RU2007618C1

RU2007618C1 - Well sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2007618C1
Application number: RU92010513A
Authority: RU
Inventors: Борис Семенович Захаров
Original assignee: Борис Семенович Захаров
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: oil and gas industry. SUBSTANCE: pump has a cylindric case provided with suction valve and fixed sealing unit and hollow plunger with a delivery plunger. The bottom of the case is provided with at least one additional sealing unit spaced from the main at a distance which follows a relationship available in the invention description. EFFECT: enhanced efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному и газовому машиностроению и может быть использовано для откачки нефти и других жидкостей из скважин. The invention relates to oil and gas engineering and can be used for pumping oil and other liquids from wells.

Известны скважинные штанговые насосы плунжерного типа, в которых плунжер перемещается в цилиндре, внутренняя поверхность которого имеет высокую твердость и обработана также с высокой точностью. Плунжеры таких насосов выполняются или гладкими металлическими с щелевым уплотнением зазора между цилиндром и плунжером, или с мягким уплотнением в виде манжет или разрезных колец. Well-known sucker rod pumps of the plunger type, in which the plunger moves in a cylinder, the inner surface of which has high hardness and is also machined with high accuracy. The plungers of such pumps are either smooth metal with a gap seal between the cylinder and the plunger, or with a soft seal in the form of cuffs or split rings.

Наиболее существенным недостатком таких насосов является необходимость изготовления прецизионной пары "цилиндр - плунжер", в которой длина цилиндра достигает 5 метров и выше, а длина плунжера до 2-х метров, при этом диаметр цилиндра и плунжера колеблется от 28 до 102 мм. The most significant drawback of such pumps is the need to manufacture a precision cylinder-plunger pair in which the cylinder length reaches 5 meters and above, and the plunger length is up to 2 meters, while the diameter of the cylinder and plunger ranges from 28 to 102 mm.

В технике известны насосы, в которых гладкий плунжер уплотняется неподвижным уплотнительным устройством контактного типа, относительная длина которого невелика. В таких насосах зазор между цилиндром и плунжером выполняется достаточно большим с тем, чтобы во время работы они не касались друг друга. Длина хода плунжера сравнительно невелика. Как правило насосы такого типа используются в наземном оборудовании. Pumps are known in the art in which a smooth plunger is sealed by a fixed contact type sealing device whose relative length is small. In such pumps, the gap between the cylinder and the plunger is large enough so that during operation they do not touch each other. The stroke length of the plunger is relatively small. Typically, this type of pump is used in ground equipment.

Использование насосов с неподвижным уплотнением плунжера в нефтяных скважинах с вертикальным расположением цилиндра нецелесообразно, так как увеличенный зазор между цилиндром и плунжером при большой длине насоса значительно увеличивает мертвое пространство в рабочей камере. Эффективность работы такого насоса будет низкая, в особенности в скважинах с высоким газовым фактором. The use of pumps with a stationary seal of the plunger in oil wells with a vertical arrangement of the cylinder is impractical, since the increased clearance between the cylinder and the plunger with a long pump length significantly increases the dead space in the working chamber. The efficiency of such a pump will be low, especially in wells with a high gas factor.

Целью изобретения является повышение надежности работы скважинного штангового насоса с плунжером, имеющим неподвижное уплотнение. The aim of the invention is to increase the reliability of a borehole sucker rod pump with a plunger having a stationary seal.

Указанная цель обеспечивается тем, что в известном скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндрический корпус со всасывающим клапаном и неподвижным уплотнительным устройством, а также полый плунжер с напорным клапаном, установлено одно или несколько дополнительных уплотнительных устройств, размещенных в нижней части цилиндрического корпуса, причем расстояние между уплотнительными устройствами удовлетворяет следующим условиям: 2Н+В>L ≥ H + В, где L - длина плунжера, Н - расстояние между соседними уплотнительными устройствами, В - длина уплотнительного устройства. This goal is ensured by the fact that in the known borehole sucker rod pump comprising a cylindrical body with a suction valve and a stationary sealing device, as well as a hollow plunger with a pressure valve, one or more additional sealing devices are installed located in the lower part of the cylindrical body, and the distance between the sealing devices satisfies the following conditions: 2H + B> L ≥ H + B, where L is the length of the plunger, H is the distance between adjacent sealing devices, B is the length sealing device.

Признаки предложенного изобретения как новые (наличие дополнительных уплотнительных устройств, расположенных на определенном расстоянии друг от друга), так и известные, образуют совокупность, ранее неизвестную и нигде ранее неиспользовавшуюся, что позволяет считать предложенное уплотнение соответствующим критерию изобретения "новизна". The features of the proposed invention, both new (the presence of additional sealing devices located at a certain distance from each other), as well as known, form a combination previously unknown and not previously used, which allows us to consider the proposed seal in accordance with the criteria of the invention of "novelty."

Кроме того, данная совокупность признаков обеспечивает более высокую надежность работы скважинного штангового насоса в скважинах с высоким газовым фактором, что позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". In addition, this set of features provides higher reliability of the downhole sucker rod pump in wells with a high gas factor, which allows us to recognize the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена схема безцилиндрового скважинного штангового насоса с двумя неподвижными уплотнительными устройствами плунжера; на фиг. 2-5 - принцип действия безцилиндрового насоса. In FIG. 1 is a diagram of a cylinder-free borehole sucker rod pump with two stationary plunger sealing devices; in FIG. 2-5 - the principle of operation of a cylinderless pump.

Насос состоит из цилиндрического корпуса 1 с верхним 2 и дополнительным нижним 3 уплотнительными устройствами плунжера 4. В нижней части корпуса 1 имеется всасывающий клапан 5, а в нижней части полого плунжера 4 находится напорный клапан 6. Корпус насоса 1 в верхней части соединен с насосно-компрессорными трубами 7, а плунжер 4 - с колонной штанг 8. Длина плунжера L должна быть больше расстояния между уплотнениями Н. The pump consists of a cylindrical housing 1 with an upper 2 and an additional lower 3 sealing devices for the plunger 4. At the bottom of the housing 1 there is a suction valve 5, and at the bottom of the hollow plunger 4 there is a pressure valve 6. The pump housing 1 in the upper part is connected to the pump the compressor pipes 7, and the plunger 4 - with a column of rods 8. The length of the plunger L should be greater than the distance between the seals N.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

На фиг. 1 показан плунжер в нижней мертвой точке (НМТ). Оба клапана закрыты и давление жидкости в рабочей камере 9 равно давлению жидкости в НКТ. Газ, который поступал в рабочую камеру, во время предыдущего хода всасывания, находится частично в растворенном состоянии в жидкости и частично в свободном состоянии в верхней части рабочей камеры 9. In FIG. 1 shows a plunger at bottom dead center (BDC). Both valves are closed and the fluid pressure in the working chamber 9 is equal to the fluid pressure in the tubing. The gas that entered the working chamber during the previous suction stroke is partially dissolved in the liquid and partially in the free state in the upper part of the working chamber 9.

В начале хода вверх (см. фиг. 2) сначала происходит расширение газа в камере 9 до тех пор, пока давление под всасывающим клапаном 5 не превысит давление в рабочей камере 9. Затем клапан 5 открывается и в камеру поступает жидкость из скважины. Ввиду того, что объем мертвого пространства камеры 9 невелик по сравнению с общим объемом, вытесняемым плунжером за всю длину хода, запаздывание открытия клапана 5 будет незначительным. At the beginning of the upward stroke (see Fig. 2), the gas first expands in the chamber 9 until the pressure under the suction valve 5 exceeds the pressure in the working chamber 9. Then, the valve 5 opens and fluid flows from the well into the chamber. Due to the fact that the dead space of the chamber 9 is small compared to the total volume displaced by the plunger over the entire stroke length, the delay in opening the valve 5 will be insignificant.

При движении вверх (см. фиг. 2) верхняя часть плунжера 4 входит в верхнее уплотнительное устройство 2, а его нижняя часть одновременно выходит из нижнего уплотнения 3. В этот момент происходит перекрытие камеры 10 от напорной линии 11 и процесс заполнения насоса жидкостью из затрубного пространства будет продолжаться при открытом всасывающем клапане 5. В камере 10 во время хода всасывания остается часть жидкости, объем которой равен объему кольцевого пространства, заключенному между корпусом 1 и плунжером 4. В этой жидкости также имеется растворенный газ, наличие которого скажется на наполнении насоса. When moving upward (see Fig. 2), the upper part of the plunger 4 enters the upper sealing device 2, and its lower part simultaneously leaves the lower seal 3. At this moment, the chamber 10 overlaps from the pressure line 11 and the pump is filled with liquid from the annulus of space will continue with the suction valve open 5. In the chamber 10, during the suction stroke, a part of the liquid remains, the volume of which is equal to the volume of the annular space enclosed between the housing 1 and the plunger 4. There is also a solution in this liquid nny gas, the presence of which affect the pump filling.

На фиг. 3 показан плунжер в верхней мертвой точке (ВМТ). Полости рабочих камер 9 и 10 заполнены жидкостью и частично газом. При обратном ходе плунжера 4 вниз сначала происходит сжатие газа и повышение давления в рабочих камерах (см. фиг. 4). Когда давление в камерах 9 и 10 превысит давление столба жидкости в НКТ, откроется напорный клапан 6 и при дальнейшем движении плунжера вниз жидкость начнет поступать в напорную линию насоса. При этом сжатый и растворенный газ будет собираться в кольцевом пространстве камеры 10 между плунжером 4 и корпусом 1. Когда плунжер 4 пройдет нижнее уплотнение 3 и отсечет камеру 10 от камеры 9 и одновременно соединит полость НКТ 11 с камерой 10 газ свободно выйдет из камеры 10 в полость НКТ и далее на выкид насоса (см. фиг. 5). In FIG. 3 shows a plunger at top dead center (TDC). The cavities of the working chambers 9 and 10 are filled with liquid and partially gas. During the reverse stroke of the plunger 4 downward, gas compression and pressure increase in the working chambers first occur (see Fig. 4). When the pressure in the chambers 9 and 10 exceeds the pressure of the liquid column in the tubing, the pressure valve 6 will open and with a further movement of the plunger downward, the liquid will begin to flow into the pressure line of the pump. In this case, the compressed and dissolved gas will be collected in the annular space of the chamber 10 between the plunger 4 and the housing 1. When the plunger 4 passes the lower seal 3 and cuts off the chamber 10 from the chamber 9 and at the same time connects the tubing cavity 11 to the chamber 10, the gas freely leaves the chamber 10 into the tubing cavity and further to the pump discharge (see Fig. 5).

Таким образом будет исключена блокировка насоса газом, наполнение рабочих камер будет полным и насос будет работать с высоким объемным КПД несмотря на то, что суммарное мертвое пространство такого насоса намного больше, чем у цилиндровых стандартных насосов с гладким плунжером или плунжером с мягким уплотнением. This will prevent gas blocking of the pump, filling the working chambers will be complete and the pump will work with high volumetric efficiency despite the fact that the total dead space of such a pump is much larger than that of standard cylinder pumps with a smooth plunger or a soft seal plunger.

Эффективность насоса может быть повышена, если в качестве уплотнительных устройств 2 и 3 применить механические уплотнения (3,4). (56) 1. Беззубов А. В. и др. Насосы для добычи нефти, справочник рабочего, М. Недра, 1986, стр. 187, рис. 81. Pump efficiency can be improved if mechanical seals (3,4) are used as sealing devices 2 and 3. (56) 1. Bezzubov A.V. et al. Pumps for oil production, a manual for a worker, M. Nedra, 1986, p. 187, fig. 81.

2. Авторское свидетельство СССР N 1442699, кл. F 04 D 47/02, 1988. 2. USSR author's certificate N 1442699, cl. F 04 D 47/02, 1988.

Claims

A downhole PUMP PUMP, comprising a cylindrical body with a suction valve and a stationary sealing device, a hollow plunger with a pressure valve, characterized in that at least one additional sealing device is installed in the lower part of the cylindrical body, installed at a distance satisfying the condition: 2H + B> L ≥ H + B, where L is the length of the plunger; H is the distance between adjacent sealing devices; B is the length of the sealing device.