RU2100578C1

RU2100578C1 - Downhole sucker-rod pumping unit

Info

Publication number: RU2100578C1
Application number: RU95119869A
Authority: RU
Inventors: Роберт Шакурович Муфазалов; Анис Тагирович Тимашев; Рустем Ралифович Зарипов
Original assignee: Роберт Шакурович Муфазалов; Анис Тагирович Тимашев; Рустем Ралифович Зарипов
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: oil producing industry, in particular, oil production; applicable in recovery of any type of formation fluid, for instance, of water. SUBSTANCE: pumping unit consists of two concentric tubing strings, sucker-rod string arranged inside tubing string and downhole pumping devices. Each downhole pumping device is made in form of body with annular channel, cylinder with holes, piston and hollow rod. Hollow rod is rigidly connected with sucker-rod string. Downhole pumping device has intake and pressure valves. Internal tubing string is divided and isolated in height into autonomous lifting intervals. For this purpose, it has upper and lower partitions. Piston is located between the partitions, rigidly connected with hollow rod and forms together with upper and lower partitions, correspondingly, upper and lower chambers. The latter is connected, via cylinder hole, with annular space between tubing. Upper chamber is communicated with rod hollow and forms transfer device. Present in annular space are cone partitions and fluid. Density of this fluid ensures, by pressure of its column, movement of piston upward. EFFECT: higher efficiency of unit operation due to utilization of pressure of hydrostatic column of fluid. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к добыче нефти, и может быть применено для добычи любой пластовой жидкости, например воды. The invention relates to the oil industry, namely to oil production, and can be used for the extraction of any formation fluid, such as water.

Известна штанговая глубинно-насосная установка, состоящая из колонны насосно-компрессорных труб, колонны штанг и глубинного насоса, помещенного на нижнем конце НКТ [1]
Недостатками известной установки является то, что прием всей нагрузки от веса жидкости и веса колонны штанг и плунжера производится верхней штангой и головкой балансира станка-качалки и подъем их осуществляется полностью приводом, работающим от электроэнергии.Known rod deep pump installation consisting of a string of tubing, a string of rods and a deep pump placed at the lower end of the tubing [1]
The disadvantages of the known installation is that the reception of the entire load from the weight of the liquid and the weight of the column of rods and plunger is carried out by the upper bar and the head of the balancer of the rocking machine and their lifting is carried out entirely by a drive powered by electricity.

Наиболее близким техническим решением является передача части нагрузки от головки балансира (со штанг) насосно-копрессорных труб при помощи гидравлических компенсаторов [2]
Недостатками этих насосных установок являются:
невозможность использования для подъема потенциально присутствующих при подъеме природных видов энергии (давления гидростатического столба тяжелых жидкостей, например, пластовой минерализованной воды, более полное подъемной энергии газа и др.);
передача части нагрузки от веса жидкости, находящейся во всей колонне на нижние штанги, которые обычно имеют меньший диаметр по сравнению со штангами верхней ступени колонны;
большие динамические нагрузки на глубинно-насосную установку при ее работе;
увеличение утечек через глубинно-насосную установку с увеличением давления в подъемной колонне труб.The closest technical solution is to transfer part of the load from the head of the balancer (from the rods) of the tubing using hydraulic compensators [2]
The disadvantages of these pumping units are:
the inability to use for the potential natural types of energy present during the lift (pressure of the hydrostatic column of heavy liquids, for example, brine, more complete lifting energy of the gas, etc.);
transferring part of the load from the weight of the liquid located in the entire column to the lower rods, which usually have a smaller diameter than the rods of the upper stage of the column;
large dynamic loads on the deep-well pump unit during its operation;
an increase in leakage through the deep-well pumping unit with an increase in pressure in the pipe lifting string.

Технической задачей является повышение эффективности работы установки за счет использования давления гидростатического столба жидкости. The technical task is to increase the efficiency of the installation by using the pressure of the hydrostatic column of liquid.

Задача решается тем, что штанговая глубинно-насосная установка, состоящая из двух концентрично расположенных колонн насосно-компрессорных труб, колонны штанг, помещенных во внутренней колонне насосно-компрессорных труб, глубинно-насосных устройств, каждое из которых выполнено в виде корпуса с кольцевым каналом, цилиндра с отверстиями, поршня, полого штока, жестко соединенного с колонной штанг, приемного и нагнетательного клапанов, которыми внутренняя колонна разделена и изолирована по высоте на автономные интервалы подъема, для чего она имеет верхние и нижние перегородки, а поршень помещен между перегородками, жестко связан с полым штоком и образует с верхней и нижней перегородками соответственно верхнюю и нижнюю камеры, последняя из которых через отверстия в цилиндре и кольцевой канал в корпусе сообщена с кольцевым пространством между внутренней и внешней колоннами и выполняет подъемно-разгрузочную функцию, а верхняя камера сообщена через приемно-нагнетательный клапан с полостью штока и образует перекачивающее устройство, при этом в кольцевом пространстве установлены конусные перегородки и помещена жидкость с удельным весом, обеспечивающим давлением столба этой жидкости перемещение поршня вверх. The problem is solved in that the sucker rod installation, consisting of two concentrically arranged tubing columns, rod strings located in the inner tubing string, downhole pumping devices, each of which is made in the form of a housing with an annular channel, a cylinder with holes, a piston, a hollow rod rigidly connected to the rod string, intake and discharge valves, with which the inner column is divided and insulated in height into autonomous lifting intervals, for which a has upper and lower partitions, and the piston is placed between the partitions, is rigidly connected to the hollow rod and forms the upper and lower chambers with the upper and lower partitions, the last of which is connected through the holes in the cylinder and the annular channel in the housing with the annular space between the inner and external columns and performs a lifting and unloading function, and the upper chamber is communicated through the intake and discharge valve with the stem cavity and forms a pumping device, while in the annular space They are equipped with conical partitions and a liquid with a specific gravity is placed, which ensures that the piston moves upward by the pressure of the column of this liquid.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что спуск в скважину двух концентрично расположенных колонн насосно-компрессорных труб, использование центральной колонны в качестве подъемной, а наружной в качестве подпорной и давление колонны НКТ на изолированные по высоте на автономные интервалы: внутренняя колонна глубинно-насосными устройствами, кольцевое пространство конусными перегородками, а цилиндры глубинно-насосных устройств снабжены верхней и нижней перегородками, между которыми расположен поршень, жестко связанный с полым штоком, которым образуют нижнюю и верхнюю камеры, где нижняя камера через отверстия в цилиндре и кольцевым каналом сообщена с кольцевым пространством, заполненным тяжелой жидкостью, и выполняет подъемно-разгрузочную функцию, а верхняя камера сообщена через приемно-нагнетательные клапаны с полостью полого штока и образует перекачивающее устройство, которое уменьшает величину знакопеременных нагрузок при работе установки и утечек жидкостей через глубинно-насосную установку. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the descent into the well of two concentrically arranged tubing strings, the use of a central string as a lifting string, and an external string as a retainer, and the pressure of the tubing string for height-insulated independent intervals: the inner tubing string devices, the annular space of the conical partitions, and the cylinders of the deep-pumping devices are equipped with upper and lower partitions, between which the piston is located, tightly connected to the hollow rod, which form the lower and upper chambers, where the lower chamber through the holes in the cylinder and the annular channel is in communication with the annular space filled with heavy liquid, and performs a lifting and unloading function, and the upper chamber is communicated through intake and discharge valves with a cavity hollow rod and forms a pumping device, which reduces the magnitude of alternating loads during operation of the installation and leakage of liquids through the deep-pump installation.

Отличается и тем, что использование чередующихся через заданные расстояния глубинно-насосных устройств позволяет освобождать каждые последующие ниже установленные глубинно-насосные устройства и части колонны штанг от веса поднимаемой газо-жидкостной смеси в верхних интервалах и интенсифицируют разгазирование жидкости, находящейся ниже соответствующих поршней. It also differs in that the use of deep-pumping devices alternating over predetermined distances allows each subsequent lower-installed deep-pumping device and parts of the rod string to be freed from the weight of the gas-liquid mixture to be raised in the upper intervals and intensify the degassing of the liquid below the corresponding pistons.

Отличается также тем, что возможность снятия части нагрузок от глубинно-насосной установки позволяет использовать оборудование с меньшей грузоподъемностью: штанги меньшего диаметра, а трубы в качестве подъемных меньшей толщины, или же менее прочное оборудование: полимерно-металлические гибкие трубы, тросы с защитными протекторами и полимерными покрытиями. It also differs in that the possibility of removing some of the loads from the deep-well pumping unit allows the use of equipment with a lower carrying capacity: rods of smaller diameter, and pipes as lifting ones of smaller thickness, or less durable equipment: polymer-metal flexible pipes, cables with protective protectors and polymer coatings.

Указанное позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". The above allows us to conclude that the claimed invention is interconnected by a single inventive concept. Comparison of the claimed technical solutions with the prototype made it possible to establish compliance with their criterion of "novelty."

При изучении других известных решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и поэтому обеспечивают заявляемому техническому решению существенные отличия. When studying other known solutions in the art, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore provide the claimed technical solution with significant differences.

На чертеже представлена штанговая глубинно-насосная установка в сборе, в скважине, состоящая из двух концентрично расположенных колонн насосно-компрессорных труб: внутренней (подъемной) 1 и внешней 2, колонны штанг 3, глубинно-насосных устройств 4. Колонны I, II, III при помощи конусных перегородок 5, изолирующих кольцевое пространство между внутренней (подъемной) 1 и внешней 2 колонной, которое снизу заглушено и в которое залита жидкость с большим удельным весом. The drawing shows a sucker rod pump assembly, in the well, consisting of two concentrically arranged tubing columns: inner (lifting) 1 and outer 2, rod string 3, deep well pumping device 4. Columns I, II, III with the help of conical partitions 5, isolating the annular space between the inner (lifting) 1 and outer 2 columns, which is sealed from below and into which liquid with a large specific gravity is filled.

Внутренняя же колонна 1 изолирована глубинно-насосными установками 4, посаженными с помощью шлипсов 6 на седло замковой опоры 7. Каждое из глубинно-насосных устройств 4 включает установленный в корпусе замковой опоры 8 цилиндр 9, жестко связанный с внутренней (подъемной) колонной 1 и изолированный сверху и снизу перегородками 10, 11. В полости цилиндра 9 расположен полый шток 12, жестко соединенный с колонной штанг 3, и поршень 13, жестко посаженный на полый шток 12. Поршень 13 с перегородками 10, 11 образует соответственно верхнюю 14 и нижнюю 15 камеры. The inner column 1 is isolated by deep-pumping units 4, fitted with slips 6 on the saddle of the lock support 7. Each of the deep-pumping devices 4 includes a cylinder 9 mounted in the housing of the lock support 8, rigidly connected to the inner (lifting) column 1 and insulated above and below by partitions 10, 11. In the cavity of the cylinder 9 there is a hollow rod 12, rigidly connected to the rod string 3, and a piston 13, rigidly mounted on the hollow rod 12. The piston 13 with the partitions 10, 11 forms the upper 14 and lower 15 chambers, respectively .

В полом штоке 12 размещены обратный 16, приемно-нагнетательный 17 клапаны и выкидные отверстия 18. In the hollow stem 12 there is a return 16, a discharge and receiving valve 17 and a discharge hole 18.

Корпус замковой опоры 18 и цилиндр 9 глубинно-насосного устройства образуют кольцевой канал 19, который постоянно сообщает нижнюю камеру через отверстия 20 в цилиндре 9 и отверстия 21 в корпусе 8 с автономным кольцевым пространством. The housing of the lock support 18 and the cylinder 9 of the deep-pumping device form an annular channel 19, which constantly communicates the lower chamber through the holes 20 in the cylinder 9 and the holes 21 in the housing 8 with an autonomous annular space.

Штанговая глубинно-насосная установка работает следующим образом. Rod deep pump installation works as follows.

После сборки и спуска глубинно-насосных устройств на нижний интервал и перед запуском ее в работу проверяют уровень жидкости в кольцевом и затрубном пространствах путем эхолотирования. After assembling and lowering the deep-well pumping devices to the lower interval and before putting it into operation, the liquid level in the annular and annular spaces is checked by echo sounder.

Запускают установку в работу, и пластовая жидкость через обратный 16 и приемно-нагнетательный 17 клапаны полого штока 12 поступает в верхнюю 14 камеру глубинно-насосного устройства 4 и заполняет ее, участвуя в перемещении вниз поршня 13 и вытесняя жидкость с большим удельным весом, находящуюся в нижней 15 камере, через отверстия 20 в цилиндре 9, кольцевой канал 19 и отверстия 21 в корпусе 8 в кольцевое пространство. The installation is put into operation, and the formation fluid through the return 16 and intake and injection 17 valves of the hollow rod 12 enters the upper chamber 14 of the deep-pumping device 4 and fills it, participating in the downward movement of the piston 13 and displacing the fluid with a large specific gravity located in the bottom 15 of the chamber, through the holes 20 in the cylinder 9, the annular channel 19 and the holes 21 in the housing 8 into the annular space.

При ходе поршня 13 вверх на него снизу со стороны нижней камеры 15 воздействует давление гидростатического столба жидкости с большим удельным весом, находящейся в рассматриваемом интервале, снимая с глубинно-насосной установки значительную нагрузку от веса жидкости и части нагрузки от веса колонны штанг. При этом жидкость, находящаяся в верхней 14 камере, через приемно-нагнетательный 17 клапан и выкидные отверстия 17 полого штока 12 выкидывается в подъемные 1 трубы, отжимая предыдущие порции по подъемной колонне выше и так далее на дневную поверхность. When the piston 13 moves upward, from below from the side of the lower chamber 15, the pressure of the hydrostatic column of a liquid with a large specific gravity located in the considered interval is affected, removing a significant load from the weight of the pump and the part of the load from the weight of the rod string. In this case, the liquid located in the upper chamber 14, through the intake and discharge valve 17 and the ejection openings 17 of the hollow rod 12, is ejected into the lifting 1 pipes, squeezing the previous portions along the lifting column above and so on to the day surface.

При откачке газо-жидкостных смесей расстояние между глубинно-насосными устройствами 4 выбираются, исходя из создания условий для непрерывного движения газо-жидкостной смеси через полые штоки 12. When pumping gas-liquid mixtures, the distance between the deep-pumping devices 4 are selected based on the creation of conditions for the continuous movement of the gas-liquid mixture through the hollow rods 12.

Наличие же нижней 15 камеры в глубинно-насосном устройстве, заполненной жидкостью с большим удельным весом и сообщенной постоянно с кольцевым пространством, позволяет снимать нагрузку от веса жидкости, штанг и значительно уменьшить знакопеременные нагрузки на оборудование, что позволит увеличить срок службы (долговечности) работы установки. The presence of the bottom 15 chamber in a deep-pumping device filled with a liquid with a high specific gravity and constantly connected with the annular space allows to remove the load from the weight of the liquid, rods and significantly reduce alternating loads on the equipment, which will increase the service life (durability) of the installation .

Claims

A sucker rod pump installation consisting of two concentrically arranged tubing strings, boom strings placed in the inner tubing strings, deep-seated pumping devices, each of which is made in the form of a housing with an annular channel, a cylinder with holes, a piston hollow rod rigidly connected to the rod string, intake and discharge valves, characterized in that the inner tubing string is divided and insulated in height into autonomous intervals under for which it has upper and lower partitions, and the piston is placed between these partitions, is rigidly connected to the hollow rod and forms the upper and lower chambers with the upper and lower partitions, the last of which is in communication with the holes in the cylinder and the annular channel in the housing annular space between the inner and outer columns and performs a lifting and unloading function, and the upper chamber is communicated through a receiving and discharge valve with a stem cavity and forms a pumping device, while in the annular conical partitions are installed in the space and a liquid with a specific gravity is placed, which ensures that the piston moves upward by the pressure of the column of this liquid.