RU2037662C1

RU2037662C1 - Deep-well lump plant

Info

Publication number: RU2037662C1
Authority: RU
Inventors: Д.Ф. Балденко; Ф.Д. Балденко; В.Д. Поташников; Н.В. Шенгур
Original assignee: Научно-производственный кооператив "Техника и организация бурения скважин" (ТОБУС)
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: petroleum industry. SUBSTANCE: column of pump rods connected with a ground drive is placed in the column of pump-compress pipes. The single-screw pump is connected with the lower ends of the columns and has a stator and a screw rotor eccentrically placed in it. An additional stator is mounted coaxially with and lower than the main one. The rotor is placed for axial displacement with an additional stator. EFFECT: enhanced efficiency of the mechanized extraction of oil and other plateau liquids. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к глубинно-насосным установкам с наземным приводом через колонну штанг, и может быть использовано в различных областях горного дела, например, при механизированной добыче нефти и других пластовых жидкостей. The invention relates to mechanical engineering, in particular to deep-well pumping units with a surface drive through a rod string, and can be used in various fields of mining, for example, in the mechanized production of oil and other formation fluids.

Известна одновинтовая гидромашина в виде винтового героторного механизма, содержащего статор с упругой резиновой обкладкой, имеющей полость, заполненную газом под давлением, и ротор. Known single-screw hydraulic machine in the form of a screw gerotor mechanism containing a stator with an elastic rubber lining having a cavity filled with gas under pressure, and a rotor.

При эксплуатации за счет давления в полости резиновой обкладки статора происходит компенсация износа рабочих органов. Однако недостатком данного способа компенсации является необходимость создания высокого давления в резиновой обкладке статора для поддержания достаточного натяга в паре ротор-статор, что для высоконапорных одновинтовых насосных установок является технически трудно осуществимой задачей. In operation, due to pressure in the cavity of the rubber lining of the stator, wear of the working bodies is compensated. However, the disadvantage of this compensation method is the need to create a high pressure in the rubber lining of the stator to maintain sufficient interference in the rotor-stator pair, which is a technically difficult task for high-pressure single-screw pump units.

Известен героторный винтовой механизм, содержащий корпус, винтовой ротор и статор, причем рабочие поверхности последних выполнены коническими. Known gerotor screw mechanism containing a housing, a screw rotor and a stator, and the working surfaces of the latter are made conical.

В данном случае компенсация износа рабочих органов происходит при перемещении ротора относительно статора в сторону изменения диаметра последнего, что обеспечивает постоянство натяга в паре ротор-статор. Однако существенным недостатком данного метода является технически сложно выполнимое изготовление требуемых конических поверхностей винтового героторного механизма. In this case, the compensation of wear of the working bodies occurs when the rotor is moved relative to the stator in the direction of changing the diameter of the latter, which ensures a constant interference in the rotor-stator pair. However, a significant drawback of this method is the technically difficult feasibility of manufacturing the required conical surfaces of the screw gerotor mechanism.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности к достигаемому эффекту является глубинно-насосная установка, содержащая наземный привод, колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в ней колонну насосных штанг, связанную с приводом, и соединенный с нижними концами указанных колонн одновинтовой насос, имеющий статор и ротор. Closest to the claimed claimed technical essence, the achieved effect is a downhole pump installation comprising a ground drive, a tubing string, a sucker rod string connected to the drive, and a single-screw pump having a stator and connected to the lower ends of the said string rotor.

При эксплуатации одновинтового насоса в абразивосодержащих жидкостях происходит интенсивный износ рабочих поверхностей ротора и статора, что приводит к изменению натяга между ними, падению производительности и в дальнейшем к потере работоспособности насоса и установки в целом. During operation of a single-screw pump in abrasive fluids, intensive wear of the working surfaces of the rotor and stator occurs, which leads to a change in the interference between them, a decrease in productivity and, subsequently, to a loss in the operability of the pump and installation as a whole.

Изобретение направлено на снижение влияния износа рабочих органов одновинтового насоса на его производительность, т.е. на обеспечение стабильного режима работы установки в целом, на повышение надежности, а также на сокращение трудозатрат по переборке установки для устранения износа рабочих органов насоса. The invention is aimed at reducing the impact of wear of the working bodies of a single-screw pump on its performance, i.e. to ensure a stable mode of operation of the installation as a whole, to increase reliability, as well as to reduce labor costs for reassembling the installation to eliminate wear on the working parts of the pump.

Для этого в глубинно-насосной установке, содержащей наземный привод, колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в ней колонну насосных штанг, связанную с приводом, и соединенный с нижними концами указанных колонн одновинтовой насос, имеющий статор и ротор, последний установлен с возможностью перемещения вдоль оси статора, а установка снабжена дополнительным статором, установленным ниже основного. To do this, in a downhole pump installation containing a ground drive, a tubing string, a sucker rod string connected to the drive located in it, and a single screw pump having a stator and a rotor connected to the lower ends of the said string, the latter is mounted for movement along axis of the stator, and the installation is equipped with an additional stator installed below the main one.

Наряду с этим установка может быть снабжена вторым или более дополнительными статорами, установленными последовательно ниже первого. In addition, the installation can be equipped with a second or more additional stators installed in series below the first.

При эксплуатации одновинтовых насосов в абразивосодержащих жидкостях, а также вследствие особенностей рабочего процесса происходит интенсивный износ поверхности ротора и статора, что приводит к изменению натяга между ними и, как следствие, к падению производительности насоса, отрицательно сказываясь на работоспособности установки в целом. When operating single-screw pumps in abrasive fluids, as well as due to the characteristics of the working process, intensive wear of the surface of the rotor and stator occurs, which leads to a change in the interference between them and, as a consequence, to a decrease in pump performance, negatively affecting the performance of the installation as a whole.

Предложенное техническое решение позволяет компенсировать износ рабочих органов одновинтового насоса путем перемещения вниз его ротора до ввода в зацепление с дополнительным статором насоса, что обеспечивает восстановление первоначального натяга пары ротор-статор и требуемых эксплуатационных параметров. В результате этого стабилизируется режим работы насосной установки, повышается надежность, снижаются затраты на техническое обслуживание. The proposed technical solution allows you to compensate for the wear of the working parts of a single-screw pump by moving its rotor down to engage it with an additional pump stator, which ensures the restoration of the initial tightness of the rotor-stator pair and the required operational parameters. As a result of this, the operating mode of the pump unit is stabilized, reliability is increased, and maintenance costs are reduced.

На фиг.1 изображена глубинно-насосная установка, общий вид; на фиг.2 показан одновинтовой насос глубинно-насосной установки; на фиг.3 дано сечение А-А на фиг. 2; на фиг.4 поперечное сечение ротора насоса; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.2. Figure 1 shows the deep pump installation, a General view; figure 2 shows a single-screw pump of a downhole pump installation; figure 3 is a section aa in fig. 2; figure 4 is a cross section of a pump rotor; figure 5 section BB in figure 2.

Глубинно-насосная установка содержит наземный привод 1, понижающую передачу 2 (например, клиноременную), опорно-сальниковое устройство 3 со шпинделем 4 и устьевую арматуру 5 с устьевой колонной головкой 6, составляющими наземное оборудование. The downhole pump installation includes a ground drive 1, a reduction gear 2 (for example, V-belt drive), a gland device 3 with a spindle 4, and wellhead fittings 5 with a wellhead column head 6 constituting ground equipment.

Скважинное оборудование включает подвешенную к устьевой колонной головке 6 колонну насосно-компрессорных труб 7, расположенную в последней колонну насосных штанг 8, соединенную со шпинделем 4, и одновинтовый насос, имеющий статор 9 и ротор 10. Ниже статора 9 установлен связанный с ним дополнительный статор 11. Последний соединен с компенсатором реактивного момента, например, в виде упругого центратора 12, взаимодействующего со стенками обсадной колонны 13 (фиг.1). Колонна насосных штанг 8 имеет центраторы 14, центрирующие насосные штанги 8 в компрессорных трубах 7. Одновинтовой насос соединен своим статором 9 с низом колонны насосно-компрессорных труб 7, а ротором 10 через удлинитель 15 с колонной насосных штанг 8 (фиг.2). Основной статор 9 имеет внутреннюю эластичную обкладку 16, а дополнительный статор 11 эластичную обкладку 17. Число дополнительных статоров может быть несколько, при этом они располагаются последовательно один под другим. Downhole equipment includes a tubing string 7 suspended from the wellhead 6, located in the last string of pump rods 8, connected to spindle 4, and a single-screw pump having a stator 9 and rotor 10. Below the stator 9, an additional stator 11 is connected The latter is connected to a reactive moment compensator, for example, in the form of an elastic centralizer 12 interacting with the walls of the casing 13 (Fig. 1). The column of sucker rods 8 has centralizers 14, centering the sucker rods 8 in the compressor pipes 7. The single-screw pump is connected by its stator 9 to the bottom of the column of tubing 7, and the rotor 10 through the extension 15 with the column of sucker rods 8 (figure 2). The main stator 9 has an inner elastic lining 16, and the additional stator 11 has an elastic lining 17. The number of additional stators can be several, while they are arranged sequentially one under the other.

Глубинно-насосная установка работает следующим образом. The downhole pumping unit operates as follows.

Крутящий момент от наземного привода 1 через понижающую передачу 2, шпиндель 4 и колонну насосных штанг 8 передается на ротор 10 одновинтового насоса. The torque from the ground drive 1 through a reduction gear 2, spindle 4 and the string of pump rods 8 is transmitted to the rotor 10 of the single-screw pump.

Рабочим органом одновинтового насоса является винтовой героторный механизм зубчатая косозубая пара внутреннего циклоидального зацепления, состоящая из Z₁ заходного статора 9 и Z₂ заходного ротора 10 (Z₂ Z₁-1), между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры.The working body of a single-screw pump is a helical gerotor gear helical gear pair of internal cycloidal gearing, consisting of Z ₁ inlet stator 9 and Z ₂ inlet rotor 10 (Z ₂ Z ₁ -1), between the screw surfaces of which working chambers are formed.

Одновинтовой насос выполняет свои технологические функции при определенном натяге в рабочих органах, обеспечивающем разделение областей высокого и низкого давлений. Требуемый натяг обуславливается соответствующим соотношением средних диаметров d и D винтовых поверхностей ротора 10 и статора 9 (фиг.4 и 5). A single-screw pump performs its technological functions with a certain tightness in the working bodies, which ensures the separation of high and low pressure areas. The required interference is determined by the corresponding ratio of the average diameters d and D of the screw surfaces of the rotor 10 and the stator 9 (Figs. 4 and 5).

В процессе вращения насосных штанг 8 ротор 10 совершает планетарное движение внутри основного статора 9, вытесняя пластовую жидкость в полость насосно-компрессорных труб 7 и перемещая ее к устью скважины. In the process of rotation of the sucker rods 8, the rotor 10 makes a planetary movement inside the main stator 9, displacing the reservoir fluid into the cavity of the tubing 7 and moving it to the wellhead.

Если в процессе функционирования основной рабочей пары ротор 10 статор 9 подача одновинтового насоса при заданной частоте вращения насосных штанг 8 снижается ниже допустимого уровня, глубинно-насосную установку останавливают. После этого опускают ротор 10, т.е. выводят его из зацепления с изношенным основным статором 9 и вводят в зацепление с дополнительным статором 11. Операция опускания ротора 10 может быть осуществлена, например, присоединением к верхней части колонны насосных штанг 8 дополнительной штанги определенной длины. После проведения этой операции вновь устанавливается необходимый натяг в рабочей паре ротор 10 статор 11, обеспечивающий требуемый уровень подачи одновинтового насоса. If, during the operation of the main working pair, the rotor 10 of the stator 9, the supply of a single screw pump at a given speed of the sucker rods 8 decreases below an acceptable level, the downhole pump unit is stopped. After that, rotor 10 is lowered, i.e. they disengage it from the worn main stator 9 and engage it with an additional stator 11. The lowering of the rotor 10 can be carried out, for example, by connecting an additional rod of a certain length to the upper part of the column of pump rods 8. After this operation, the necessary tightness is again established in the working pair of the rotor 10 of the stator 11, which ensures the required supply level of the single-screw pump.

В зависимости от сочетания физико-механических свойств материалов ротора и статора, геометрических параметров зацепления, параметров откачиваемой пластовой жидкости и содержания в ней абразивных веществ, а также давления и частоты вращения насоса возможны два основных случая, обуславливающих характер износа рабочей пары. Depending on the combination of the physicomechanical properties of the materials of the rotor and stator, the geometrical parameters of the gearing, the parameters of the pumped formation fluid and the abrasive substances in it, as well as the pressure and speed of the pump, two main cases are possible that determine the nature of the wear of the working pair.

Если износ рабочих органов насоса происходит только по внутренней винтовой поверхности статора, геометрические параметры основного статора 9 и дополнительного статора 11 идентичны, в частности их средние диаметры D равны. If the wear of the working parts of the pump occurs only along the internal helical surface of the stator, the geometric parameters of the main stator 9 and the additional stator 11 are identical, in particular, their average diameters D are equal.

Если износ рабочих органов происходит как по внутренней поверхности статора 9 (его эластичной обкладки 16), так и по наружной металлической поверхности ротора 10, то для поддержания требуемого натяга дополнительный статор 11 должен иметь меньший средний диаметр D, чем основной статор 9. При наличии нескольких дополнительных статоров их средний диаметр D должен последовательно уменьшаться. If the wear of the working bodies occurs both on the inner surface of the stator 9 (its elastic cover 16) and on the outer metal surface of the rotor 10, then to maintain the required interference, the additional stator 11 must have a smaller average diameter D than the main stator 9. If there are several additional stators, their average diameter D should consistently decrease.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет с помощью простых технических средств обеспечить стабильные эксплуатационные характеристики глубинно-насосной установки в течение длительного периода работы. Thus, the proposed technical solution allows using simple technical means to provide stable operational characteristics of the deep well pumping unit over a long period of work.

Claims

DEPTH PUMP INSTALLATION, comprising a ground drive, a tubing string, a sucker rod string connected to a ground drive, a single screw pump connected to the lower ends of the columns and having a stator and an eccentric screw rotor disposed therein, characterized in that it is equipped with at least one additional stator, which is mounted coaxially and below the main one, and the rotor is placed with the possibility of axial movement and interaction with the additional stator.