RU2149983C1

RU2149983C1 - Well excavator plunger

Info

Publication number: RU2149983C1
Application number: RU98120721A
Authority: RU
Inventors: А.В. Беспрозванный; В.А. Бруслов; А.Г. Заворыкин; Г.Б. Соловьев; А.В. Типугин; А.А. Типугин
Original assignee: Уренгойское производственное объединение им. С.А. Оруджева "Уренгойгазпром"
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: devices used in production of oil and gas, particularly, in plants of plunger elevator. SUBSTANCE: plunger has stem with guides on its ends. Set of movable rings is located on stem middle part. Installed between ring set and guides are bushings with slide bearings on its ends. Outer surface of bushings has protrusions formed by three surfaces. One of them is spiral which converts axial motion into rotation of bushing. The second surface is designed for destruction by cutting of wax accumulations on tubing walls. The third surface closes the first and second surfaces over circumferences. EFFECT: increased efficiency of device operation due to improved cleaning of passage channel in tubing from high-melting waxes and hydrates. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, применяемым при добыче нефти и газа, в частности в установках плунжерного лифта. The invention relates to devices used in oil and gas production, in particular in plunger lift installations.

Известен плунжер, выполненный в виде цельного цилиндрического стержня с направляющими коническими поверхностями в нижней и верхней части и множеством канавок по наружной цилиндрической поверхности (1). Жесткая конструкция плунжера не обеспечивает эффективного контакта с внутренней поверхностью лифтовых труб, что затрудняет удаление парафинов и гидратов в пристенном слое. A known plunger made in the form of a solid cylindrical rod with conical guide surfaces in the lower and upper parts and a plurality of grooves along the outer cylindrical surface (1). The rigid design of the plunger does not provide effective contact with the inner surface of the elevator pipes, which makes it difficult to remove paraffins and hydrates in the wall layer.

Известен составной плунжер, содержащий шток, в нижней и верхней части которого имеются направляющие, а между ними расположены подвижные в радиальном направлении кольца с канавками по наружной цилиндрической поверхности (2). Ограниченное радиальное перемещение колец в результате вибрации плунжера при спуске или подъеме позволяет увеличить эффективный наружный диаметр плунжера, сохранив в целом его проходимость по внутреннему каналу лифтовых труб. Хаотичное движение колец способствует более эффективной очистке внутренних стенок насосно-компрессорных труб. Однако в случае интенсивного отложения асфальтеносмолопарафинистых веществ действие радиальной нагрузки от подвижных колец вызывает дополнительное уплотнение и консолидацию отложений в пристенном слое, что влечет зависание и остановку плунжера. Known composite plunger containing a rod, in the lower and upper part of which there are guides, and between them there are radially movable rings with grooves on the outer cylindrical surface (2). The limited radial movement of the rings as a result of the vibration of the plunger during descent or ascent allows you to increase the effective outer diameter of the plunger, while preserving its overall throughput on the inner channel of the elevator pipes. The chaotic movement of the rings contributes to a more efficient cleaning of the inner walls of the tubing. However, in the case of intense deposition of asphaltene-resin-paraffin substances, the action of the radial load from the movable rings causes additional compaction and consolidation of deposits in the wall layer, which leads to freezing and stop of the plunger.

Для повышение эффективности работы за счет улучшения очистки проходного канала в лифтовых трубах от тугоплавких парафинов и гидратов предлагается плунжер, содержащий шток с направляющими по концам. В средней части штока размещен набор подвижных в радиальном направлении колец с канавками на наружной цилиндрической поверхности. Между набором подвижных колец и направляющими с каждого конца на штоке дополнительно установлены втулки с подшипниками скольжения, выполненными по торцам на втулках. Втулки на наружной поверхности имеют выступы, которые образованы тремя поверхностями. Одна поверхность спиральная и направлена под углом к продольной оси плунжера, вторая поверхность совпадает с образующей втулки, а третья замыкает первую и вторую по окружности. To increase the efficiency of work by improving the cleaning of the passage channel in the elevator pipes from refractory paraffins and hydrates, a plunger is proposed containing a rod with guides at the ends. In the middle part of the rod there is a set of radially movable rings with grooves on the outer cylindrical surface. Between a set of movable rings and guides from each end, sleeves are additionally mounted on the rod with slide bearings made along the ends on the sleeves. The bushings on the outer surface have protrusions that are formed by three surfaces. One surface is spiral and is directed at an angle to the longitudinal axis of the plunger, the second surface coincides with the generatrix of the sleeve, and the third closes the first and second in a circle.

Направляющие штока плунжера снабжены продольными ребрами так, что суммарная длина ребер в 1,3 - 1,5 раза превышает общую длину поверхности вдоль образующей на выступах втулок. Наружный диаметр по ребрам направляющих соответствует наружному диаметру выступов втулок. Кроме этого между выступами на втулке выполнены радиальные отверстия, а шток плунжера с нижнего торца имеет отверстие, сообщенное с радиальными отверстиями на нижней втулке. The guides of the plunger rod are provided with longitudinal ribs so that the total length of the ribs is 1.3-1.5 times greater than the total surface length along the generatrix on the protrusions of the bushings. The outer diameter along the ribs of the guides corresponds to the outer diameter of the protrusions of the bushings. In addition, radial holes are made between the protrusions on the sleeve, and the plunger rod from the lower end has a hole in communication with the radial holes on the lower sleeve.

При доказательстве достижения поставленной цели примем во внимание, что разрушение упруго-пластичных материалов наиболее эффективно при действии напряжений сжатия и промежуточное положение в этом процессе занимают напряжение сдвига или среза. Разрыхление тугоплавких парафинов в пристенном слое предлагается осуществлять выступами вращающихся втулок. Спиральная поверхность выступов является активной, а поверхность, ориентированная вдоль образующей втулки, - режущая. В процессе возвратно-поступательного движения от устья к забою скважины и обратно плунжер проходит интервал интенсивного парафиногидратообразования. Первая по ходу движения втулка встречает со стороны отложений сопротивление осевому перемещению. Спиральная поверхность на выступах втулки воспринимает силу реакции и трансформирует ее в крутящий момент, поворачивающий втулку вокруг штока плунжера. Сам плунжер от проворота удерживается продольными ребрами на направляющей штока. При прочих равных условиях этот эффект обеспечит большая суммарная длина продольных ребер по сравнению с общей длиной режущей поверхности выступов втулки. При вращении втулки режущая поверхность выступов разрушает наиболее консолидированные органические отложения с пристенного слоя внутренней поверхности лифтовых труб. Часть этих продуктов резания измельчается, в раздробленном виде через радиальные отверстия во втулке и отверстия в штоке попадает под плунжер, перемещается в начале вниз, а затем при подъеме плунжера удаляется из скважины потоком газа. Другая часть отложений растирается по внутренней поверхности труб втулками и подвижными кольцами, накапливается в канавках и также удаляется из них газожидкостным потоком после подъема плунжера на поверхность. In proving the achievement of this goal, we take into account that the destruction of elastic-plastic materials is most effective under the action of compressive stresses and an intermediate position in this process is shear or shear stress. It is proposed to carry out loosening of refractory paraffins in the near-wall layer by protrusions of rotating sleeves. The spiral surface of the protrusions is active, and the surface oriented along the forming sleeve is cutting. In the process of reciprocating movement from the wellhead to the bottom of the well and back, the plunger passes the interval of intense paraffin hydrate formation. The first sleeve in the direction of travel encounters axial movement resistance from the sediment side. The spiral surface on the protrusions of the sleeve senses the reaction force and transforms it into a torque turning the sleeve around the plunger rod. The plunger itself is prevented from turning by longitudinal ribs on the rod guide. Ceteris paribus, this effect will provide a greater total length of the longitudinal ribs in comparison with the total length of the cutting surface of the protrusions of the sleeve. When the sleeve rotates, the cutting surface of the protrusions destroys the most consolidated organic deposits from the wall layer of the inner surface of the elevator pipes. Part of these cutting products is crushed, crushed through radial holes in the sleeve and the holes in the rod fall under the plunger, move downward at the beginning, and then when the plunger rises, it is removed from the well by a gas stream. Another part of the deposits is rubbed along the inner surface of the pipes with bushings and movable rings, accumulates in the grooves and is also removed from them by gas-liquid flow after the plunger is raised to the surface.

Таким образом, за счет комбинированного механизма разрушения отложений достигается более эффективная работа плунжера по очистке внутреннего канала лифтовых труб. Thus, due to the combined mechanism of sediment destruction, more efficient work of the plunger for cleaning the inner channel of the elevator pipes is achieved.

Конструкция плунжера поясняется чертежом. The design of the plunger is illustrated in the drawing.

На фиг. 1 показан предлагаемый плунжер в сборе. In FIG. 1 shows the proposed plunger assembly.

На фиг. 2 представлена развертка наружной поверхности втулки 8. In FIG. 2 shows a scan of the outer surface of the sleeve 8.

Конструкция плунжера (фиг. 1) содержит шток 1, на котором имеются направляющие 2 и 3 с продольными ребрами 4. Верхняя направляющая 3 выполнена съемной, монтируется на штоке 1 с помощью резьбового соединения и фиксируется штифтом 5. В средней части штока 1 установлен набор колец 6 с возможностью ограниченного (до 0,3 - 0,4 мм) перемещения в радиальном направлении. На наружной цилиндрической поверхности колец 6 выполнено множество канавок 7. Между направляющими 2 и 3 и набором колец 6 снизу и сверху на штоке 1 установлены втулки 8 с подшипниками скольжения 9, изготовленные, например, из композиционного материала. На втулках 8 выполнены выступы 10, образованные тремя поверхностями (фиг.2). Поверхность 11 спиральная с углом подъема, обеспечивающим заданный поворот втулки 8 при осевом ее перемещении на определенное расстояние. Поверхность 12 ориентирована по образующей наружной поверхности втулки 8, а поверхность 13 замыкает поверхности 11 и 12 по окружности. Выступы 10 разделены на секторы канавками 14. В нижней части штока 1 имеется осевое отверстие 15, сообщенное радиальными отверстиями 16 с цилиндрической проточкой 17. На втулках 8 выполнены отверстия 18, ось которых направлена наклонно к оси плунжера. При этом отверстия 18 располагаются между выступами 10. Регулировочными прокладками 19 достигается необходимый осевой натяг подвижных деталей на штоке 1. The design of the plunger (Fig. 1) contains a rod 1, on which there are guides 2 and 3 with longitudinal ribs 4. The upper guide 3 is removable, mounted on the rod 1 using a threaded connection and fixed with a pin 5. A set of rings is installed in the middle part of the rod 1 6 with the possibility of limited (up to 0.3 - 0.4 mm) movement in the radial direction. On the outer cylindrical surface of the rings 6 there are many grooves 7. Between the guides 2 and 3 and the set of rings 6, bushings 8 with sliding bearings 9, made, for example, of composite material, are installed on the bottom 1 from the top and bottom of the rod 1. On the sleeves 8 made protrusions 10 formed by three surfaces (figure 2). The surface 11 is spiral with a lifting angle that provides a given rotation of the sleeve 8 when axially moving it at a certain distance. The surface 12 is oriented along the generatrix of the outer surface of the sleeve 8, and the surface 13 closes the surfaces 11 and 12 in a circle. The protrusions 10 are divided into sectors by grooves 14. In the lower part of the rod 1 there is an axial hole 15 communicated by radial holes 16 with a cylindrical groove 17. Holes 18 are made on the bushings 8, the axis of which is directed obliquely to the axis of the plunger. In this case, the holes 18 are located between the protrusions 10. The shims 19 achieve the necessary axial tension of the moving parts on the rod 1.

Плунжер работает следующим образом. С началом закрытого периода установки плунжерного лифта плунжер освобождается от захвата в лубрикаторе и под действием собственного веса начинает движение к забою скважины. Кольца 6 и втулки 8 совершают колебательные перемещения относительно штока 1, что обусловлено вибрацией плунжера при падении. При этом диаметр, описанный по наружной поверхности колец 6 и втулок 8, несколько превышает номинальный диаметр плунжера по ребрам 4 направляющих 2 и 3. В интервале интенсивного отложения парафинов и гидратов сопротивление перемещению плунжера возрастает, скорость падения замедляется, вибрация подвижных деталей 6 и 8 уменьшается или полностью исчезает. Сопротивление со стороны отложений на стенках труб теперь в основном воспринимается спиральной поверхностью 11 выступов 10 нижней втулки 8. Возникшая реактивная сила поворачивает втулку 8 вокруг центральной оси, а шток 1 с установленными на нем деталями удерживается от вращения ребрами 4 направляющей 2. Отложения, консолидированные у стенок лифтовых труб, вначале срезаются поверхностью 12 выступов 10, а затем измельчаются, проходя через канавки 14 при вращении втулки 8. Часть измельченных отложений через отверстия 18, проточку 17 и отверстия 16 попадают в осевое отверстие 15 и удаляются под плунжер. Накопленные здесь с разрушенной структурой отложения не оказывают прежнего сопротивления перемещению плунжера вниз. Другая часть отложений растирается по стенкам лифтовых труб, не успевая образовать структуру до следующего прохода плунжера. The plunger works as follows. With the beginning of the closed period of installation of the plunger elevator, the plunger is freed from entrapment in the lubricator and, under the influence of its own weight, begins to move towards the bottom of the well. The rings 6 and the sleeve 8 perform oscillatory movements relative to the rod 1, which is due to the vibration of the plunger in the fall. In this case, the diameter described on the outer surface of the rings 6 and bushings 8 slightly exceeds the nominal diameter of the plunger along the ribs 4 of the guides 2 and 3. In the interval of intensive deposition of paraffins and hydrates, the resistance to movement of the plunger increases, the fall speed slows down, the vibration of moving parts 6 and 8 decreases or completely disappears. Resistance from deposits on the pipe walls is now mainly perceived by the spiral surface 11 of the protrusions 10 of the lower sleeve 8. The resulting reactive force rotates the sleeve 8 around the central axis, and the rod 1 with the parts mounted on it is prevented from rotating by the ribs 4 of the guide 2. The deposits consolidated at the walls of the elevator pipes are first cut off by the surface 12 of the protrusions 10, and then crushed, passing through the grooves 14 when the sleeve 8 is rotated. Part of the crushed deposits through the holes 18, the groove 17 and the holes 16 pop press into the axial hole 15 and are removed under the plunger. The deposits accumulated here with a destroyed structure do not show the previous resistance to the plunger moving down. Another part of the deposits is rubbed along the walls of the elevator pipes, not having time to form a structure until the next passage of the plunger.

После периода накопления плунжер под действием перепада давления между затрубным и трубным пространствами поднимается к устью скважины. Разрушение сформировавшихся отложений происходит теперь в результате аналогичной работы верхней втулки 8. Достигнув устья скважины вместе с жидкостью, в выкидную линию сбрасываются отложения под плунжером. Последующей продувкой газа из труб выносятся продукты резания, накопленные в канавках 7 и из-под плунжера. After a period of accumulation, the plunger rises to the wellhead under the action of a pressure differential between the annular and pipe spaces. The destruction of the formed deposits now occurs as a result of the similar operation of the upper sleeve 8. Having reached the wellhead with the fluid, deposits under the plunger are discharged into the flow line. Subsequent purging of gas from the pipes removes the cutting products accumulated in the grooves 7 and from under the plunger.

Технико-экономический эффект выражается в уменьшении количеств зависания плунжера и сокращении числа остановок скважины для проведения райбирования внутреннего канала лифтовых труб и тепловых обработок. The technical and economic effect is expressed in a decrease in the number of stuck plugs and a reduction in the number of shutdowns of a well to perform the dribbling of the internal channel of elevator pipes and heat treatments.

На предлагаемый плунжер разработана конструкторская документация и изготовлена опытная партия для проведения промысловых испытаний в условиях нефтяных скважин Уренгойского газоконденсатного месторождения, эксплуатация которых осложнена отложениями асфальтеносмолопарафинистых веществ. Разработка выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НТЦ ПО "Урегнойгазпром" (этап 2). Design documentation has been developed for the proposed plunger and a pilot batch has been produced for conducting field tests in oil wells of the Urengoy gas condensate field, the operation of which is complicated by deposits of asphalt-resin-paraffin substances. The development was carried out in accordance with the plan of scientific research and experimental design work of the Scientific and Technical Center "Uregoygazprom" (stage 2).

Список литературы:
1. Оборудование скважинного плунжерного лифта. Каталог фирмы Mc Murry, 1996.List of references:
1. Equipment for a downhole plunger lift. Catalog of Mc Murry, 1996.

2. Plunger Lift Equipment Manufacturer. Каталог фирмы Production Control Services, 1997. 2. Plunger Lift Equipment Manufacturer. Catalog of the company Production Control Services, 1997.

Claims

1. A borehole elevator plunger comprising a rod with guides at the ends and a set of radially movable rings with grooves on the outer cylindrical surface located in the middle part of the rod, characterized in that bushings are additionally installed on the rod between each set of movable rings and guides on each end of the rod plain bearings, made at the ends on the bushings, and protrusions on the outer surface, the protrusions are formed by three surfaces, one of which is spiral, directed at an angle to the longitudinal axis of the plunger, the second surface coincides with the forming sleeve, and the third closes the first and second in a circle.

2. The borehole elevator plunger according to claim 1, characterized in that the rod guides are made with longitudinal ribs so that the total length of the ribs is 1.3-1.5 times greater than the total surface length along the generatrix on the protrusions of the bushings, while the outer diameter is ribs guides corresponds to the outer diameter of the protrusions of the bushings.

3. The borehole elevator plunger according to claim 1 or 2, characterized in that radial holes are made between the protrusions on the sleeve, and the plunger rod from the lower end has an opening in communication with the radial holes on the lower sleeve.