RU2211373C1

RU2211373C1 - Sucker-rod well pump

Info

Publication number: RU2211373C1
Application number: RU2002114028A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Ибрагимов; М.Ш. Залятов; А.Ф. Закиров; М.М. Раянов; А.А. Курмашов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: oil extraction industry; borehole sucker-rod pump units. SUBSTANCE: pump is provided with movement transducer of sucker-rod string for functioning within working travel of delivery valve. The latter is joined with sucker rod string on one end and on other, with shock strut piston isolated from chemically active medium. Intake duct is disposed in cylinder at level ensuring liquid drain from pump-and-compressor tubes as soon as piston sets on bottom stop. Delivery valve is controlled by special transducer through shock mount to ensure trouble-free operation of pump when extracting high-wax-content oil from heavily inclined boreholes. EFFECT: enhanced reliability. 1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано в скважинных штанговых насосных установках (СШНУ). The invention relates to the oil industry and can be used in downhole sucker rod pumping units (SSHNU).

По конструктивным особенностям и функциональным признакам нагнетательного клапана наиболее близким аналогом является скважинный штанговый насос (свидетельство на полезную модель 13067, дата регистрации 20 марта 2000 г.). According to the design features and functional characteristics of the discharge valve, the closest analogue is the borehole sucker rod pump (certificate for utility model 13067, registration date March 20, 2000).

Расположенный в нижней части полого плунжера нагнетательный клапан установлен под его седлом и соединен с колонной приводных насосных штанг через шток с центратором и переходник. Нагнетательный клапан в этом насосе является управляемым и работает согласно с движением плунжера, что очень важно при добыче высоковязкой с повышенным содержанием парафина нефти из наклонных скважин. The discharge valve located in the lower part of the hollow plunger is installed under its seat and connected to the column of the drive pump rods through the rod with a centralizer and an adapter. The discharge valve in this pump is controllable and works in accordance with the movement of the plunger, which is very important when producing highly viscous with a high content of paraffin oil from deviated wells.

Однако в конструкции насоса имеет место сужение критического проходного сечения в седле нагнетательного клапана, где расположен шток, промежуточное звено между указанным клапаном и колонной насосных штанг, что приводит к возникновению дополнительного гидравлического сопротивления на этом участке, ограничению диаметра силового штока, а значит, к расслаблению его соединения с клапаном. However, in the design of the pump, there is a narrowing of the critical bore in the seat of the discharge valve, where the rod is located, an intermediate link between the valve and the string of pump rods, which leads to additional hydraulic resistance in this area, limiting the diameter of the power rod, and therefore, to relaxation its connection to the valve.

Кроме того, клапанный разъем в этом насосе подвергается ударным нагрузкам, особенно при возникновении трений в плунжерной паре. Не исключено попадание в этот разъем твердых частиц (металлическая стружка, град после электродуговой сварки, твердые включения в добываемой жидкости и т.п.). Все это приводит к преждевременному выходу из строя клапанной пары, к падению надежности насоса в целом. In addition, the valve connector in this pump is subjected to shock loads, especially when friction occurs in the plunger pair. It is possible that solid particles will enter this connector (metal shavings, hail after electric arc welding, solid inclusions in the produced fluid, etc.). All this leads to premature failure of the valve pair, to a decrease in the reliability of the pump as a whole.

Предложенным изобретением решается задача повысить надежность глубинного штангового насоса. The proposed invention solves the problem of increasing the reliability of a deep-well pump.

Для получения такого результата выполнена техническая задача, заключающаяся в том, что известный штанговый глубинный насос, содержащий соединенный с колонной насосно-компрессорных труб цилиндр с приемным каналом, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения полый, соединенный с приводной колонной насосных штанг посредством штока с центратором и переходника плунжер, расположенный в нижнем конце плунжера, нагнетательный клапан с размещенным в корпусе последнего над седлом шариком, снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью действия в пределах рабочего хода нагнетательного, расположенного над седлом клапана, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой со штоком, снабженным амортизатором, изолированным от влияния агрессивной среды, причем приемный канал в цилиндре расположен на уровне, обеспечивающем слив жидкости из насосно-компрессорных труб при посадке плунжера на нижний упор. To obtain such a result, the technical task was completed, namely, that a well-known sucker rod pump comprising a cylinder with a receiving channel connected to a tubing string, a hollow cylinder located in the cylinder with the possibility of reciprocating motion, connected to the driving string of pump rods by means of a rod with a centralizer and adapter, a plunger located at the lower end of the plunger, a discharge valve with a ball located in the body of the latter above the saddle, is equipped with a converter the direction of movement of the string of sucker rods with the possibility of acting within the stroke of the discharge located above the valve seat connected to the string of sucker rods on the one hand, and on the other with a rod equipped with a shock absorber isolated from the influence of an aggressive environment, the receiving channel in the cylinder at a level that ensures the discharge of fluid from the tubing when the plunger is planted on the lower stop.

На фиг. 1 изображена верхняя часть продольного разреза предложенного насоса в момент движения плунжера вверх; на фиг.2 - нижняя часть того же разреза насоса; на фиг. 3 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.4 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.5 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.6 - продольный разрез насоса в момент движения плунжера вниз. In FIG. 1 shows the upper part of a longitudinal section of the proposed pump at the moment the plunger moves up; figure 2 - the lower part of the same section of the pump; in FIG. 3 is a sectional view taken in FIG. 1; figure 4 is a rendered section in figure 1; figure 5 is a rendered section in figure 1; figure 6 is a longitudinal section of the pump at the time of movement of the plunger down.

Цилиндр 1 (фиг.2) связан с колонной насосно-компрессорных труб 2 (НКТ) через муфту 3, снабжен приемным каналом 4 и заглушенным концом (не показан). В другом случае приемный канал может быть представлен в виде приемного (всасывающего) клапана с центральным или боковым расположением. Внутри цилиндра 1 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения полый плунжер 5, соединенный с приводной колонной насосных штанг 6 (фиг.1) через плунжерную муфту 7 (фиг.2) и переходник 8 (фиг.1). В нижнем конце плунжера 5 установлен нагнетательный клапан 9, выполненный в виде свободно плавающего шарика, расположенного в корпусе 10 над седлом 11, зафиксированного держателем 12 седла. Насос снабжен приемным фильтром 13, установленным на уровне приемного отверстия 4 в цилиндре 1 посредством муфты 14. Cylinder 1 (Fig. 2) is connected to the tubing string 2 (tubing) through a sleeve 3, provided with a receiving channel 4 and a plugged end (not shown). In another case, the receiving channel can be presented in the form of a receiving (suction) valve with a central or lateral arrangement. Inside the cylinder 1 is installed with the possibility of reciprocating movement of the hollow plunger 5, connected to the drive column of the pump rods 6 (figure 1) through the plunger sleeve 7 (figure 2) and the adapter 8 (figure 1). At the lower end of the plunger 5 is installed a discharge valve 9, made in the form of a freely floating ball located in the housing 10 above the seat 11, fixed by the holder 12 of the seat. The pump is equipped with a intake filter 13 mounted at the level of the intake hole 4 in the cylinder 1 by means of a clutch 14.

Глубинный штанговый насос снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг (в дальнейшем преобразователь), установленным между плунжером 5 и колонной насосных штанг 6, выполненным в виде плоского механизма, состоящего из коромысла 15 (фиг.1, 4) с осью 16 в корпусе 17. Концы коромысла 15 соединены шарнирно со штоками 18, 19 посредством тяг 20, установленных шарнирно на соответствующих осях 21. Толкатель 19 (фиг.2) снабжен центраторами 22, 23 (фиг.1, 2), предусмотренными в корпусе 17 преобразователя и корпусе 10 клапана, соответственно. Центратор 22 расположен в корпусе 17 с возможностью возвратно-поступательного движения, имеет центральное отверстие под шток 19 с уплотнительными элементами 24. В центраторе 22 на промежуточном участке между уплотнительными элементами 24 имеется заполненная смазкой полость, в которой установлен амортизатор в виде, например, пружины сжатия 25, размещенной над кольцевым выступом 26, через который управляется толкатель 19. В верхней части центратор 22 заканчивается сдвоенными ушками с отверстием под ось 21. The deep-well sucker-rod pump is equipped with a transducer for the direction of movement of the string of sucker rods (hereinafter transducer) installed between the plunger 5 and the string of sucker rods 6, made in the form of a flat mechanism consisting of a rocker arm 15 (Figs. 1, 4) with an axis 16 in the housing 17. The ends of the rocker arm 15 are pivotally connected to the rods 18, 19 by means of rods 20 mounted pivotally on the respective axes 21. The pusher 19 (FIG. 2) is provided with centralizers 22, 23 (FIGS. 1, 2) provided in the converter housing 17 and the valve body 10 , respectively. The centralizer 22 is located in the housing 17 with the possibility of reciprocating movement, has a central hole for the rod 19 with sealing elements 24. In the centralizer 22 in the intermediate section between the sealing elements 24 there is a cavity filled with lubricant, in which a shock absorber is installed in the form, for example, of a compression spring 25, located above the annular protrusion 26, through which the pusher 19 is controlled. In the upper part, the centralizer 22 ends with double ears with an opening for the axis 21.

Нижний конец корпуса 17 преобразователя соединен с плунжерной муфтой 7 с наружной проточкой под сливаемую из НКТ жидкость, а верхний конец накидным ограничителем 27 посредством резьбового соединения. Внутренняя полость накидного ограничителя 27 выполнена ступенчатой из цилиндрической 28 и квадратной 29 (фиг.1, 3) частей под соответствующие несущий кольцевой выступ 30 и квадрат 31 штока 18, соединенного в свою очередь с колонной насосных штанг 6 через переходник 8. Штоки 18, 19 (фиг.1) в пределах рабочего хода 32 (фиг. 1, 6) нагнетательного клапана 9 имеют возможность возвратно-поступательного движения в противоположных друг относительно друга направлениях благодаря связывающему их между собой плоскому механизму. Квадратный разъем штока 18 и накидного ограничителя 27 служит для передачи крутящего момента, передаваемого штанговращателем (не показан). The lower end of the converter housing 17 is connected to the plunger coupling 7 with an external groove for the fluid drained from the tubing, and the upper end by a union stopper 27 by means of a threaded connection. The internal cavity of the cap stopper 27 is made of stepped cylindrical 28 and square 29 (Figs. 1, 3) parts for the corresponding bearing annular protrusion 30 and square 31 of the rod 18, which in turn is connected to the column of pump rods 6 through an adapter 8. Rods 18, 19 (Fig. 1) within the working stroke 32 (Fig. 1, 6) of the discharge valve 9 have the possibility of reciprocating motion in opposite directions relative to each other due to the flat mechanism connecting them to each other. The square connector of the rod 18 and the cap stop 27 serves to transmit the torque transmitted by the stemmer (not shown).

Для прохождения добываемой жидкости, создания условия для работы плоского механизма в корпусе 17 предусмотрены внутренний 33 и наружные 34 пазы (фиг.1, 3, 4), а также отверстия 35. Каналы 36 предназначены для слива жидкости из НКТ при их подъеме на устье скважины (не показаны) в случае обрыва, отворота насосных штанг и деталей плунжера, при этом необходимо, чтобы плунжер 1 вместе с корпусом 17 преобразователя своим выступом 37 (фиг.1, 5) сел на кольцевой выступ 38 (фиг.2), предусмотренный в муфте 3. Тогда плунжер 5 оказывается ниже приемного отверстия 4 (фиг.2), и открывается путь для слива жидкости, находящейся в колонне НКТ. To pass the produced fluid, to create the conditions for the work of a flat mechanism, an inner 33 and 34 outer grooves are provided in the housing 17 (Figs. 1, 3, 4), as well as openings 35. Channels 36 are designed to drain the fluid from the tubing when they rise at the wellhead (not shown) in the event of a break, flap of the sucker rods and plunger parts, it is necessary that the plunger 1 together with the converter housing 17 with its protrusion 37 (Fig. 1, 5) sit on the annular protrusion 38 (Fig. 2) provided in the coupling 3. Then the plunger 5 is below the inlet 4 (figure 2), and the way is opened for the discharge of fluid in the tubing string.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Пусть плунжер, двигаясь вверх, дошел до верхней мертвой точки, как это изображено на фиг. 1. При движении колонны насосных штанг 6 вниз шток 18 (фиг. 1) также смещается вниз сначала относительно плунжера 5 (фиг.2) на величину хода 32 нагнетательного клапана 9. При этом коромысло 15 одновременно поворачивается влево вокруг своей оси 16 (фиг.4) на некоторый угол, увлекая за собой вверх подвешенный на другом конце коромысла центратор 22 и установленный в нем на амортизаторе шток 19. После чего кольцевой выступ 30 штока 18 упирается в верхний торец корпуса 17 преобразователя и связанный с последним плунжер 5 приводится в движение вниз, поворачивая коромысло 15 на угол 39 из исходного до положения 40 (фиг.1). При этом нагнетательный клапан 9 открывается (фиг.6) и находящаяся в цилиндре 1 жидкость через открытый нагнетательный клапан перетекает в надплунжерную полость через предусмотренные в корпусе 17 отверстия 35, внутренние 33 и наружные 34 пазы. Let the plunger, moving upward, reach the top dead center, as shown in FIG. 1. When the column of pump rods 6 moves down, the rod 18 (Fig. 1) also moves downward first relative to the plunger 5 (Fig. 2) by the stroke 32 of the discharge valve 9. At the same time, the rocker 15 simultaneously turns to the left around its axis 16 (Fig. 4) at a certain angle, dragging up the centralizer 22 suspended on the other end of the rocker arm and the rod 19 mounted on it on the shock absorber. After that, the annular protrusion 30 of the rod 18 abuts against the upper end of the transducer housing 17 and the plunger 5 connected to the latter is driven down turning to oromys 15 at an angle of 39 from the original to position 40 (figure 1). At the same time, the discharge valve 9 opens (Fig. 6) and the liquid located in the cylinder 1 through the open discharge valve flows into the supraplunger cavity through the openings 35 provided in the housing 17, internal 33 and external 34 grooves.

Пружина в амортизаторе собрана в предварительно поджатом состоянии, что предопределяет его техническую характеристику, т.е. при каком диапазоне усилий работает амортизатор. В работе насоса может быть так получиться, что при закрытии клапана под него попадет какой-нибудь твердый предмет. В подобных случаях выручает амортизатор, который предохраняет от поломки плоский механизм преобразователь при не реагирующем в данный конкретный момент работы нагнетательном клапане. Причина отказа клапана устраняется в последующих циклах работы клапана, т.к. амортизатор не оставляет его в покое, периодически тревожит, не дает "залеживаться". The spring in the shock absorber is assembled in a pre-loaded state, which predetermines its technical characteristic, i.e. at what range of effort does the shock absorber work. In the operation of the pump, it may happen that, when the valve is closed, a solid object will fall under it. In such cases, the shock absorber helps out, which protects the transducer’s flat mechanism from breakage when the discharge valve does not respond at this particular moment of operation. The cause of valve failure is eliminated in subsequent valve operation cycles, as the shock absorber does not leave him alone, periodically worries, does not allow to "lie down".

При движении колонны насосных штанг 6 (фиг.1, 2) вверх сначала шток 18 смещается вверх на величину хода 32 клапана до соприкосновения несущего кольцевого выступа 30 с накидным ограничителем 27, причем одновременно коромысло 15 поворачивается вокруг своей оси 16 на угол 39 и занимает положение, изображенное на фиг.1, а шток 19 с нагнетательным клапаном 9 (фиг.2) под действием центратора 22 с амортизатором опускаются вниз и занимают положение "закрыто". Дальнейшее движение колонны насосных штанг 6 вверх происходит без участия плоского механизма при закрытом положении нагнетательного клапана на всем пути движения плунжера вверх до верхней мертвой точки, при котором происходит нагнетание надплунжерной жидкости в колонну насосно-компрессорных труб 2 (фиг.2), а под плунжером 5 в цилиндре 1 создается вакуум. Но как только при движении вверх плунжер 5 проходит приемный канал 4, в цилиндре 1 происходит интенсивное его заполнение добываемой жидкостью и т.д. Далее процесс повторяется. When the column of pump rods 6 (Figs. 1, 2) moves upward, the rod 18 first moves upward by the valve stroke 32 until the bearing ring protrusion 30 comes in contact with the cap stop 27, while the beam 15 rotates around its axis 16 by an angle of 39 and occupies a position shown in figure 1, and the rod 19 with the discharge valve 9 (figure 2) under the action of the centralizer 22 with a shock absorber fall down and occupy the "closed" position. The further movement of the column of pump rods 6 upwards occurs without the participation of a flat mechanism with the pressure valve closed in the entire way the plunger moves up to the top dead center, at which injection of plunger fluid is injected into the tubing string 2 (Fig. 2), and under the plunger 5, a vacuum is created in cylinder 1. But as soon as, when moving upward, the plunger 5 passes the receiving channel 4, in the cylinder 1 it is intensively filled with the produced fluid, etc. The process is then repeated.

Предложенный механический преобразователь направления движения колонны насосных штанг может быть выполнен в виде установленной на оси 16 (фиг.4) зубчатой шестерни, находящейся в зацеплении с парой зубчатых реек, расположенных по обе стороны от шестерни, одна из которых (реек) соединена со штоком 18, а другая со штоком 19. Кроме того, преобразователь может быть исполнен с гидравлическим приводом, работа которого согласованно взаимосвязана с движением колонны насосных штанг и т.д. The proposed mechanical converter of the direction of movement of the column of sucker rods can be made in the form of a gear gear mounted on an axis 16 (Fig. 4), meshed with a pair of gear racks located on both sides of the gear, one of which (rods) is connected to the rod 18 and the other with a rod 19. In addition, the converter can be executed with a hydraulic drive, the operation of which is coordinated with the movement of the string of pump rods, etc.

Нагнетательный клапан предложенного глубинного насоса управляется специальным преобразователем через амортизатор, что обеспечивает безотказную работу насоса в условиях добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти из сильно наклонных скважин. The pressure valve of the proposed deep pump is controlled by a special converter through a shock absorber, which ensures trouble-free operation of the pump in highly viscous production conditions, with an increased content of oil paraffin from highly deviated wells.

Claims

Deep sucker rod pump containing a cylinder with a receiving channel connected to the tubing string, hollow in the cylinder with the possibility of reciprocating motion, connected to the driving string of the pump rods by means of a rod with a centralizer and an adapter, a plunger located at the lower end of the plunger, a discharge valve with a ball placed in the housing of the latter above the saddle, characterized in that it is equipped with a converter for the direction of movement of the string of pump rods with the possibility of acting in within the working stroke of the discharge valve connected to the string of pump rods on one side and on the other with a rod equipped with a shock absorber isolated from the influence of an aggressive environment, and the receiving channel in the cylinder is located at a level that ensures drainage of the tubing when the plunger fits to the bottom stop.