RU2179658C2

RU2179658C2 - Oil-well pump

Info

Publication number: RU2179658C2
Application number: RU99113221A
Authority: RU
Inventors: Б.З. Султанов; Д.Ф. Ихсанов
Original assignee: Султанов Байрак Закиевич; Ихсанов Девиз Файзрахманович
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: crude oil production. SUBSTANCE: housing of pump accommodates spirally rising system of hoses engaging with rotor made in form of prism with faces. These faces press in turn rubber hoses and displace liquid along riser in shutoff chamber of tubing and further along tubing to daylight area. Proposed pump makes it possible to reduce cost of oil production at any geologic and technical conditions. EFFECT: improved reliability, simple design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепромысловым насосным установкам и может быть использовано при подъеме жидкостей из скважин с любых глубин. The invention relates to oilfield pumping units and can be used when lifting liquids from wells from any depths.

В настоящее время существуют плунжерные штанговые насосы, которые за счет возвратно-поступательного движения рабочего органа-плунжера подают нефть через клапана по напорному трубопроводу, состоящему из насосно-компрессорных труб, на дневную поверхность [1]. Currently, there are plunger sucker rod pumps, which, due to the reciprocating movement of the working body of the plunger, supply oil through the valve through a pressure pipe consisting of tubing to the surface [1].

Недостатком таких насосных установок являются затраты большого количества энергии на возвратно-поступательные циклы перемещения рабочего органа с помощью колонны штанг. The disadvantage of such pumping units is the cost of a large amount of energy for reciprocating cycles of movement of the working body using a rod string.

Дополнительным недостатком является то, что при проходе через систему плунжеров, клапанов и штанг перекачиваемая среда интенсивно перемешивается и превращается в стойкую эмульсию, а абразивные включения в виде песка быстро засоряют и изнашивают трущиеся поверхности рабочей пары (цилиндр-плунжер). An additional drawback is that when passing through a system of plungers, valves and rods, the pumped medium is intensively mixed and turns into a stable emulsion, and abrasive inclusions in the form of sand quickly clog and wear the friction surfaces of the working pair (cylinder-plunger).

Наиболее близким к изобретению является винтовой насос, в котором эксцентрично вращающийся винт-ротор взаимодействует с внутренней винтовой поверхностью обкладки статора и образует замкнутыми линиями контактов герметичные камеры, перемещающиеся по винтовой линии и подающие порции жидкости на длину рабочих органов (ротор-статор). В результате жидкость по колонне НКТ подается на дневную поверхность [2]. Closest to the invention is a screw pump, in which an eccentrically rotating screw-rotor interacts with the inner screw surface of the stator lining and forms closed chambers of hermetic chambers moving along the helical line and supplying portions of liquid to the length of the working elements (rotor-stator). As a result, the liquid through the tubing string is supplied to the day surface [2].

Недостатком винтовых насосов являются сложность изготовления винтовых поверхностей как винта-ротора, так и обкладки статора, а также быстрый износ винтовых поверхностей, что приводит к снижению надежности работы насоса. Кроме этого, в этих насосах герметизация камер высокого и низкого давлений производится по контактной линии, в результате чего трудно обеспечить герметичность на ограниченной длине контакта, что приводит к необходимости увеличивать осевые габариты для обеспечения высокого давления. Кроме этого, натяг насосной пары, необходимый для герметизации рабочей камеры, приводит к большим сопротивлениям вращению винта, и следовательно, к снижению КПД насоса, т.е. потере энергии на механическое сопротивление. The disadvantage of screw pumps is the difficulty of manufacturing screw surfaces of both the rotor screw and the stator lining, as well as the rapid wear of screw surfaces, which reduces the reliability of the pump. In addition, in these pumps, the high and low pressure chambers are sealed along the contact line, as a result of which it is difficult to ensure tightness over a limited contact length, which leads to the need to increase axial dimensions to ensure high pressure. In addition, the tightness of the pumping pair, necessary for sealing the working chamber, leads to high resistance to rotation of the screw, and therefore, to a decrease in the pump efficiency, i.e. loss of energy on mechanical resistance.

Цель изобретения - повышение надежности за счет обеспечения герметизации рабочих органов насоса путем осуществления изоляции отсекаемых камер по поверхности прижатия упругого элемента статора с помощью фигурного сечения ротора, повышение КПД насоса за счет снижения механических потерь на вращение рабочих органов насосной установки, а также упрощение конструкции. The purpose of the invention is to increase reliability by ensuring the sealing of the working parts of the pump by isolating the cut-off chambers along the pressing surface of the stator elastic element using the curved section of the rotor, increasing the efficiency of the pump by reducing the mechanical loss of rotation of the working parts of the pump unit, and also simplifying the design.

Цель достигается тем, что корпус насоса выполнен в виде трубного цилиндра, к внутренней стенке которого прикреплен эластичный шланг в форме восходящей спирали, внутри которого по всей длине навивки размещен ротор, выполненный с одной, двумя или более гранями, причем высота граней соответствует полному перекрытию сечения шлангов, а стенки ротора размещены на расстоянии, плавно возрастающем к середине от стенки корпуса, но не более диаметра шланга. The goal is achieved in that the pump casing is made in the form of a pipe cylinder, to the inner wall of which is attached an elastic hose in the form of an ascending spiral, inside of which a rotor made with one, two or more faces is placed along the entire length of the winding, and the height of the faces corresponds to the complete overlap of the section hoses, and the rotor walls are placed at a distance gradually increasing to the middle of the housing wall, but not more than the diameter of the hose.

На фиг.1 показан разрез насоса, на фиг.2 - вид насоса в сечении фиг.1 по А-А, на фиг.3 - вид по Б-Б на той же фиг.1. Figure 1 shows a section of the pump, figure 2 is a view of the pump in cross section of figure 1 along aa, figure 3 is a view along bb in the same figure 1.

Насос содержит трубный корпус 1, присоединенный к насосно-компрессорным трубам 2 (НКТ) с помощью муфты 3. К нижнему торцу корпуса 1 присоединен ограничительный упорный ниппель 4. К внутренней стенке корпуса 1 прикреплен (например, приклеен или привулканизирован) спиральновосходящий шланг 5. Количество шлангов 5 может быть один и более. На фиг 1 изображено исполнение насоса в трехшланговом варианте. The pump contains a tubular housing 1 connected to the tubing 2 (tubing) by means of a sleeve 3. A restrictive stop nipple 4 is attached to the lower end of the housing 1. A spiral-up hose 5 is attached (for example, glued or vulcanized). Quantity hoses 5 may be one or more. Figure 1 shows the design of the pump in a three-hose version.

По центру корпуса 1 введен граненый ротор 6 с гранями 7 и стенками 8, грани могут быть выполнены в виде свободно вращающихся роликов, встроенных в корпус ротора 6. Ротор 6 может быть выполнен с одной, двумя или более гранями 7 и стенками 8. В данном случае конструкция изображена с тремя гранями. A faceted rotor 6 with faces 7 and walls 8 is introduced in the center of the housing 1, faces can be made in the form of freely rotating rollers embedded in the rotor housing 6. Rotor 6 can be made with one, two or more faces 7 and walls 8. In this case design is depicted with three faces.

Высоты граней 7 соответствуют полному прижатию шлангов 5 к внутренней стенке корпуса 1, а стенки 8 размещены на расстоянии, плавно возрастающем к середине от стенки 8 и корпуса 1, но не более диаметра шланга 5. The heights of the faces 7 correspond to the full pressing of the hoses 5 to the inner wall of the housing 1, and the walls 8 are placed at a distance gradually increasing to the middle of the wall 8 and the housing 1, but not more than the diameter of the hose 5.

Нижний торец ротора оснащен скосом 9. Концы шланга имеют дополнительное усиленное крепление 10, а на роторе напротив крепления 10 выполнена выточка 11 граней 7. Нижние торцы шланга 5 имеют скосы 12. The lower end of the rotor is equipped with a bevel 9. The ends of the hose have an additional reinforced fastening 10, and on the rotor opposite the fastening 10, a recess 11 of the faces 7 is made 7. The lower ends of the hose 5 have bevels 12.

Плотность спиральной навивки шлангов 5 рассчитана так, чтобы при полном сжатии участки перегиба 13 шлангов 5 соприкасались друг с другом, а в свободном положении между шлангами 5 образовывался замкнутый объем 14. Ротор 6 в верхней части имеет резьбовой конец 15, который муфтой 16 соединен с колонной штанг 17. The density of the spiral winding of the hoses 5 is designed so that when the compression sections 13 of the hoses 5 are fully compressed, they come into contact with each other, and in the free position between the hoses 5 a closed volume 14 is formed. The rotor 6 has a threaded end 15 in the upper part that is connected to the column by a coupling 16 booms 17.

Монтаж насоса производится следующим образом. Installation of the pump is as follows.

Корпус 1 насоса спускается в скважину вместе с закрепленными упорным ниппелем 4, со штангами 5 в сборе с помощью колонны насосно-компрессорных труб 2. После достижения заданной глубины в трубы 2 опускается ротор 6 с помощью колонны штанг 17. The pump housing 1 is lowered into the well together with the fixed thrust nipple 4, with the rods 5 assembled using a string of tubing 2. After reaching a predetermined depth, the rotor 6 is lowered into the tubes 2 using a string of rods 17.

Наличие скосов 9 на конце ротора 6 позволяет последнему плавно скользить по внутренней стенке трубы 2, обходя стыки труб 2, а также заходить внутрь насоса с плавным обжатием шлангов 5 до упора 4. После достижения контактов ротора 6 с упором 4 штангами 17 приподнимают ротор 6 на расчетную высоту, и система работает в свободно висящем положении. The presence of bevels 9 at the end of the rotor 6 allows the latter to smoothly slide along the inner wall of the pipe 2, bypassing the joints of the pipes 2, and also to go inside the pump with a smooth compression of the hoses 5 to the stop 4. After reaching the contacts of the rotor 6 with the stop 4, the rods 17 raise the rotor 6 by design height, and the system operates in a free-hanging position.

Принцип действия насоса следующий. The principle of the pump is as follows.

При вращении колонны штанг 17 вращается ротор 6, который гранями 7 прижимает шланги 5 к внутренней стенке корпуса 1 и перемещает объем жидкости вверх по спирали шланга. Концы 12 шланга 5, освободившиеся от граней 7, расправляются между внутренней стенкой корпуса 1 и стенкой 8 ротора 6 за счет упругости и производят всас последующей порции жидкости. В момент всаса между шланагми 5 и последующими витками образуется свободный объем 14, куда так же всасывается жидкость. When the column of rods 17 rotates, the rotor 6 rotates, which by its faces 7 presses the hoses 5 against the inner wall of the housing 1 and moves the liquid volume upward along the hose spiral. The ends 12 of the hose 5, freed from the faces 7, straighten between the inner wall of the housing 1 and the wall 8 of the rotor 6 due to elasticity and produce a suction of a subsequent portion of the liquid. At the time of suction, a free volume 14 is formed between the hoses 5 and subsequent turns, where liquid is also sucked.

При дальнейшем повороте ротора 6 концы 12 плавно соприкасаются со стенками 8 до полного обжатия закругленными гранями 7. With a further rotation of the rotor 6, the ends 12 smoothly come into contact with the walls 8 until they are completely crimped by rounded faces 7.

В этот же момент происходит замыкание объема 14 между стенкой корпуса 1, стенкой 8 двумя наружными поверхностями шлангов 5 последующих друг за другом витков и участками контактов линий изгиба шлангов под двумя друг за другом следующими при вращении гранями 7 ротора 6. At the same moment, the volume 14 closes between the wall of the housing 1, the wall 8, two outer surfaces of the hoses 5 of successive turns and contact sections of the bending lines of the hoses under two successive faces 7 of the rotor 6.

В последующем при повышении давления внутри шлангов 5 объем 14, следующий в контакте с наружной стороны, воспринимает давление и способствует сохранению целостности шлангов 5. Subsequently, when the pressure inside the hoses 5 increases, the volume 14, the next in contact with the outside, perceives pressure and helps to maintain the integrity of the hoses 5.

Разведением по высоте концов 12 на всасе и на выбросе по длине окружности можно достичь большего равнодействия подачи, т. е. не одновременно выбрасывается очередная порция из всех шлангов 5. Dilution of the height of the ends 12 at the inlet and ejection along the circumference can achieve a greater result of the feed, i.e., the next portion of all hoses 5 is not simultaneously ejected.

Предлагаемое изобретение позволит снизить затраты энергии по подъему жидкости из скважины и снизить число подземных ремонтов за счет повышения надежности конструкции. The present invention will reduce energy costs for lifting fluid from the well and reduce the number of underground repairs by improving the reliability of the design.

После достижения контакта ротора 6 с упором 4 штангами 17 приподнимают ротор 6 на расчетную высоту, и система работает в свободно висящем положении. After reaching the contact of the rotor 6 with the stop 4 by rods 17, the rotor 6 is raised to the design height, and the system operates in a free-hanging position.

При вращении колонны штанг 17 вращается ротор 6, который гранями 7 прижимают шланги 5 к внутренней стенке корпуса 1 и перемещают объем жидкости вверх по спирали шланга. Концы 12 шланга 5, освободившиеся от граней 7, расправляются между внутренней стенкой корпуса 1 и стенкой 8 ротора 6 за счет упругости и производят всас последующей порции жидкости. В момент всаса между шлангами 5 и последующими витками образуется свободный объем 14, куда так же всасывается жидкость. When the column string 17 rotates, the rotor 6 rotates, which hoses 5 press the hoses 5 against the inner wall of the housing 1 and move the liquid volume upward along the hose spiral. The ends 12 of the hose 5, freed from the faces 7, straighten between the inner wall of the housing 1 and the wall 8 of the rotor 6 due to elasticity and produce a suction of a subsequent portion of the liquid. At the time of suction, a free volume 14 is formed between the hoses 5 and subsequent turns, where liquid is also absorbed.

При дальнейшем повороте ротора 6 концы 12 плавно обжимаются стенками 8 до полного обжатия закругленными гранями 7. With a further rotation of the rotor 6, the ends 12 are gently crimped by the walls 8 until they are completely crimped by rounded faces 7.

В этот момент происходит замыкание объема 14 между стенкой корпуса 1, стенкой 8 двумя наружними поверхностями шлангов 5 последующих друг за другом витков и участками контактов линий изгиба шлангов под двумя друг за другом следующими при вращении гранями 7 ротора 6. At this moment, the volume 14 is shorted between the wall of the housing 1, the wall 8, the two outer surfaces of the hoses 5 of successive turns and the contact sections of the bending lines of the hoses under the two following one after the other facets 7 of the rotor 6.

В последующем при повышении давления внутри шлангов 5 объем 14, следующий в контакте с наружней стороны, воспринимает давление и способствует сохранению целостности шлангов 5. Subsequently, when the pressure inside the hoses 5 increases, the volume 14, the next in contact with the outside, perceives pressure and helps to maintain the integrity of the hoses 5.

Разведением концов 12 на всасе и на выбросе по длине окружности можно достичь большего равнодействия подачи, т.е. не одновременно выбрасывается очередная порция из всех шлангов 5. By breeding the ends 12 at the inlet and at the ejection along the circumference, a greater feed result can be achieved, i.e. the next portion of all hoses is not simultaneously thrown 5.

Литература
1. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти. - М.: Недра, 1984. - 464 с.Literature
1. Molchanov G.V., Molchanov A.G. Machines and equipment for oil production. - M .: Nedra, 1984. - 464 p.

2. Жулаев В. П. , Султанов Б.З. Винтовые насосные установки для добычи нефти: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. - 42 с. 2. Zhulaev V.P., Sultanov B.Z. Screw Pumping Units for Oil Production: A Training Manual. - Ufa: Publishing House of Ural State Technical University, 1997. - 42 p.

Claims

A downhole pump, including a drive with rotating rods, a column of lifting pipes, characterized in that the pump casing is made in the form of a pipe cylinder, to the inner wall of which is attached an elastic hose in the form of an ascending spiral, inside of which along the entire length of the winding there is a rotor made with one two or more faces, and the height of the faces corresponds to the complete overlap of the cross section of the hoses, and the walls of the rotor are placed at a distance gradually increasing to the middle of the housing wall, but not more than the diameter of the hose.