RU2150024C1

RU2150024C1 - Pumping unit for oil recovery from deep wells

Info

Publication number: RU2150024C1
Application number: RU98120372A
Authority: RU
Inventors: Р.А. Гилязов
Original assignee: Гилязов Румиль Акзамутдинович
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: oil industry; recovery of oil from deep wells. SUBSTANCE: pumping unit consists of two hydraulically connected plunger pumps mounted in well at different heights. Upper pump is mounted inside tubing string and is placed in operation under action of sucker rod strings. Lower pump is mounted in near-bottom zone of well; this pump is provided with devices for mounting it on well bottom; this device is made in form of perforated pipe with blanked-off lower end. Plunger of pump is connected with lower end of tubing string; owing to this, drive of this pump is effected due to elongation and reduction of tubing string during operation of pumping unit. EFFECT: considerable reduction of times of equipment (second tubing string and sucker rods); reduced power requirements. 2 cl, 1 dwg

Description

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

В настоящее время при глубинно-насосной эксплуатации скважин наиболее широкое применение находят глубинные штанговые насосы. Однако с увеличением глубины спуска таких насосов возникает ряд специфических проблем, к числу основных из которых относятся проблемы снижения нагрузки на штанги и головку балансира станка-качалки, уменьшения утечек в паре плунжер-цилиндр и преодоления отрицательного влияния на подачу насоса удлинения колонн насосных штанг и насосно-компрессорных труб (НКТ). Currently, in deep-well pumping operations, deep-well sucker-rod pumps are most widely used. However, with an increase in the descent depth of such pumps, a number of specific problems arise, the main of which include the problems of reducing the load on the rods and the balancer head of the rocking machine, reducing leaks in the plunger-cylinder pair and overcoming the negative effect on the pump feed of the extension of the pump rod columns and the pump -compressor pipes (tubing).

Известно предложение, направленное на комплексное решение указанных проблем, состоящее в оснащении скважинного штангового насоса подпорным гидроусилителем, выполненным в виде укрепленного на его приеме струйного насоса, рабочая жидкость для которого отбирается со стороны нагнетания штангового насоса [1]. There is a proposal aimed at a comprehensive solution to these problems, consisting in equipping the borehole sucker rod pump with a booster, made in the form of a jet pump fixed to its intake, the working fluid for which is taken from the discharge side of the sucker rod pump [1].

Однако отбор необходимой для работы струйного насоса жидкости снижает производительность насосной установки, а наличие у струйного насоса сопла с малым проходным сечением - надежность ее работы, т.к. отложение парафина в сопле ведет к его закупорке и переходу насосной установки на режим работы обычного штангового насоса, в результате чего увеличиваются нагрузки на штанги и возрастает вероятность их обрыва. However, the selection of the liquid necessary for the operation of the jet pump reduces the productivity of the pumping unit, and the presence of a nozzle with a small flow area in the jet pump decreases its reliability, because deposition of paraffin in the nozzle leads to its blockage and the pump unit switches over to the operation of a conventional sucker rod pump, as a result of which the load on the rods increases and the probability of their breakage increases.

Указанные недостатки устранены в насосной установке для добычи нефти из глубоких скважин, содержащей два последовательно работающих плунжерных насоса, размещенных в скважине на разной глубине, две параллельные колонны насосных штанг, две параллельные колонны НКТ и расположенное в скважине на заданной глубине специальное приспособление, направляющее откачиваемую жидкость из нижнего насоса к приему верхнего насоса [2]. These disadvantages are eliminated in a pumping unit for oil production from deep wells, containing two sequentially running plunger pumps located in the well at different depths, two parallel columns of pump rods, two parallel tubing columns and a special device located in the well at a given depth that guides the pumped liquid from the lower pump to the intake of the upper pump [2].

Недостатками этой насосной установки являются большое количество необходимого оборудования и повышенный расход электроэнергии, что приводит к повышению себестоимости добычи нефти. The disadvantages of this pump installation are the large number of necessary equipment and increased energy consumption, which leads to an increase in the cost of oil production.

Изобретение решает задачу создания насосной установки для добычи нефти из глубоких скважин, которая при сохранении положительных характеристик известной установки включала бы меньшее количество оборудования и обеспечивала снижение расхода электроэнергии. The invention solves the problem of creating a pumping unit for oil production from deep wells, which, while maintaining the positive characteristics of the known installation, would include less equipment and reduce energy consumption.

Поставленная задача решается тем, что в насосной установке для добычи нефти из глубоких скважин, содержащей два гидравлически последовательно соединенных плунжерных насоса, размещенных в скважине на разной глубине, колонну насосно-компрессорных труб, спущенную в скважину до уровня расположения нижнего насоса, и колонну насосных штанг, с которой соединен плунжер верхнего насоса, верхний насос установлен внутри колонны НКТ, а нижний насос - в призабойной части скважины, для чего он снабжен средствами для постановки на забой, например, в виде соединенной с цилиндром насоса перфорированной трубы - удлинителя с заглушенным нижним концом, которым она оперта на забой, при этом плунжер насоса соединен с нижним концом колонны НКТ. The problem is solved in that in a pumping unit for oil production from deep wells, containing two hydraulically in series connected plunger pumps located in the well at different depths, a tubing string lowered into the well to the location of the lower pump, and a string of pump rods with which the plunger of the upper pump is connected, the upper pump is installed inside the tubing string, and the lower pump is located in the bottom hole of the well, for which it is equipped with means for setting the bottom, for example, in e connected to the pump cylinder perforated pipe - drill collar plugged with the lower end of which it is simply supported on a face, wherein the pump plunger is connected to the lower end of the tubing string.

Указанные особенности выполнения предлагаемой установки позволяют исключить из ее состава устройство для перепуска откачиваемой жидкости от нижнего насоса к приему верхнего насоса и отдельную колонну НКТ для верхнего насоса, а также колонну насосных штанг для нижнего насоса, т.к. благодаря соединению его плунжера с нижним концом колонны НКТ, возвратно-поступательное перемещение плунжера нижнего насоса обеспечивается за счет последовательных удлинений и сокращений колонны НКТ в результате изменения нагрузки на нее при работе установки, что позволяет также снизить расход электроэнергии. These features of the proposed installation make it possible to exclude from its structure a device for bypassing the pumped liquid from the lower pump to the intake of the upper pump and a separate tubing string for the upper pump, as well as a string of pump rods for the lower pump, because due to the connection of its plunger with the lower end of the tubing string, the reciprocating movement of the lower pump plunger is ensured by successive extensions and contractions of the tubing string as a result of a change in the load on it during operation of the unit, which also allows to reduce energy consumption.

На чертеже схематически изображена предлагаемая установка для добычи нефти из глубоких скважин. The drawing schematically depicts the proposed installation for oil production from deep wells.

Она включает верхний плунжерный насос 1 с цилиндром 2, плунжером 3 и всасывающим и нагнетательным клапанами 4 и 5, нижний плунжерный насос 6 с цилиндром 7, плунжером 8 и всасывающим и нагнетательным клапанами 9 и 10, колонну насосно-компрессорных труб 11, спущенную в скважину 12 до уровня расположения нижнего насоса 6, и колонну насосных штанг 13, с которой соединен плунжер 3 верхнего насоса 1. Верхний насос 1 установлен внутри колонны НКТ 11, в которой он закреплен известным способом с помощью замковой опоры 14, обеспечивающей также уплотнение между его цилиндром 2 и колонной НКТ 11, а нижний насос 6 установлен в призабойной части скважины 12, для чего он снабжен соответствующими средствами, например, в виде соединенной с цилиндром насоса 7 перфорированной трубы - удлинителя 15 с заглушенным нижним концом, которым она опирается на забой 16 скважины. Для обеспечения центрального положения в скважине насос 6 может быть снабжен центратором 17. Плунжер 8 насоса 6 соединен с нижним концом колонны НКТ 11. Параметры насосов 1 и 6 выбираются из условия обеспечения равенства их подач, при этом ввиду меньшей величины хода плунжера 8 нижнего насоса, диаметр его цилиндра 7 будет больше диаметра цилиндра 2 верхнего насоса. Согласование подач насосов 1 и 6 обеспечивается выбором длины хода головки балансира станка-качалки. Последовательно гидравлическое соединение двух насосов обеспечивает участок НКТ, находящийся между ними. It includes an upper plunger pump 1 with a cylinder 2, a plunger 3 and a suction and discharge valves 4 and 5, a lower plunger pump 6 with a cylinder 7, a plunger 8 and a suction and discharge valves 9 and 10, a tubing string 11 lowered into the well 12 to the location of the lower pump 6, and the column of sucker rods 13, to which the plunger 3 of the upper pump 1 is connected. The upper pump 1 is installed inside the tubing string 11, in which it is fixed in a known manner using a locking support 14, which also provides a seal between it with an indrome 2 and a tubing string 11, and the lower pump 6 is installed in the bottom-hole part of the well 12, for which it is equipped with appropriate means, for example, in the form of a perforated pipe connected to the cylinder of the pump 7 — an extension cord 15 with a sealed lower end, which it rests on the bottom 16 wells. To ensure a central position in the well, the pump 6 can be equipped with a centralizer 17. The plunger 8 of the pump 6 is connected to the lower end of the tubing string 11. The parameters of the pumps 1 and 6 are selected from the condition of ensuring equality of their flows, while due to the smaller stroke of the plunger 8 of the lower pump, the diameter of its cylinder 7 will be larger than the diameter of the cylinder 2 of the upper pump. The coordination of the feeds of pumps 1 and 6 is ensured by the choice of the stroke length of the head of the balancer of the rocking machine. In series, the hydraulic connection of the two pumps provides a tubing section located between them.

Нижний насос 6 опускается в скважину 12 на колонне НКТ 11 и устанавливается в призабойной части скважины 12 с помощью трубы - удлинителя 15, через которую он опирается на забой 16 скважины, и центратора 17, обеспечивающего расположение насоса по оси скважины 12. А верхний насос 1 спускается на колонне насосных штанг 13 и закрепляется внутри колонны НКТ 11 известным способом с помощью замковой опоры 14. The lower pump 6 is lowered into the well 12 on the tubing string 11 and installed in the bottomhole part of the well 12 using an extension pipe 15, through which it rests on the bottom 16 of the well, and a centralizer 17, which ensures the location of the pump along the axis of the well 12. And the upper pump 1 descends on the column of sucker rods 13 and is fixed inside the tubing string 11 in a known manner using a lock support 14.

При работе насосной установки плунжер 3 верхнего насоса 1, перемещаемый посредством колонны насосных штанг 13, совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре 2. При ходе плунжера 3 вверх нагнетательный клапан 5 действием столба жидкости, находящийся над ним, закрыт, жидкость по НКТ подается вверх и происходит выброс ее на устье скважины. При этом нагрузка от веса столба жидкости над плунжером 3 перестает действовать на трубы колонны 1, они сокращаются и связанные с ними плунжер 8 нижнего насоса 6 перемешается вверх. Жидкость из скважины 12 через открытый клапан 9 заполняет полость цилиндра 7, находящуюся ниже плунжера 8, а из полости выше плунжера 8 через открытый клапан 4 нагнетается в цилиндр 2, в полость ниже плунжера 3, создавая подпор на приеме верхнего насоса 1 и тем самым снижая нагрузку на колонну насосных штанг 13 и сокращая утечки в паре плунжер-цилиндр верхнего насоса 1. During the operation of the pump installation, the plunger 3 of the upper pump 1, moved by means of the string of pump rods 13, makes a reciprocating movement in the cylinder 2. When the plunger 3 moves up, the discharge valve 5 is closed by the action of the liquid column, the liquid is pumped upward through the tubing and it is ejected at the wellhead. In this case, the load from the weight of the liquid column above the plunger 3 ceases to act on the pipes of the column 1, they are reduced and the associated plunger 8 of the lower pump 6 is mixed upward. The fluid from the well 12 through the open valve 9 fills the cavity of the cylinder 7, located below the plunger 8, and from the cavity above the plunger 8 through the open valve 4 is pumped into the cylinder 2, into the cavity below the plunger 3, creating a backwater at the intake of the upper pump 1 and thereby reducing the load on the string of pump rods 13 and reducing leakage in the pair of plunger-cylinder of the upper pump 1.

При нисходящем ходе плунжера 3 нагнетательный клапан 5 верхнего насоса 1 открывается, а всасывающий клапан 4 закрывается. Нагрузка от веса столба жидкости над плунжером 3 передается на трубы колонны 11, в результате чего они удлиняются и связанный с ними плунжер 8 нижнего насоса 6 перемещается вниз. Жидкость из полости насоса 1, находящейся ниже плунжера 3, поступает в полость над плунжером 3, а жидкость из камеры под плунжером 8 нижнего насоса 6 через открытый клапан 10 перетекает в камеру над плунжером этого насоса. When the plunger 3 moves downward, the discharge valve 5 of the upper pump 1 opens and the suction valve 4 closes. The load from the weight of the liquid column above the plunger 3 is transferred to the pipes of the column 11, as a result of which they are extended and the associated plunger 8 of the lower pump 6 is moved down. The liquid from the cavity of the pump 1, located below the plunger 3, enters the cavity above the plunger 3, and the liquid from the chamber under the plunger 8 of the lower pump 6 through the open valve 10 flows into the chamber above the plunger of this pump.

При последующем возвратно-поступательном движении плунжера 3 в цилиндре 2 верхнего насоса 1 описанный рабочий цикл повторяется. During the subsequent reciprocating movement of the plunger 3 in the cylinder 2 of the upper pump 1, the described duty cycle is repeated.

Таким образом, благодаря соединению плунжера нижнего насоса с нижним концом колонны НКТ и установке верхнего насоса внутри колонны НКТ привод нижнего насоса обеспечивается за счет последовательных удлинений и сокращений колонны НКТ, а последовательная работа двух насосов не требует использования специального перепускного устройства. В результате этого в предлагаемой насосной установке при сохранении положительных свойств известной установки (разгрузка колонны насосных штанг и сокращение утечек в паре плунжер-цилиндр за счет создания подпора на приеме верхнего насоса) достигается сокращение потребного оборудования (вторых колонн НКТ и штанг) и снижение расхода электроэнергии. Thus, by connecting the lower pump plunger to the lower end of the tubing string and installing the upper pump inside the tubing string, the lower pump is driven by successive extensions and contractions of the tubing string, and the sequential operation of the two pumps does not require the use of a special transfer device. As a result of this, in the proposed pump installation while maintaining the positive properties of the known installation (unloading the string of pump rods and reducing leaks in the pair of plunger-cylinder due to the creation of backwater at the intake of the upper pump), the reduction of the required equipment (second tubing strings and rods) and the reduction of energy consumption are achieved .

Источники информации
1. Журнал "Нефтяное хозяйство", 1989, N 1, с. 51-54.Sources of information
1. The journal "Oil industry", 1989, N 1, p. 51-54.

2. И. М. Муравьев и др. Насосная эксплуатация скважин за рубежом. - М.: Недра, 1967, с. 40-41 (прототип). 2. I. M. Muravyev et al. Pumping of wells abroad. - M .: Nedra, 1967, p. 40-41 (prototype).

Claims

1. A pumping unit for oil production from deep wells, including two hydraulically connected plunger pumps located at different depths in the well, a tubing string lowered into the well to the level of the lower pump, and a string of pump rods to which the plunger is connected the upper pump, characterized in that the upper pump is installed inside the tubing string, and the lower pump is in the bottom of the well, while its plunger is connected to the lower end of the tubing string compressor pipes.

2. The pump installation according to claim 1, characterized in that the lower pump is equipped with means for setting on the bottom in the form of a perforated extension pipe connected to the pump cylinder with a sealed lower end, with which it is supported on the bottom.