидравлическим насосом 2. Если требуются большие изменения подачи гидравлическим насосом 2 жидкости блок управления 13 подает сигнал на привод (не показан) гидравлического насоса 2 для уменьшения или увеличения его производительности (например, за счет скорости вращения в частотно-регулируемом приводе, сброса части нагнетаемой жидкости в гидробак 5 при асинхронном электрическом приводе или т.п.). Благодаря блоку управления 13 поддерживается 8-16 двойных ходов плунжера глубинного насоса в минуту при помощи регулировки работы с малыми ходами привода и снижается нагрузка на цилиндр 6 и, как следствие, снижается энергопотребление.When one of the valves of the downhole pump sticks to the well 14, the hydraulic drive assembly is brought. The weight and size of the drive easily fits on any mobile platform (based on UAZ, GAZ, KAMAZ, etc.). The power drive is disconnected from the rod 9, and the frame 1 is attached to the wellhead 14 so that the rod 9 and the piston rod 7 are aligned. Using the attachment unit 8, the rod 9 is connected to the rod 7. Based on the installation depth of the deep pump in the well 14, the material of the rods 9 and the load on the attachment 8 (measured by the wellhead weight indicator - not shown), the probable extension length of the rods 9 is determined. To this length tensile rods 9 add 0.05-0.2 m, and the deeper the deep pump is located, the greater the value is added. At a distance of the obtained length set the upper 11 and lower 12 stroke limiters. After that, the hydraulic pump 2 is launched, which from the hydraulic tank 5 pumps liquid through an adjustable throttle 10 and shut-off and control valves 4 to the lower part of the cylinder 6 to raise the plunger with the rod 7 of the rod 8 or to the upper part of the cylinder 6 to lower the plunger with the rod 7 rods 8. Information from the upper 11 and lower 12 stroke limiters enters the control unit 13, which regulates the operation of shut-off and control valves 4 to change the direction of flow of the pump fluid, determines what proportion to send to a non-hydraulic accumulator 3 for balancing the weight of the rods 9 and the plunger during operation and the capacity of the throttle 10 for a small correction of the volume of fluid supplied to the cylinder 6 by the hydraulic pump 2. If large changes are required in the flow of the hydraulic fluid pump 2, the control unit 13 sends a signal to the hydraulic drive (not shown) pump 2 to reduce or increase its productivity (for example, due to the speed of rotation in a variable frequency drive, dumping part of the pumped liquid into the hydraulic tank 5 when asynchronously an electric actuator or the like). Thanks to the control unit 13, 8-16 double strokes of the plunger of the submersible pump per minute are supported by adjusting the operation with small strokes of the drive and the load on the cylinder 6 is reduced and, as a result, energy consumption is reduced.

Как показала практика время на восстановление работоспособности клапанов штангового глубинного насоса сократилось в 3-7 раз, затраты энергии снизились в 5-9 раз.As practice has shown, the time to restore the functionality of the valves of a sucker rod pump has been reduced by 3-7 times, energy costs have decreased by 5-9 times.

Предлагаемый привод гидравлический для восстановления работоспособности клапанов штангового глубинного насоса позволяет с минимальными затратами времени и энергии производить «расхаживание» клапанов с минимальной длиной хода плунжера (0,05-0,2 м) и с 8-16 двойных ходов плунжера в минуту, за счет небольшого собственного хода и объемов гидроцилиндров.The proposed hydraulic actuator for restoring the functionality of the valves of the sucker-rod pump allows for “walking” the valves with a minimum stroke of the plunger (0.05-0.2 m) and with 8-16 double strokes of the plunger per minute due to the minimum expenditure of time and energy. small own stroke and volumes of hydraulic cylinders.

Claims

Hydraulic drive for restoring the functionality of the valves of a sucker rod pump, including a frame, a hydraulic pump, a pneumatic accumulator, shut-off and control valves, a hydraulic tank, at least one cylinder with a piston and a rod equipped with a rod mounting unit, an adjustable throttle functionally connected with end electromagnetic stroke limiters through control station, also connected to shut-off and control valves, characterized in that the stroke length of the piston with the rod in the cylinder is 0.05–0.2 m more than the extension of the rods, and the total working volume of at least one cylinder is made so as to provide 8-16 double strokes of the plunger of the deep pump per minute.