RU2211374C1

RU2211374C1 - Sucker-rod pump with adjustable valves for extracting high-viscosity oil

Info

Publication number: RU2211374C1
Application number: RU2002121220A
Authority: RU
Inventors: Г.Ю. Басос; К.В. Валовский; В.Б. Оснос
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: oil extraction industry. SUBSTANCE: sucker-rod pump has barrel, suction valve, plunger, and delivery suction-rod valve with pushrod; barrel is mounted for axial displacement inside casing. The latter is rigidly fixed to string of piping. Barrel is pressed on top by means of spring and has alignment device. Suction valve has barrel seat and shut-off member with casing passages. Sealing arrangement is installed between barrel and casing. Pump incorporates provision for reducing resistance to oil flow in suction valve and for increasing pump filling coefficient when extracting high-viscosity oil; it can be used in inclined boreholes due to forced control of both delivery and suction valves. EFFECT: enhanced efficiency and enlarged functional capabilities of pump. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано дня добычи высоковязкой нефти. The invention relates to the oil industry and can be used on the day of production of highly viscous oil.

Известны глубинные штанговые насосы, всасывающий и нагнетательные клапаны которых закрываются под действием силы тяжести запорных элементов, например шариков (см. с. 239-240, Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М., "Недра", 1978, с.448). Deep sucker-rod pumps are known, the suction and discharge valves of which are closed by gravity of shut-off elements, for example balls (see p. 239-240, V. Muravyov. Operation of oil and gas wells. M., "Nedra", 1978, p. .448).

При добыче вязкой нефти такими насосами шарики клапанов вследствие высокой вязкости нефти не могут своевременно садиться на седла под действием силы тяжести при изменении направления движения плунжера, что приводит к возрастанию утечек в клапанах и снижает коэффициент подачи насоса. During the production of viscous oil by such pumps, the valve balls, due to the high viscosity of the oil, cannot timely seat on the saddles under the action of gravity when the direction of movement of the plunger changes, which leads to an increase in leakage in the valves and reduces the pump flow rate.

Кроме того, при добыче высоковязких нефтей для снижения вязкости нефти часто производится закачка в пласт теплоносителя, например пара, что приводит к попаданию значительных количеств его в насос, образованию пробок пара или газа в цилиндре и может блокировать работу насоса, что снижает надежность его работы. In addition, when producing highly viscous oils to reduce the viscosity of the oil, a coolant, such as steam, is often injected into the formation, which leads to significant quantities of it entering the pump, the formation of vapor or gas plugs in the cylinder and can block the pump, which reduces its reliability.

Известен глубинный штанговый насос (патент RU 2172866, F 04 В 47/00, опубл. бюл. 24 за 27.08.2001 г.), содержащий цилиндр, плунжер с нагнетательным шток-клапаном и штангой. В нижней части цилиндра размещен всасывающий клапан, прикрепленный посредством пружин к опоре и расположенный на седле. В верхней части цилиндра размещен дополнительный нагнетательный клапан на седле с уплотнительным кольцом. Штанга снабжена толкателем, взаимодействующим с плунжером посредством выемки. Known deep sucker rod pump (patent RU 2172866, F 04 In 47/00, publ. Bull. 24 for 08/27/2001), containing a cylinder, a plunger with a discharge rod valve and a rod. At the bottom of the cylinder there is a suction valve attached by means of springs to the support and located on the seat. In the upper part of the cylinder there is an additional discharge valve on the seat with a sealing ring. The rod is equipped with a pusher interacting with the plunger by means of a recess.

Недостатком насоса является то, что тарелка всасывающего клапана, расположенного в цилиндре насоса, перекрывает значительную часть площади сечения цилиндра, и высоковязкая жидкость поступает в насос через кольцевое пространство, образованное тарелкой и цилиндром. Это создает сопротивление при заполнении цилиндра насоса вязкой нефтью при ходе плунжера вверх, что снижает коэффициент наполнения насоса. Кроме того, всасывающий и дополнительный нагнетательный клапаны закрываются под действием силы тяжести запорных элементов (кольца и тарелки), что при добыче высоковязкой нефти происходит с запаздыванием и снижает коэффициент подачи насоса. В большей степени это проявляется при эксплуатации наклонно-направленных скважин, поскольку чем больше угол наклона насоса, тем сложнее обеспечить закрытие клапанов действием силы тяжести запорных элементов, что сужает область применения насоса. The disadvantage of the pump is that the plate of the suction valve located in the pump cylinder covers a significant part of the cross-sectional area of the cylinder, and highly viscous liquid enters the pump through the annular space formed by the plate and cylinder. This creates resistance when filling the pump cylinder with viscous oil during the upward stroke of the plunger, which reduces the fill factor of the pump. In addition, the suction and additional discharge valves are closed by the force of gravity of the shut-off elements (rings and plates), which, when producing highly viscous oil, is delayed and reduces the pump coefficient of delivery. This is manifested to a greater extent during the operation of directional wells, since the larger the angle of the pump, the more difficult it is to ensure that the valves are closed by the action of the gravity of the shut-off elements, which narrows the scope of the pump.

Задачей изобретения является увеличение эффективности работы устройства за счет уменьшения сопротивления потоку жидкости во всасывающем клапане и увеличения коэффициента наполнения насоса при добыче высоковязкой нефти и расширение области применения насоса в наклонно направленных скважинах за счет принудительного управления (открытия - закрытия) и нагнетательным и всасывающим клапанами. The objective of the invention is to increase the efficiency of the device by reducing the resistance to fluid flow in the suction valve and increasing the filling factor of the pump during the production of highly viscous oil and expanding the scope of the pump in directional wells due to forced control (opening - closing) and discharge and suction valves.

Поставленная задача решается штанговым насосом с управляемыми клапанами для добычи высоковязкой нефти, содержащим цилиндр, всасывающий клапан, плунжер и нагнетательный шток-клапан с толкателем. The problem is solved by a rod pump with controlled valves for the production of highly viscous oil, containing a cylinder, a suction valve, a plunger and a discharge rod-valve with a pusher.

Новым является то, что цилиндр поджат сверху пружиной, снабжен центрирующим устройством и выполнен с возможностью осевого перемещения внутри кожуха, который жестко соединен с колонной труб, при этом всасывающий клапан состоит из седла цилиндра и запорного элемента с проходными каналами кожуха, причем между цилиндром и кожухом установлен герметизирующий узел. What is new is that the cylinder is spring-loaded from above, provided with a centering device and is capable of axial movement inside the casing, which is rigidly connected to the pipe string, while the suction valve consists of a cylinder seat and a shut-off element with passage channels of the casing, between the cylinder and the casing a sealing unit is installed.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, то есть о соответствии заявляемого решения критерию "технический уровень" и "существенные отличия". An analysis of the known similar solutions allows us to conclude that there are no signs in them that are similar to the distinctive signs in the claimed device, that is, on the compliance of the proposed solution with the criterion of "technical level" and "significant differences".

На фиг. 1 изображен штанговый насос при ходе плунжера вверх, на фиг.2 изображен штанговый насос при ходе плунжера вниз. In FIG. 1 shows a sucker rod pump during the upward stroke of the plunger; Fig. 2 shows a sucker rod pump during the downward plunger movement.

Штанговый насос (см. фиг.1) состоит из цилиндра 1, всасывающего клапана 2, плунжера 3 и нагнетательного шток-клапана 4 с толкателем 5. Цилиндр 1 размещен в кожухе 6, который жестко соединен с колонной труб 7. Цилиндр 1 поджат сверху пружиной 8 и имеет центрирующее устройство 9. Всасывающий клапан 2 состоит из седла 10 цилиндра 1 и запорного элемента 11 с проходными каналами 12 кожуха 6. Цилиндр 1 размещен в кожухе 6 с возможностью осевого перемещения. Нагнетательный шток-клапан 4 соединен с колонной штанг 13. Между цилиндром 1 и кожухом 6 установлен герметизирующий узел 14. The sucker rod pump (see Fig. 1) consists of a cylinder 1, a suction valve 2, a plunger 3 and a pressure rod-valve 4 with a pusher 5. The cylinder 1 is placed in the casing 6, which is rigidly connected to the pipe string 7. The cylinder 1 is spring-loaded from above 8 and has a centering device 9. The suction valve 2 consists of a seat 10 of the cylinder 1 and a locking element 11 with passage channels 12 of the casing 6. The cylinder 1 is placed in the casing 6 with the possibility of axial movement. The discharge rod-valve 4 is connected to the column of rods 13. Between the cylinder 1 and the casing 6 is installed sealing unit 14.

Штанговый насос работает следующим образом. The sucker rod pump operates as follows.

Штанговый насос помещают на заданную глубину в скважину ( не показана) и сообщают возвратно-поступательные движения колонне штанг 13. The sucker rod pump is placed at a predetermined depth in the well (not shown) and the reciprocating motion is reported to the rod string 13.

При ходе колонны штанг 13 (см. фиг.1) вверх начинается перемещение соединенного с колонной штанг шток-клапана 4 относительно плунжера 3. После закрытия нагнетательного шток-клапана 4 начинается перемещение вверх плунжера 3. При ходе плунжера 3 вверх под действием значительных сил гидродинамического трения, возникающих в плунжерной паре при откачке высоковязкой нефти /Габриэлов Л. В. Новые технические средства для добычи высоковязкой нефти. Обзорная информация. Серия "Машины и нефтяное оборудования". М., ВНИИОЭНГ, 1985, Выпуск 1 (49), с.6/, цилиндр 1 с седлом 10 также поднимается вверх. Происходит открытие всасывающего клапана 2, поскольку запорный элемент 11 установлен на кожухе 6, который жестко соединен с колонной труб 7. Подъем цилиндра 1 осуществляется на высоту, обеспечивающую максимальное проходное сечение канала всасывающего клапана 2 и ограничивается длиной кожуха 6. При этом пружина 8, установленная в верхней части цилиндра 1, сжимается. Все время перемещения плунжера 3 вверх цилиндр 1 остается (за счет действия значительных гидродинамических сил трения в плунжерной паре) в приподнятом положении, пружина 8 сжатой, а всасывающий клапан 2 открытым. При ходе плунжера 3 вверх происходит нагнетание жидкости из цилиндра 1 в полость колонны труб 7 и заполнение цилиндра 1 через открытый всасывающий клапан 2 скважинной жидкостью, поступающей в цилиндр 1 через проходные каналы 12 запорного элемента 11. При этом герметизирующий узел 14 исключает несанкционированные перетоки нефти при осевом перемещении цилиндра 1 относительно кожуха 6. During the course of the rod string 13 (see FIG. 1) upward movement of the rod valve 4 connected to the column of the rod starts relative to the plunger 3. After closing the discharge rod valve 4, the upward movement of the plunger 3 begins. When the plunger 3 moves upward under the action of significant hydrodynamic forces friction arising in the plunger pair during the pumping of high-viscosity oil / Gabrielov L.V. New technical means for the production of high-viscosity oil. Overview information. Series "Machinery and oil equipment". M., VNIIOENG, 1985, Issue 1 (49), p.6 /, cylinder 1 with saddle 10 also rises. The suction valve 2 opens, because the shut-off element 11 is mounted on the casing 6, which is rigidly connected to the pipe string 7. The cylinder 1 is lifted to a height that ensures the maximum passage section of the channel of the suction valve 2 and is limited by the length of the casing 6. In this case, the spring 8 installed at the top of cylinder 1, is compressed. All the time the plunger 3 moves upward, the cylinder 1 remains (due to the action of significant hydrodynamic friction forces in the plunger pair) in the raised position, the spring 8 is compressed, and the suction valve 2 is open. When the plunger 3 moves upward, liquid is injected from cylinder 1 into the cavity of the pipe string 7 and cylinder 1 is filled through the open suction valve 2 with well fluid entering cylinder 1 through passage channels 12 of the shut-off element 11. At the same time, the sealing unit 14 eliminates unauthorized oil flows during axial movement of the cylinder 1 relative to the casing 6.

Затем начинается ход колонны штанг 12 вниз (см. фиг.2). При этом плунжер 3 с цилиндром 1, висящие на колонне штанг 13, начинают перемещаться относительно кожуха 6 вниз. Перемещение цилиндра 1 вниз относительно кожуха 6 обеспечивается действием силы тяжести цилиндра 1 и силы сжатой пружины 8. Действия этих сил достаточно для преодоления сил трения в центрирующем устройстве 9, герметизирующем узле 14 и для предотвращения открытия нагнетательного шток-клапана 4 до того момента, пока седло 10 цилиндра 1 не войдет во взаимодействие с запорным элементом 11 кожуха 6, то есть до закрытия всасывающего клапана 2. Центрирующее устройство 9 исключает радиальные перемещения цилиндра 1 относительно кожуха 6, вследствие чего исключается возможность некачественного закрытия всасывающего клапана 2. После этого начинается перемещение шток-клапана 4 относительно плунжера 3 и его открытие. Затем толкатель 5 начинает перемещать плунжер 3 с открытым нагнетательным шток-клапаном 4 относительно цилиндра 1. Возникающие при этом силы гидродинамического трения в плунжерной паре увеличивают усилие поджатая седла 10 к запорному элементу 11, что повышает надежность работы всасывающего клапана 2. Then begins the stroke of the column of rods 12 down (see figure 2). In this case, the plunger 3 with the cylinder 1, hanging on the column of rods 13, begin to move relative to the casing 6 down. The movement of the cylinder 1 downward relative to the casing 6 is ensured by the action of the gravity of the cylinder 1 and the force of the compressed spring 8. The action of these forces is sufficient to overcome the friction forces in the centering device 9, the sealing assembly 14 and to prevent the discharge valve 4 from opening until the seat 10 of the cylinder 1 will not come into interaction with the locking element 11 of the casing 6, that is, until the suction valve 2 is closed. The centering device 9 eliminates the radial movement of the cylinder 1 relative to the casing 6, as a result of which sklyuchaetsya poor possibility of closing of the suction valve 2. After this, the moving valve stem 4 relative to the plunger 3 and its opening. Then the pusher 5 begins to move the plunger 3 with the open discharge rod-valve 4 relative to the cylinder 1. The resulting hydrodynamic friction forces in the plunger pair increase the force of the pressed seat 10 to the locking element 11, which increases the reliability of the suction valve 2.

Далее циклы повторяются. Further cycles are repeated.

Расположение всасывающего клапана в кожухе позволяет выполнить его с проходным каналом, площадь сечения которого не меньше площади сечения цилиндра насоса, что способствует увеличению коэффициента наполнения насоса, а принудительное управление всасывающим клапаном позволяет применять штанговый насос для откачки из скважины жидкости с вязкостью, при которой клапаны других конструкций, в которых запорные элементы клапанов перемещаются под действием силы тяжести, неработоспособны, что повышает надежность работы штангового насоса и расширяет область применения за счет возможности использования его в наклонно направленных скважинах. The location of the suction valve in the casing allows it to be made with a passage channel, the cross-sectional area of which is not less than the cross-sectional area of the pump cylinder, which contributes to an increase in the fill factor of the pump, and the forced control of the suction valve allows the use of a sucker-rod pump to pump out a fluid with viscosity at which designs in which the locking elements of the valves move under the action of gravity are inoperative, which increases the reliability of the sucker rod pump and expands the scope due to the possibility of using it in directional wells.

Claims

A sucker rod pump with controlled valves for the production of highly viscous oil, comprising a cylinder, a suction valve, a plunger, a pressure rod valve with a pusher, characterized in that the cylinder, spring-loaded from above, is equipped with a centering device and is made with the possibility of axial movement inside the casing, which is rigidly connected with a pipe string, wherein the suction valve consists of a cylinder seat and a shut-off element with passage channels of the casing, and a sealing assembly is installed between the cylinder and the casing.