RU2113620C1

RU2113620C1 - Deep well pumping unit

Info

Publication number: RU2113620C1
Application number: RU96116168A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Агеев; Р.А. Храмов; А.Г. Новиков; А.Н. Сокол
Original assignee: Челябинский государственный технический университет
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: production of oil in oil industry. SUBSTANCE: pumping unit includes plunger pump with drum and band tractive member whose one end is secured on drum and other end is connected with pump plunger. Mounted between drum and mouth seal on either side of tractive member perpendicularly relative to its longitudinal axis are rollers which are provided with device for their mutual compression and drive containing engine with preset torque regulator. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано в нефтяной промышленности. The invention relates to techniques for oil production, in particular to downhole pumping units, and can be used in the oil industry.

Известна скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, привод, включающий барабан, гибкий тяговый орган, один конец которого закреплен на барабане, а второй соединен со штангами, связанными с плунжером насоса [1]. Штанги выполнены в виде труб. Known borehole pump installation containing a plunger pump, a drive comprising a drum, a flexible traction unit, one end of which is mounted on the drum, and the second is connected to rods associated with the pump plunger [1]. The rods are made in the form of pipes.

Недостатками указанного аналога являются повышенный износ и поломки насосных штанг, а также сложность конструкции установки. The disadvantages of this analogue are increased wear and damage to the sucker rods, as well as the complexity of the design of the installation.

Наиболее близким к предлагаемому решению является глубинная скважинная установка, содержащая плунжерный насос, устьевое оборудование, включающее привод насоса [2]. Привод насоса состоит из барабана и тягового ленточного органа, один конец которого закреплен на барабане, а второй соединен с плунжером насоса. На устье скважины установлено устьевое уплотнение. Closest to the proposed solution is a downhole installation containing a plunger pump, wellhead equipment, including a pump drive [2]. The pump drive consists of a drum and a traction belt, one end of which is fixed to the drum, and the second is connected to the pump plunger. A wellhead seal is installed at the wellhead.

Применение в виде гибкого тягового органа металлической ленты исключает из конструкции установки трубные штанги и тем самым снижает по сравнению с указанным выше аналогом поломки привода, упрощает конструкцию установки. The use of a metal tape in the form of a flexible traction unit excludes pipe rods from the installation design and thereby reduces the breakdown of the drive compared to the above analogue and simplifies the installation design.

Недостатками известной скважинной установки являются низкая грузоподъемность и возможность использования на сравнительно неглубоких скважинах, обусловленные тем, что размеры стальной ленты, применяемой в качестве тягового органа, ограничены по ширине и толщине диаметром насосно-компрессорной трубы, в которую она опускается. Особенность работы ленточного тягового органа заключается в том, что виток ленты, находящийся на барабане, и его прямолинейный участок между барабаном и плунжером нагружены неодинаково. Прямолинейный участок ленты нагружен только растягивающими напряжениями, возникающими от его веса, сопротивления движению плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилит подъема столба нефти. В то же время в витке ленты, находящемся на барабане, к этим напряжениям добавляется напряжение от изгиба, зависящее от соотношения диаметра барабана и толщины ленты. Долговечность стальной ленты в качестве тягового органа определяется этим наиболее нагруженным участком, в котором действует сумма напряжений растяжения и изгиба. The disadvantages of the known downhole installation are its low carrying capacity and the ability to be used in relatively shallow wells, due to the fact that the dimensions of the steel tape used as a traction unit are limited in width and thickness to the diameter of the tubing into which it is lowered. The peculiarity of the work of the tape traction body is that the loop of tape located on the drum and its straight section between the drum and plunger are loaded differently. The rectilinear section of the tape is loaded only with tensile stresses arising from its weight, resistance to the movement of the plunger in the tubing and will increase the lifting of the oil column. At the same time, in the coil of the tape located on the drum, bending stress is added to these stresses, depending on the ratio of the diameter of the drum and the thickness of the tape. The durability of the steel strip as a traction body is determined by this most loaded section, in which the sum of tensile and bending stresses acts.

Расчеты, проведенные по опытным данным, показывают, что доля напряжений от растяжения может составлять 25 - 45% суммарного напряжения, действующего в витке ленты на барабане. Calculations based on experimental data show that the proportion of tensile stresses can be 25–45% of the total stress acting in the loop of the tape on the drum.

Решаемая изобретением задача - повышение грузоподъемности и увеличение долговечности установки за счет снижения суммарных напряжений, действующих в витке тягового органа на барабан. The problem solved by the invention is to increase the carrying capacity and increase the durability of the installation by reducing the total stresses acting in the coil of the traction body on the drum.

Указанная задача достигается тем, что глубинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, устьевое оборудование, включающее привод насоса с барабаном и ленточным тяговым органом, один конец которого закреплен на барабане, а второй конец связан с плунжером насоса, а также устьевое уплотнение, согласно изобретению дополнительно снабжена установленными между барабаном и устьевым уплотнением с двух сторон тягового органа перпендикулярно его продольной оси роликами, снабженными устройством их взаимного прижатия и приводом, содержащим двигатель с регулятором заданного крутящего момента. This task is achieved by the fact that the deep pump installation containing a plunger pump, wellhead equipment, including a pump drive with a drum and a tape traction body, one end of which is mounted on the drum, and the second end is connected to the pump plunger, as well as the wellhead seal, according to the invention additionally equipped with rollers installed between the drum and the mouth seal on both sides of the traction body perpendicular to its longitudinal axis, equipped with a device for their mutual pressing and drive, containing engine with a set torque regulator.

Такое конструктивное выполнение установки позволяет обеспечить полное или частичное снятие нагрузки с намотанного на барабане витка ленты, вызванной весом участка тягового органа, находящегося в скважине, сопротивлением движения плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилием подъема столба нефти. Это значительно повысит грузоподъемность ленточного тягового органа и увеличит долговечность установки в целом, позволит осуществить эксплуатацию более глубоких скважин. Such a constructive implementation of the installation allows for full or partial removal of the load from the tape coil wound on the drum, caused by the weight of the section of the traction body located in the well, the resistance to the movement of the plunger in the tubing and the lifting force of the oil column. This will significantly increase the carrying capacity of the tape traction unit and increase the durability of the installation as a whole, and will allow the operation of deeper wells.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой установки; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the proposed installation; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Глубинная скважинная насосная установка состоит из приводного барабана 1 ленточного тягового органа 2, устьевого уплотнения 3, плунжерного насоса 4, двух роликов 5, установленных в рамах 6 и снабженных винтовыми устройствами 7 взаимного прижатия роликов 5 с тарельчатыми пружинами 8. The deep well pump installation consists of a drive drum 1 of a tape traction body 2, a wellhead seal 3, a plunger pump 4, two rollers 5 installed in frames 6 and provided with screw devices 7 for mutual pressing of the rollers 5 with disk springs 8.

Ролики 5 расположены с двух сторон ленточного тягового органа 2 перпендикулярно его продольной оси между барабаном и устьевым уплотнением 3 и снабжены приводом, состоящим из двигателя 9, редуктора 10, сцепной муфты 11, шестеренной клети 12 и универсальных шпинделей 13. Двигатель 9 снабжен регулятором заданного крутящего момента (не показан), который может иметь любое известное конструктивное выполнение. Шестеренная клеть имеет две шестерни с одинаковым числом зубьев (на фиг. 1 показаны пунктиром). The rollers 5 are located on two sides of the tape traction body 2 perpendicular to its longitudinal axis between the drum and the wellhead seal 3 and are equipped with a drive consisting of an engine 9, a gearbox 10, a coupling 11, a gear stand 12 and universal spindles 13. The engine 9 is equipped with a predetermined torque regulator moment (not shown), which may have any known design. The gear stand has two gears with the same number of teeth (shown in dotted lines in FIG. 1).

Предлагаемая установка работает следующим образом. С помощью винтовых устройств взаимного прижатия роликов 5 через тарельчатые пружины 8 создают между роликами 5 совместно с находящимся между ними ленточным тяговым органом 2 заданное усилие. The proposed installation works as follows. Using screw devices for the mutual pressing of the rollers 5 through the Belleville springs 8, a predetermined force is created between the rollers 5 together with the belt pulling member 2 located between them.

Для хода плунжера 4 при подъеме нефти вверх последовательно включаются специальная муфта 11, привод (не показан) барабана 1, привод роликов 5. Барабан 1 начинает вращаться. Ролики 5 вращаются от двигателя 9, работающего в двигательном режиме с заданным крутящим моментом. Вращение от двигателя 9 роликом 5 передается через редуктор 10, сцепную муфту 11, шестеренную клеть 12 и универсальные шпиндели 13. Происходит намотка на барабан 1 ленточного тягового органа 2. При этом с витка ленты полностью или частично (в зависимости от величины усилия прижатия роликов 5) снимается нагрузка, вызванная весом участка тягового органа, находящегося в скважине, сопротивлением движения плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилием подъема столба нефти. For the stroke of the plunger 4, when the oil rises up, a special clutch 11, the drive (not shown) of the drum 1, the drive of the rollers 5 are sequentially turned on. The drum 1 starts to rotate. The rollers 5 rotate from the engine 9, operating in a motor mode with a given torque. The rotation from the engine 9 by the roller 5 is transmitted through the gearbox 10, the coupling 11, the gear stand 12 and the universal spindles 13. The tape drive body 2 is winded onto the drum 1. In this case, the tape is fully or partially from the tape loop (depending on the amount of pressure of the rollers 5 ) the load is removed due to the weight of the section of the traction body located in the well, the resistance to the movement of the plunger in the tubing, and the lifting force of the oil column.

При холостом ходе плунжера вниз установка может работать в двух режимах. When the plunger is idling down, the installation can operate in two modes.

Первый режим: сцепная муфта 11 отключается при вращении приводом барабана 1 ленточный тяговый орган 2 и плунжер 4 опускаются в скважину, воздействуя на виток ленты на барабане 1 с усилием, равным разности собственного веса и сопротивления движению плунжера в насосно-компрессорной трубе. The first mode: the coupler 11 is disconnected when the drive of the drum 1 rotates the tape traction body 2 and the plunger 4 are lowered into the well, acting on the loop of the tape on the drum 1 with an effort equal to the difference in its own weight and resistance to the movement of the plunger in the tubing.

Второй режим: сцепная муфта 11 остается включенной и привод роликов 5 притормаживает через ленточный тяговый орган 2 плунжер 4 за счет работы двигателя 9 в генераторном режиме и снимает таким образом нагрузку на виток ленты на барабане 1, вызванную усилием, упомянутым в первом режиме. The second mode: the clutch 11 remains turned on and the drive of the rollers 5 slows down the plunger 4 through the belt traction unit 2 due to the operation of the engine 9 in the generator mode and thus relieves the load on the tape loop on the drum 1, caused by the force mentioned in the first mode.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет на 25 - 45% снизить напряжения, действующие в наиболее нагруженных участках ленточного тягового органа, соответственно повысить его долговечность и увеличить грузоподъемность и функциональные возможности глубиной скважинной насосной установки. Кроме того, это решение открывает возможность применения ленты меньшей толщины, что позволяет, в свою очередь, снизить напряжение изгиба на барабане 1 и увеличить долговечность ленточного тягового органа. Thus, the proposed technical solution allows to reduce by 25 - 45% the stresses acting in the most loaded sections of the tape traction unit, respectively, to increase its durability and increase the load capacity and functionality with the depth of the downhole pumping unit. In addition, this solution opens up the possibility of using a tape of smaller thickness, which, in turn, allows to reduce the bending stress on the drum 1 and to increase the durability of the tape traction body.

Пример. Для существующих скважинных насосных установок имеем: среднее усилие в ленточном тяговом органе при ходе вверх 30 кН, скорость движения плунжера 1 м/с. Example. For existing borehole pumping units we have: the average force in the tape traction body with an upward stroke of 30 kN, the speed of the plunger is 1 m / s.

Предположим, что 2-х роликовое устройство должно обеспечить тянущее усилие 25 кН. Тогда мощность привода этого устройства должна составить ≈30 кВт. Следует отметить, что согласно закону сохранения энергии суммарная установленная мощность приводов установки должна оставаться прежней за счет уменьшения требуемой мощности двигателя для привода барабана. Suppose that a 2-roller device should provide a pulling force of 25 kN. Then the drive power of this device should be ≈30 kW. It should be noted that, according to the law of energy conservation, the total installed power of the unit’s drives must remain the same by reducing the required engine power for the drum drive.

Предлагаемую скважинную насосную установку целесообразно применять при добыче нефти насосным способом на нефтепромысловых предприятиях, в особенности на глубоких скважинах. The proposed downhole pumping unit is expediently used in oil production by pumping at oilfield enterprises, especially in deep wells.

Claims

An in-depth well pump installation comprising a plunger pump, wellhead equipment, including a pump drive with a drum and a belt traction unit, one end of which is attached to the drum and the other connected to the pump plunger, as well as the wellhead seal, which is further provided with a drum and a wellhead seal on both sides of the traction body perpendicular to its longitudinal axis by rollers equipped with a device for their mutual pressing and a drive containing an engine with a regulator predetermined torque.