RU2201531C2

RU2201531C2 - Oil-well sucker-rod pump with controllable valve

Info

Publication number: RU2201531C2
Application number: RU2001111335/06A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Филиди; Е.А. Назаров; К.Г. Филиди; В.Н. Лукин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ЭРГИС"
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry. SUBSTANCE: proposed pump contains cylinder, plungers, suction valve and sucker rod string. Pump cylinder is made movable relative to tubing string and is furnished with controllable delivery valve and cross-shaped travel limiter connected with pump sucker rod string. Plungers arranged in cylinder are made movable and fixed. Lower end of fixed plunger is connected with hollow rod, and upper end, with suction valve. Lower end of movable plunger is connected with seat of suction valve, and upper end is in contact of cross-shaped travel limiter of movable plunger through suction valve stroke value. Cross-shaped travel limiter of movable plunger is connected by tie-rod with suction valve. Invention improved reliability of pump in operation and pump fill factor owing to prevention of failures at closing of suction and delivery valves by means of forced operation of valves caused by reciprocation of sucker-rod string. EFFECT: improved operation and faultlessness of pump. 2 dwg

Description

Изобретение касается добычи нефти скважинными штанговыми насосами и может быть использовано в нефтегазовой промышленности при эксплуатации скважин. The invention relates to oil production by sucker rod pumps and can be used in the oil and gas industry for well operation.

Известны штанговые насосы для добычи нефти, содержащие цилиндр, плунжер, штанги, всасывающий и нагнетательный клапаны, срабатывающие от потока жидкости при возвратно-поступательном перемещении плунжера в цилиндре (Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. - 1979. - С.7-8). Known sucker-rod pumps for oil production, containing a cylinder, plunger, rods, suction and discharge valves that are triggered by fluid flow during reciprocating movement of the plunger in the cylinder (Adonin A.N. Oil production by sucker rod pumps. - 1979. - P.7- 8).

Недостатком этих конструкций является низкая эксплуатационная надежность работ из-за частых отказов клапанов по причине их "залипания" к боковым поверхностям при наличии парафинов или высоковязких нефтяных продуктов и пропуска откачиваемой жидкости при возвратно-поступательном движении плунжера насоса. The disadvantage of these designs is the low operational reliability of the work due to frequent valve failures due to their "sticking" to the side surfaces in the presence of paraffins or highly viscous oil products and the passage of the pumped liquid during the reciprocating movement of the pump plunger.

Известны устройства для принудительного открытия и закрытия нагнетательных клапанов от хода колонны насосных штанг (а.с. СССР 1675577, МКИ F 04 В 47/02; патент США 5407333, МКИ F 04 В 47/00, F 04 В 7/00; а.с. 987175, МКИ F 04, В 47/02). Known devices for the forced opening and closing of discharge valves from the stroke of the string of pump rods (AS USSR 1675577, MKI F 04 V 47/02; US patent 5407333, MKI F 04 47/00, F 04 7/00; and S. 987175, MKI F 04, B 47/02).

Недостатком этих устройств является отсутствие принудительного срабатывания всасывающего клапана, а принудительно открываемый нагнетательный клапан срабатывает от штока, расположенного в центральном канале плунжера, что создает дополнительные гидравлические потери. The disadvantage of these devices is the lack of forced actuation of the suction valve, and the forced opening of the discharge valve is triggered by a rod located in the central channel of the plunger, which creates additional hydraulic losses.

Известно устройство, принятое за прототип, - скважинный штанговый насос (а. с. СССР 1546706, МКИ F 04 В 47/02), в котором запорный элемент всасывающего клапана соединен с захватным штоком, связанным с полым плунжером посредством установленного в его полости зажимного устройства, выполненного в виде отогнутых в направлении захвата штока по меньшей мере трех плоских пластин секторной формы с установленной на отогнутых концах спиральной пружиной браслетного типа. A known device adopted as a prototype is a borehole sucker-rod pump (a.s. USSR 1546706, MKI F 04 B 47/02), in which the shut-off element of the suction valve is connected to the gripping rod connected to the hollow plunger by means of a clamping device installed in its cavity made in the form of at least three sector-shaped flat plates bent in the direction of gripping the rod with a bracelet-type spiral spring mounted on the bent ends.

Недостатком этого устройства является низкая эксплуатационная надежность работы по причине ускоренного износа постоянно трущихся пружин о захватный шток всасывающего клапана и снижение коэффициента наполнения насоса из-за увеличения объема подплунжерной полости насоса особенно при отборе газожидкостной смеси. The disadvantage of this device is the low operational reliability due to the accelerated wear of constantly rubbing springs on the gripping rod of the suction valve and a decrease in the fill factor of the pump due to an increase in the volume of the sub-plunger cavity of the pump, especially when taking a gas-liquid mixture.

Предложено устройство, в котором скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами содержит цилиндр, плунжеры, всасывающий клапан, колонну насосных штанг. Цилиндр насоса выполнен подвижным относительно колонны насосно-компрессорных труб и снабжен управляемым нагнетательным клапаном и крестообразным ограничителем хода, соединенными с колонной насосных штанг, а плунжеры, расположенные в цилиндре, выполнены подвижным и неподвижным, причем неподвижный плунжер нижним концом соединен с полым штоком, верхним концом - с всасывающим клапаном, а подвижный плунжер нижним концом соединен с седлом всасывающего клапана, верхним концом контактирует с крестообразным ограничителем хода подвижного плунжера на величину хода всасывающего клапана, причем крестообразный ограничитель хода подвижного плунжера соединен тягой с всасывающим клапаном. A device is proposed in which a well pump with a controlled valve comprises a cylinder, plungers, a suction valve, a column of pump rods. The pump cylinder is movable relative to the tubing string and is equipped with a controllable discharge valve and a cross-shaped travel stop connected to the string of pump rods, and the plungers located in the cylinder are movable and stationary, with the fixed plunger having a lower end connected to the hollow rod, the upper end - with a suction valve, and a movable plunger with a lower end connected to the seat of the suction valve, the upper end in contact with a cross-shaped travel stop nzhera on the stroke of the suction valve, and a cross-shaped stroke limiter of the movable plunger is connected by a thrust to the suction valve.

Предложенное устройство позволяет повысить надежность работы скважинного штангового насоса и коэффициент наполнения насоса за счет исключения отказов при закрытии и открытии всасывающего и нагнетательного клапанов путем их принудительного срабатывания от возвратно-поступательного движения колонны штанг. The proposed device can improve the reliability of the downhole sucker rod pump and the filling factor of the pump by eliminating failures when closing and opening the suction and discharge valves by forcing them from the reciprocating movement of the rod string.

На фиг.1 представлен скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами и принцип работы штангового насоса при ходе штанг "вверх". На фиг.2 представлен принцип работы штангового насоса при ходе штанг "вниз". Figure 1 presents the borehole sucker rod pump with controlled valves and the principle of operation of the sucker rod pump during the stroke of the rods "up". Figure 2 presents the principle of operation of the sucker rod pump during the course of the rods "down".

Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами содержит подвижный цилиндр 1 с расположенным в нем неподвижным плунжером 2 с всасывающим клапаном 3 и кинематически связанным через полый шток 4 и фиксатор 5 с колонной насосно-компрессорных труб 6. В верхней части подвижного цилиндра 1 расположен нагнетательный клапан 7 с седлом 8, соединенный с колонной насосных штанг 9, имеющей крестообразный ограничитель хода 10 нагнетательного клапана 7. В подвижном цилиндре 1 расположен подвижный плунжер 11 с седлом 12 всасывающего клапана 3. A well pump with a controlled valve comprises a movable cylinder 1 with a stationary plunger 2 located therein with a suction valve 3 and kinematically connected through a hollow rod 4 and a retainer 5 with a tubing string 6. A discharge valve 7 is located at the top of the movable cylinder 1 a seat 8 connected to the column of sucker rods 9 having a cross-shaped travel stop 10 of the discharge valve 7. In the movable cylinder 1 is a movable plunger 11 with a seat 12 of the suction valve 3.

Подвижный плунжер 11 имеет крестообразный ограничитель хода 13 на величину открытия всасывающего клапана 3, соединенный тягой 14 с всасывающим клапаном 3. В нижней части полого штока 4 имеется уплотнительный конус 15 соединенный с конусным седлом 16 колонны насосно-компрессорных труб 6 и фильтром 17. Неподвижный плунжер 2 и полый шток 4 крепятся фиксатором 5 к колонне насосно-компрессорных труб 6 через стопорное кольцо 18. The movable plunger 11 has a cross-shaped travel stop 13 for the opening of the suction valve 3, connected by a rod 14 to the suction valve 3. At the bottom of the hollow rod 4 there is a sealing cone 15 connected to the conical seat 16 of the tubing string 6 and the filter 17. The fixed plunger 2 and the hollow stem 4 are fastened with a retainer 5 to the tubing string 6 through the retaining ring 18.

Скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами работает следующим образом. A well pump with controlled valves operates as follows.

После спуска штангового насоса в скважину на колонне насосных штанг 9 и посадки его в колонне насосно-компрессорных труб 6 уплотнительным конусом 15 на конусное седло 16 с закреплением насоса фиксатором 5 и стопорным кольцом 18 осуществляется возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг 9 с помощью наземного станка-качалки (не показан). After the descent of the sucker rod pump into the well on the string of sucker rods 9 and landing it in the string of tubing 6 with a sealing cone 15 on the cone seat 16 with the pump secured by a retainer 5 and a retaining ring 18, the reciprocating string of the sucker rods 9 is reciprocated using a ground machine - rocking chairs (not shown).

При ходе колонны насосных штанг 9 "вверх" (фиг.1, сплошная стрелка) нагнетательный клапан 7 садится в седло 8 и увлекает "вверх" подвижный цилиндр 1. В результате этого в подвижном цилиндре 1 создается разрежение, под действием которого и сил трения приподнимается подвижный плунжер 11 с седлом 12. Благодаря этому открывается всасывающий клапан 3 и откачиваемая из пласта жидкость попадает через фильтр 17, полый шток 4, канал в неподвижном плунжере 2, канал в подвижном плунжере 11 в полость подвижного цилиндра 1 (прерывистые стрелки). При этом подвижный плунжер 11 имеет ограниченный ход относительно неподвижного плунжера 2 на величину открытия всасывающего клапана 3 благодаря крестообразному ограничителю хода 13 соединенному тягой 14 с всасывающим клапаном 3. В это же время отсеченная нагнетательным клапаном 7 жидкость из полости над подвижным цилиндром 1 подается в колонну насосно-компрессорных труб 6. During the course of the string of pump rods 9 "up" (Fig. 1, the solid arrow), the discharge valve 7 sits in the seat 8 and carries the "up" movable cylinder 1. As a result, a vacuum is created in the movable cylinder 1, under which the frictional forces are lifted a movable plunger 11 with a seat 12. As a result, the suction valve 3 opens and the fluid pumped out of the formation flows through the filter 17, the hollow rod 4, the channel in the stationary plunger 2, the channel in the mobile plunger 11 into the cavity of the movable cylinder 1 (discontinuous arrows). In this case, the movable plunger 11 has a limited stroke relative to the stationary plunger 2 by the amount of opening of the suction valve 3 due to the cross-shaped stroke limiter 13 connected by the rod 14 to the suction valve 3. At the same time, the fluid cut off by the discharge valve 7 from the cavity above the movable cylinder 1 is pumped -compressor pipes 6.

При ходе колонны насосных штанг 9 "вниз" (фиг.2, сплошная стрелка) нагнетательный клапан 7 открывается, а крестообразный ограничитель хода 10 нагнетательного клапана 7 толкает подвижный цилиндр 1 "вниз", при этом в результате сил трения и перепадов давления подвижный плунжер 11 также устремляется "вниз", закрывая седлом 12 всасывающий клапан 3, в результате чего рабочая жидкость из полости подвижного цилиндра 1 перетекает в колонну насосно-компрессорных труб 6 (прерывистые стрелки на фиг.2). During the course of the column of sucker rods 9 "down" (figure 2, the solid arrow), the discharge valve 7 opens, and a cross-shaped travel stop 10 of the discharge valve 7 pushes the movable cylinder 1 "down", while as a result of friction forces and pressure drops the movable plunger 11 also rushes down, closing the suction valve 3 with the seat 12, as a result of which the working fluid from the cavity of the movable cylinder 1 flows into the tubing string 6 (intermittent arrows in FIG. 2).

Далее цикл работы штангового насоса повторяется. Next, the cycle pump operation is repeated.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы скважинного штангового насоса и повысить коэффициент наполнения насоса путем исключения отказов при принудительном закрытии и открытии всасывающего и нагнетательного клапанов. Thus, the proposed device can improve the reliability of the downhole sucker rod pump and increase the filling factor of the pump by eliminating failures during forced closure and opening of the suction and discharge valves.

Claims

A well pump with a controlled valve, comprising a cylinder, plungers, a suction valve, a string of pump rods, characterized in that the pump cylinder is movable relative to the string of tubing and is equipped with a controlled discharge valve and a cross-shaped travel stop connected to the string of pump rods, and the plungers located in the cylinder are movable and stationary, the stationary plunger having a lower end connected to the hollow stem, an upper end to the suction valve, and under izhny plunger is connected to the lower end of the suction valve seat, the upper end is in contact with a crosswise movable plunger stroke limiter on the magnitude of the suction stroke of the valve, the cross-shaped stroke limiter movable plunger rod connected to the suction valve.