RU2035621C1

RU2035621C1 - Oil-well sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2035621C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Кутковский; Р.Ю. Равич-Щербо; А.А. Александров; Г.Л. Рыбаков
Original assignee: Государственное предприятие по производству оборудования для разведки и добычи нефти и газа
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: sucking valve is mounted at the bottom part of the cylinder. The valve has housing, seat, and valving member. The plunger and delivery valve are positioned inside the space of the cylinder. The plunger consists of the rod having stop collar and nut mounted on the rod and connected with a tie member, bushing sections with faces having spherical guide surface, and flexible ring seals interposed between the sections for permitting a contact of the cylinder surface with its outer cylindrical surface and the spherical surfaces of the sections with its face surfaces. The rod is positioned inside the sections and flexible seals at their axis and connected with the tie member. The collar and nut, which are in contact with the face surfaces of the end sections, have openings made along their axes. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным штанговым насосам для глубинноскважинной эксплуатации нефтяных скважин. The invention relates to techniques for oil production, in particular to borehole sucker-rod pumps for downhole operation of oil wells.

Известен глубинный скважинный насос, содержащий цилиндр с полым плунжером внутри него, всасывающим клапаном в цилиндре и нагнетательным клапаном в плунжере, причем плунжер состоит из нескольких частей, жестко соединенных друг с другом [1]
Недостатками данного насоса является то, что применение плунжера большой длины по отношению к его диаметру и большой жесткости приводит к интенсивному одностороннему износу цилиндра насоса при его работе в наклонных скважинах, когда цилиндр имеет естественное искривление за счет сил собственного веса. Недостатком также является использование в клапанах затвора в виде шарика, так как это ведет к быстрому разбиванию седла хаотично перемещаемым шариком в корпусе клапана во время работы насоса.Known deep well pump containing a cylinder with a hollow plunger inside it, a suction valve in the cylinder and a discharge valve in the plunger, and the plunger consists of several parts, rigidly connected to each other [1]
The disadvantages of this pump is that the use of a long plunger with respect to its diameter and high rigidity leads to intensive unilateral wear of the pump cylinder when it is running in deviated wells, when the cylinder has a natural curvature due to its own weight. A disadvantage is the use of a ball valve in the valves, since this leads to a quick breaking of the seat with a randomly moving ball in the valve body during pump operation.

Известен скважинный насос, содержащий цилиндр с установленным в его нижней части всасывающим клапаном, смонтированным в корпусе и имеющим седло и запорный элемент, плунжер с нагнетательным клапаном, расположенный в полости цилиндра [2]
Недостатками этого насоса являются большая длина плунжера по отношению к его диаметру и конструкция затвора. Общая длина сважинных насосов колеблется от 4,5 до 8 м при диапазоне диаметров цилиндров от 30 до 60 мм. Поэтому в случае наклона скважины под углом 45^о величина отклонения конца насоса от прямой оси достигает 60 мм. На кривизне цилиндра, которая возникает в этом случае, полый жесткий плунжер cвоей серединой касается его поверхности, а с противоположной стороны от точки касания цилиндра своими крайними точками упирается в поверхность цилиндра, пытаясь его выпрямить. При перемещении вдоль цилиндpа плунжеp изнашивает его стенку, оpганизуя в ней боpозду, которая не поддается уплотнению. Надежность насоса с такой конструкцией плунжера невелика, и невелика, соответственно, его долговечность.Known well pump containing a cylinder with a suction valve installed in its lower part mounted in the housing and having a seat and a locking element, a plunger with a discharge valve located in the cylinder cavity [2]
The disadvantages of this pump are the large length of the plunger in relation to its diameter and the design of the shutter. The total length of well pumps ranges from 4.5 to 8 m with a range of cylinder diameters from 30 to 60 mm. Therefore, in case the borehole inclination angle of 45 ^about the deviation from the straight end of the pump axis is 60 mm. On the curvature of the cylinder, which occurs in this case, the hollow rigid plunger with its middle touches its surface, and on the opposite side from the point of contact of the cylinder with its extreme points abuts against the surface of the cylinder, trying to straighten it. When moving along the cylinder, the plunger wears out its wall, organizing a groove in it, which is not amenable to compaction. Reliability of a pump with such a plunger design is low, and its durability is low, respectively.

Целью изобретения является улучшение технологичности и, соответственно, увеличение долговечности насоса. The aim of the invention is to improve manufacturability and, accordingly, increase the durability of the pump.

Для достижения цели в скважинном насосе, содеpжащем цилиндр с установленным в его нижней части всасывающим клапаном, смонтированным в корпусе и имеющим седло и запорный элемент, плунжер с нагнетательным клапаном, расположенный в полости цилиндра, плунжер выполнен составным из стержня с упорным буртом и установленной на стержне гайки, соединенной с тяговым элементом, втулочных секций с тоpцами, имеющими сферическую направляющую поверхность, и упругих кольцевых уплотнителей, установленных между втулочными секциями с возможностью контакта своей наружной цилиндрической поверхностью с поверхностью цилиндра, а торцовыми поверхностями со сферическими повеpхностями втулочных секций, при этом стержень расположен внутри втулочных секций и упругих уплотнителей, на их оси, и соединен с тяговым элементом, а в упорном бурте и гайке, контактирующих с торцовой поверхностью крайней втулочной секции и торцовой поверхностью другой крайней втулочной секции соответственно выполнены отверстия вдоль их оси. Запорный элемент выполнен в виде шара с центральным отверстием с неподвижно размещенной в нем упругой втулкой, в которой установлен штырь, нижняя часть которого содержит обтекатель, а верхняя мембрану с отверстиями, причем шар установлен на седле, в котором выполнены отверстия под обтекатель, и на направляющих ребрах, выполненных в корпусе, а мембрана установлена с возможностью контакта с последними. To achieve the goal in a borehole pump containing a cylinder with a suction valve installed in its lower part, mounted in the housing and having a seat and a locking element, a plunger with a discharge valve located in the cylinder cavity, the plunger is made up of a rod with a thrust collar and mounted on the rod nuts connected to the traction element of the sleeve sections with ends having a spherical guide surface, and elastic ring seals installed between the sleeve sections with the possibility of contact and its outer cylindrical surface with the surface of the cylinder, and end surfaces with spherical surfaces of the sleeve sections, while the rod is located inside the sleeve sections and elastic seals, on their axis, and is connected to the traction element, and in the thrust collar and nut in contact with the end surface holes of the extreme sleeve section and the end surface of the other extreme sleeve section, respectively, holes are made along their axis. The locking element is made in the form of a ball with a central hole with an elastic sleeve fixed in it, in which a pin is installed, the lower part of which contains a fairing, and the upper membrane with holes, and the ball is mounted on a saddle in which openings for the fairing are made, and on guides ribs made in the housing, and the membrane is installed with the possibility of contact with the latter.

На чертеже показан насос, общий вид. The drawing shows a pump, a General view.

Скважинный штанговый насос состоит из цилиндра 1, установленного в нем составного плунжера 2, всасывающего клапана 3, закрепленного на цилиндре 1, нагнетательного клапана 4, установленного на плунжере 2, тягового элемента 5, связанного муфтой 6 с плунжером. Плунжер 2 состоит из втулочных секций 7 со сферическими торцами 8, между которыми установлены упругие кольцевые уплотнители 9. Уплотнители 9 своей наружной цилиндрической поверхностью 10 контактируют с цилиндром 1. Вдоль оси секций 7 и уплотнителей 9 размещен стержень 11 с упорным буртом 12, которым он установлен на торце 13 крайней секции 14, а с другой стороны плунжеpа 2 на стержне 1 закpеплена гайка 15, котоpая контактирует с торцом 16 другой крайней секции 17 плунжера 2. В упорном бурте 12 и гайке 15 выполнены отверстия 18, 19 для прохода жидкости. Каждый из клапанов 3 и 4 состоит из корпуса 20, в котором установлено седло 21 и который имеет направляющие ребра 22. На седле 21 установлен шар 23 с центральным отверстием 24, в котором размещена упругая втулка 25, лишенная возможности перемещения буртами 26. В упругой втулке 25 установлен штырь 27, в нижней части которого имеется обтекатель 28, а в верхней мембрана 29 с отверстиями 30. Обтекатель 28 размещен в отверстии 31 седла 21, а мембрана 29 установлена на направляющих ребрах 22, на которых также установлен шар 23. Шар 23, втулка 25, штырь 27 с обтекателем 28 и мембраной 29 представляют запорный элемент 32. The downhole sucker rod pump consists of a cylinder 1, a composite plunger 2 installed therein, a suction valve 3 mounted on the cylinder 1, a discharge valve 4 mounted on the plunger 2, a traction element 5 connected by a coupling 6 to the plunger. Plunger 2 consists of sleeve sections 7 with spherical ends 8, between which elastic ring seals are installed 9. Seals 9, with their outer cylindrical surface 10, are in contact with cylinder 1. Along the axis of sections 7 and seals 9 there is a rod 11 with a stop shoulder 12, which it is installed at the end 13 of the extreme section 14, and on the other side of the plunger 2, a nut 15 is fastened on the rod 1, which contacts the end 16 of the other extreme section 17 of the plunger 2. In the stop shoulder 12 and nut 15, holes 18, 19 are made for the passage of fluid. Each of the valves 3 and 4 consists of a housing 20, in which a seat 21 is mounted and which has guide ribs 22. On the seat 21 there is a ball 23 with a central hole 24 in which an elastic sleeve 25 is placed, which is unable to move with collars 26. In an elastic sleeve 25, a pin 27 is installed, in the lower part of which there is a fairing 28, and in the upper membrane 29 with holes 30. The fairing 28 is placed in the hole 31 of the seat 21, and the membrane 29 is mounted on the guide ribs 22, on which the ball 23 is also mounted. Ball 23, sleeve 25, pin 27 with fairing 28 and meme 29 are wound closure element 32.

Работа с насосом заключается в следующем. Насос цилиндром 11 закрепляется в скважине (на чертеже не показано) и за тяговый элемент 5 плунжеру 2 сообщают поступательные движения вверх и вниз. При ходе плунжера 2 вниз всасывающий клапан 3 закрывается силой тяжести, действующей на его запорный элемент 32, а нагнетательный клапан 4 открывается посредством давления жидкости, образуемого между клапанами 3 и 4. При ходе вверх плунжера 2 закрывается клапан 4 силой тяжести, действующей на его запорный элемент 32, а клапан 3 открывается давлением жидкости в скважине, так как между клапанами 3 и 4 при подъеме плунжера 2 начинает возникать разрежение. Столб жидкости, находящийся над клапаном 4, поднимается на величину хода плунжера 2. Затем цикл повторяется. При установке насоса в наклонных скважинах происходит естественное искривление цилиндра 1 от силы тяжести его распределенной массы, поэтому составной плунжер 2, перемещаясь внутри цилиндра 11, повторяет его кривизну и снижает нагрузку на него. Work with the pump is as follows. The pump with a cylinder 11 is fixed in the well (not shown in the drawing) and translational movements up and down are reported to the plunger 2 for the traction element 5. When the plunger 2 moves downward, the suction valve 3 is closed by the force of gravity acting on its shut-off element 32, and the discharge valve 4 is opened by the fluid pressure generated between the valves 3 and 4. When the plunger 2 moves upward, the valve 4 is closed by the gravity acting on its shut-off element element 32, and the valve 3 is opened by the pressure of the fluid in the well, since between the valves 3 and 4, when the plunger 2 is raised, a vacuum begins to occur. The liquid column located above the valve 4 rises by the stroke of the plunger 2. Then the cycle repeats. When installing the pump in deviated wells, a natural curvature of the cylinder 1 from the gravity of its distributed mass occurs, therefore, the composite plunger 2, moving inside the cylinder 11, repeats its curvature and reduces the load on it.

Работа составного плунжера 2 происходит следующим образом. Втулочные секции 7 во время перемещения по криволинейному цилиндру 1 за счет своих торцовых сферических направляющих поверхностей 8 поворачиваются в уплотнителях 9, занимая касательное положение к кривизне цилиндра 1. Поскольку длина втулочных секций 7 небольшая, то в пределах зазора между плунжером 2 и цилиндром 1 секция 7 может повернуться на значительный угол. Последовательный поворот секций 7 организует необходимую кривизну плунжера 2. При этом с одной стороны цилиндра 1 упругие уплотнения 9 сожмутся, а с противоположной компенсируют увеличенное расстояние между торцами 8 секций 7. Упругие уплотнители 9, имея маленькую длину поверхности 10, продолжают контактировать с цилиндром 1 и уплотнять зазор между плунжером 2 и цилиндром 1. Стержень 11 при помощи торца гайки 15 и упорного бурта 12 предварительно стягивает секции 7 и уплотнители 9. В момент прохождения плунжера 2 по криволинейному участку цилиндра 1 стержень 11 либо за счет своей гибкости (если сделан из троса), либо за счет смещения по торцам крайних секций 14 и 17 от оси цилиндра 1 не оказывает значительного влияния на подвижность секций 7. Работа клапанов 3 и 4 сводится к подъему и спуску на седло 21 запорных элементов 32. При подъеме шара 23 над седлом 21 обтекатель 28 позволяет более равномерно разбить поток жидкости, создать его ламинарным, устранить большую застойную зону под шаром 23. Поток жидкости, ударяясь в мембрану 29 и проходя через ее отверстия, удерживает запорный элемент 31 в верхнем положении. При спуске шара 23 на седло 21 мембрана 29 выполняет функцию парашюта, демпфируя удар шара 23 в седло 21. В связи с тем, что в шаре 23 установлена упругая втулка 25 с небольшим удельным весом, что снижает массу шара 23 и уменьшает энергию удара в седло 21. Добавленная масса за счет штыря 27, обтекателя 28 и мембраны 29 не влияет на силу удара шаром 23 в седло 21 из-за упругости втулки 25, которая разносит во времени импульс силы от двух масс. Кроме того, при вхождении обтекателя 28 в отверстие 31 седла 21 происходит центрирование шара 23, что позволяет получить не точечный, а линейный удар по седлу 21. Такая конструкция запорного элемента 32 при одинаковом весе с запорным элементом в виде целикового шара снижает износ седла 21. Работа с насосом заканчивается выемкой его из скважины. The operation of the composite plunger 2 is as follows. The sleeve sections 7 while moving along the curved cylinder 1 due to their end spherical guide surfaces 8 are rotated in the seals 9, occupying a tangent position to the curvature of the cylinder 1. Since the length of the sleeve sections 7 is small, within the gap between the plunger 2 and cylinder 1 section 7 can turn a significant angle. The sequential rotation of the sections 7 organizes the necessary curvature of the plunger 2. In this case, on the one side of the cylinder 1, the elastic seals 9 are compressed, and on the opposite side they compensate for the increased distance between the ends of the 8 sections 7. The elastic seals 9, having a small surface length 10, continue to contact with the cylinder 1 and seal the gap between the plunger 2 and the cylinder 1. The rod 11 by means of the end face of the nut 15 and the stop collar 12 pre-tightens the sections 7 and the seals 9. At the time of passage of the plunger 2 along a curved section of the cylinder 1 rod 11 either due to its flexibility (if made of a cable) or due to displacement at the ends of the extreme sections 14 and 17 from the axis of cylinder 1 does not significantly affect the mobility of sections 7. The operation of valves 3 and 4 is reduced to raising and lowering the seat 21 of the locking elements 32. When lifting the ball 23 above the seat 21, the cowling 28 allows more evenly to break the fluid flow, create it laminar, eliminate the large stagnant area under the ball 23. The fluid flow, striking the membrane 29 and passing through its holes, holds the locking element 31 in the upper p position. When the ball 23 is lowered onto the saddle 21, the membrane 29 performs the function of a parachute, damping the impact of the ball 23 into the saddle 21. Due to the fact that the ball 23 has an elastic sleeve 25 with a small specific gravity, which reduces the mass of the ball 23 and reduces the impact energy into the saddle 21. The added mass due to the pin 27, the fairing 28 and the membrane 29 does not affect the force of impact of the ball 23 into the saddle 21 due to the elasticity of the sleeve 25, which carries a time pulse of force from two masses. In addition, when the fairing 28 enters the hole 31 of the seat 21, the ball 23 is centered, which makes it possible to obtain a linear impact on the seat 21. This design of the locking element 32 with the same weight as the locking element in the form of a whole ball reduces the wear of the seat 21. Work with the pump ends with its removal from the well.

Claims

1. A downhole sucker rod pump, comprising a cylinder with a suction valve installed in its lower part, mounted in the housing and having a seat and a shut-off element, a plunger with a discharge valve located in the cylinder cavity, characterized in that the plunger is made up of a rod with a stop collar and a nut installed on the rod connected to the traction element of the sleeve sections with ends having a spherical guide surface and elastic ring seals installed between the sleeve sections with the contact of its outer cylindrical surface with the surface of the cylinder, and the end surfaces with the spherical surfaces of the sleeve sections, the rod being located inside the sleeve sections and elastic seals on their axis and connected to the traction element, and in the thrust collar and nut in contact with the end surface of the extreme the sleeve section and the end surface of the other extreme sleeve section, respectively, holes are made along their axis.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the shut-off element is made in the form of a ball with a central hole with an elastic sleeve fixed in it, in which a pin is installed, the lower part of which contains a fairing, and the upper membrane with holes, and the ball is mounted on the saddle, in which the holes are made for the fairing, and on the guide ribs made in the housing, and the membrane is installed with the possibility of contact with the latter.