RU2241853C1

RU2241853C1 - Deep-well sucker-rod pump self-adjusting controllable suction valve

Info

Publication number: RU2241853C1
Application number: RU2003119828/06A
Authority: RU
Inventors: Р.Р. Хузин (RU); Р.Р. Хузин; нов М.М. Ра (RU); М.М. Раянов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Иделойл"
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-12-10

Abstract

FIELD: oil producing industry.

SUBSTANCE: invention is designed for use in well sucker-rod pumping units. According to invention, diameter of valve housing is greater than diameter of pump and it is installed eccentrically relative to pump for turning. Axis of valve space is arranged at angle to axis of pump, being in one plane with eccentricity formed between valve housing and pump. Pump together with valve housing are arranged on sliding support in contact with casing string for reciprocating. Suction valve is provided with control mechanism in form of weight installed on valve cage and connected with central rod installed in upper stop of suction calve ball for interacting with the latter. Other part of control mechanism is pusher installed on hinge joint, one end of pusher being installed for interaction with ball of suction valve through seat, and the other is hinge-connected with rod of double-acting hydraulic shock absorber connected with sliding support. Piston of double-acting hydraulic shock absorber is provided with straight and rebound throttling holes with closing plates spring-loaded relative to piston end faces. Such design provide reliable operation of valve at producing high-viscosity oil with high content of paraffin from inclined wells.

EFFECT: prevention of untimely wear of column on section of its contact with pump.

5 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 borehole sucker rod pump units (SSHNU).

Всасывающий клапан в классическом исполнении, состоящий из корпуса, в котором предусмотрена сообщенная с подплунжерной полостью клапанная полость под шарик клапана с его седлом и держателем седла клапана (ОАО “Ижнефтемаш”, Глубинные штанговые насосы, Каталог, ред. 2 - 2001, стр.35), присоединен к цилиндру насоса посредством муфт и удлинительного ниппеля с одной стороны, а с другой - к приемному фильтру. Все детали этого звена (цилиндр насоса, всасывающий клапан, приемный фильтр) представляют из себя тела вращения и соединены друг с другом соосно. Внутри цилиндра расположен плунжер с нагнетательным клапаном, штоком плунжера и т.д.Classic suction valve, consisting of a housing in which there is provided a valve cavity communicated with the sub-plunger cavity under the valve ball with its seat and valve seat holder (OAO Izhneftemash, Deep Rod Pumps, Catalog, rev. 2 - 2001, p. 35 ), is connected to the pump cylinder by means of couplings and an extension nipple on the one hand, and on the other hand, to the inlet filter. All parts of this link (pump cylinder, suction valve, intake filter) are bodies of revolution and are connected to each other coaxially. Inside the cylinder there is a plunger with a discharge valve, plunger rod, etc.

Очевидно, что известные штанговые насосы, снабженные нагнетательным и всасывающим клапанами в классическом исполнении, предназначены в основном для работы в вертикальных скважинах.It is obvious that the well-known sucker rod pumps equipped with discharge and suction valves in the classic version, are designed mainly for operation in vertical wells.

В наклонно направленных скважинах работа клапанов насоса ухудшается по причине запоздалого закрытия, образования овальности в седле клапана, из-за которой происходят утечки через клапанную пару, что в итоге приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД) насоса. А при добычи нефти с повышенным содержанием парафина или вязкой нефти клапанные узлы насоса вовсе могут отказать. В подобных случаях приходится реанимировать скважины путем промывки глубинно-насосного оборудования. А при отрицательном исходе такой промывки скважина подвергается подземному ремонту.In directional wells, the operation of the pump valves deteriorates due to a late closing, the formation of ovality in the valve seat, due to which leaks occur through the valve pair, which ultimately leads to a decrease in the pump efficiency. And when producing oil with a high content of paraffin or viscous oil, the valve manifolds of the pump may fail at all. In such cases, it is necessary to reanimate the wells by flushing the downhole pumping equipment. And with a negative outcome of such flushing, the well undergoes an underground repair.

Кроме того известно, в процессе работы штангового насоса нижний конец колонны насосно-компрессорных труб НКТ вместе с цилиндром насоса, всасывающим клапаном и приемным фильтром подвергается возвратно-поступательному движению по причине возникновения при этом суммарных упругих сил растяжения и сжатия трубной подвески в целом, вызванных работой СШНУ. В результате такого циклического перемещения нижней части трубной подвески, спущенной в наклонно направленную скважину, происходит механический износ эксплуатационной колонны, что сокращает ее срок службы.In addition, it is known that during the operation of the sucker rod pump, the lower end of the tubing string, together with the pump cylinder, suction valve and intake filter, undergoes reciprocating motion due to the occurrence of the total elastic tensile and compression forces of the pipe suspension as a whole, caused by the operation SSHNU. As a result of such a cyclic movement of the lower part of the pipe suspension, lowered into an inclined well, mechanical wear of the production string occurs, which reduces its service life.

Задача предложенного технического решения состоит в повышении надежности работы всасывающего клапана глубинного штангового насоса и поддержании срока службы эксплуатационной колонны на участке контактирования ее с глубинным штанговым насосом на оптимальном уровне.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the suction valve of the deep-well rod pump and to maintain the life of the production casing at the site of its contact with the deep-well pump at an optimal level.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что корпус клапана выполнен в диаметре больше, чем насос и установлен эксцентрично относительно насоса и с возможностью поворота друг относительно друга, ось клапанной полости расположена под углом к оси насоса и находится в одной плоскости вместе с эксцентриситетом, образованным между корпусом клапана и насосом, насос вместе с корпусом клапана расположен на контактирующей с обсадной колонной опоре скольжения с возможностью возвратно-поступательного движения, всасывающий клапан снабжен механизмом управления, выполненным в виде груза, расположенного на клапанной клетке и соединенного с центральным стержнем, установленным в верхнем ограничителе шарика всасывающего клапана с возможностью взаимодействия с последним, а другая часть механизма управления представляет из себя установленный на шарнире толкатель, один конец которого расположен с возможностью взаимодействия с шариком всасывающего клапана через его седло, а другой соединен шарнирно со штоком гидравлического амортизатора двустороннего действия, связанного с опорой скольжения, причем поршень гидравлического амортизатора двустороннего действия снабжен рабочими дроссельными отверстиями прямого и обратного ходов, оснащенными соответствующими подпружиненными к торцам поршня шайбами прикрытия.The solution of the technical problem is achieved in that the valve body is made larger in diameter than the pump and mounted eccentrically relative to the pump and can be rotated relative to each other, the axis of the valve cavity is located at an angle to the axis of the pump and is in the same plane with the eccentricity formed between valve body and pump, the pump together with the valve body is located on a sliding support contacting the casing with the possibility of reciprocating movement, the suction valve n is equipped with a control mechanism made in the form of a load located on the valve cage and connected to a central rod installed in the upper limiter of the suction valve ball with the possibility of interaction with the latter, and the other part of the control mechanism is a pusher mounted on a hinge, one end of which is located with the possibility of interaction with the ball of the suction valve through its seat, and the other is pivotally connected to the rod of a double-acting hydraulic shock absorber, bound to a support sliding, the piston being a double acting hydraulic shock absorber is provided with a working orifice moves forward and reverse, with appropriate spring-loaded washers to the ends of the piston cover.

На фиг.1 изображен продольный разрез самоустанавливающегося всасывающего клапана глубинного штангового насоса (в дальнейшем, всасывающего клапана), спущенного в наклонно направленную скважину; на фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1 на клапанную клетку с грузом; на фиг.4 - продольный разрез гидравлического амортизатора двустороннего действия в момент открытия шарика всасывающего клапана; на фиг.5 - продольный разрез гидравлического амортизатора двустороннего действия в момент закрытия шарика всасывающего клапана.Figure 1 shows a longitudinal section of a self-aligning suction valve of a deep sucker rod pump (hereinafter, the suction valve), lowered into a directional well; figure 2 is a section along the line aa in figure 1; figure 3 is a view along arrow B in figure 1 on a valve cage with a load; figure 4 is a longitudinal section of a double-acting hydraulic shock absorber at the time of opening the ball of the suction valve; figure 5 is a longitudinal section of a double-acting hydraulic shock absorber at the time of closing the ball of the suction valve.

Корпус клапана 1 (фиг.1) соединен с удлинительным ниппелем 2 эксцентрично с эксцентриситетом е (фиг.1, 2), образованным между осью 3 насоса (не показан) и осью 4 корпуса клапана 1, посредством накидной гайки 5, расположенной на кольцевом выступе 6 удлинительного ниппеля 2. Корпус клапана 1 и удлинительный ниппель 2 имеют общую цилиндрическую поверхность разъема, снабженного уплотнениями 7, благодаря чему образуется герметичная поворотная пара. С другой стороны к корпусу клапана 1 присоединен приемный фильтр 8, расположенный соосно с насосом.The valve body 1 (FIG. 1) is connected to the extension nipple 2 eccentrically with an eccentricity e (FIGS. 1, 2) formed between the axis 3 of the pump (not shown) and the axis 4 of the valve body 1, by means of a union nut 5 located on the annular protrusion 6 of the extension nipple 2. The valve body 1 and the extension nipple 2 have a common cylindrical surface of the connector provided with seals 7, thereby forming a tight rotary pair. On the other hand, a intake filter 8 is connected to the valve body 1 and is located coaxially with the pump.

Нижнее окончание насоса вместе с корпусом клапана 1 и верхним трубчатым окончанием приемного фильтра 8 расположено на опоре скольжения 9 с возможностью возвратно-поступательного движения. Опора скольжения 9 контактирует с обсадной колонной 10 и находится в прижатом к последней положении под весом нижнего окончания насоса благодаря эксцентритету е, а клапанная клетка 11 при этом занимает вертикальное положение (фиг.1). Угол α между осью клапанной клетки 11 и осью 3 насоса задается заранее в соответствии с наклоном скважины на данном участке. Основная тяжесть нижнего окончания насоса приходится к центру тяжести, совпадающему с осью 3 насоса (фиг.2), смещенной от оси 4 корпуса клапана 1 на величину эксцентриситета е. Корпус клапана 1 оснащен кожухом 12, прикрепленным с помощью соединительных элементов в виде боковых ограничителей 13. Боковые ограничители 13 расположены на корпусе клапана 1 большего диаметра, чем диаметр насоса, причем эксцентрично, благодаря чему происходит самоустановление поворотного корпуса клапана 1 в рабочее положение (фиг.1).The lower end of the pump together with the valve body 1 and the upper tubular end of the intake filter 8 is located on the sliding support 9 with the possibility of reciprocating motion. The sliding support 9 is in contact with the casing 10 and is pressed to the last position under the weight of the lower end of the pump due to the eccentricity e, and the valve cage 11 is in this vertical position (figure 1). The angle α between the axis of the valve cage 11 and the axis 3 of the pump is set in advance in accordance with the inclination of the well in this area. The main gravity of the lower end of the pump falls to the center of gravity, which coincides with the axis 3 of the pump (Fig. 2), offset from the axis 4 of the valve body 1 by the amount of eccentricity e. The valve body 1 is equipped with a casing 12, attached using connecting elements in the form of side stops 13 The lateral stops 13 are located on the valve body 1 of a larger diameter than the diameter of the pump, and it is eccentric, due to which the rotary valve body 1 is self-installed in the working position (Fig. 1).

В клапанной клетке 11 (фиг.1) расположены шарик всасывающего клапана 14, седло клапана 15 с держателем седла 16. В верхнем ограничителе шарика всасывающего клапана 14 выполнены отверстия 17 (фиг.1, 3) для прохождения добываемой жидкости и центральное отверстие под соответствующий центральный стержень 18 груза 19, расположенного на клапанной клетке 11 и входящего в механизм управления всасывающим клапаном. Груз 19 своим центральным стержнем 18 сидит на шарике всасывающего клапана 14 и в процессе работы находится во взаимодействии с последним.In the valve cage 11 (Fig. 1) there is a ball of the suction valve 14, a valve seat 15 with a seat holder 16. In the upper limiter of the ball of the suction valve 14, holes 17 are made (Figs. 1, 3) for passing the produced fluid and a central hole for the corresponding central the rod 18 of the load 19 located on the valve cage 11 and included in the control mechanism of the suction valve. The load 19 with its Central rod 18 sits on the ball of the suction valve 14 and in the process is in interaction with the latter.

Другая часть механизма управления всасывающего клапана представляет из себя установленный на шарнире 20 толкатель 21, один конец которого расположен с возможностью взаимодействия с шариком всасывающего клапана 14 через его седло 15, а другой соединен посредством шарнира 22 со штоком 23 гидравлического амортизатора 24 двустороннего действия, установленного на качающейся опоре 25 опоры скольжения 9.The other part of the control mechanism of the suction valve is a pusher 21 mounted on the hinge 20, one end of which is arranged to interact with the ball of the suction valve 14 through its seat 15, and the other is connected via a hinge 22 to the rod 23 of a double-acting hydraulic shock absorber 24 mounted on swinging support 25 of the sliding support 9.

Поршень 26 (фиг.4, 5) гидравлического амортизатора 24 (фиг.1) двустороннего действия снабжен с двух сторон штоками 23 одинакового диаметра, что обуславливает переток через поршень 26 одинакового объема рабочей жидкости (масла) из одной полости цилиндра 27 в другую по отношению к поршню 26. Каждый из штоков 23 установлен в центральном отверстии, предусмотренном в торцах 28 цилиндра 27 и оснащенном уплотнительным элементом 29. Поршень 26 снабжен рабочими дроссельными отверстиями прямого 30 и обратного 31 хода, расположенными на соответствующих диаметрах поршня 26 и прикрываемыми индивидуальными шайбами соответственно прямого 32 и обратного 33 хода. При этом каждая из шайб 32, 33 поджата своими пружинами прямого 34 и обратного 35 хода, рассчитанными на соответствующее усилие для открытия и закрытия шарика всасывающего клапана 14 (фиг.1).The piston 26 (Fig. 4, 5) of the double-acting hydraulic shock absorber 24 (Fig. 1) is equipped on both sides with rods 23 of the same diameter, which causes the flow through the piston 26 of the same volume of working fluid (oil) from one cavity of the cylinder 27 to the other in relation to the piston 26. Each of the rods 23 is mounted in a central hole provided at the ends 28 of the cylinder 27 and equipped with a sealing element 29. The piston 26 is provided with working throttle holes of a forward 30 and a reverse 31 stroke located at respective diameters rshnya 26 and cover individual washers 32 respectively direct and reverse stroke 33. At the same time, each of the washers 32, 33 is preloaded with its forward 34 and reverse 35 spring, designed for the corresponding force to open and close the ball of the suction valve 14 (Fig. 1).

Всасывающий клапан работает следующим образом. Перед спуском в скважину всасывающий клапан подвергается техническому осмотру с целью выявления работоспособности поворотной пары, что означает корпус клапана 1 должен без заеданий поворачиваться относительно цилиндра. Кроме того, производится гидравлическое испытание поворотной пары и всасывающего клапана в его закрытом положении.The suction valve operates as follows. Before the descent into the well, the suction valve is subjected to a technical inspection in order to determine the operability of the rotary pair, which means that the valve body 1 must rotate relative to the cylinder without jamming. In addition, a hydraulic test of the rotary pair and the suction valve in its closed position is performed.

Всасывающий клапан спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в сборе с цилиндром насоса (не показаны), удлинительным ниппелем 2, приемным фильтром 8. После спуска всасывающий клапан принимает свое рабочее положение (фиг.1), при котором корпус клапана 1 вместе с клапанной клеткой 11 за счет эксцентриситета е самоустанавливается.The suction valve is lowered into the borehole on the tubing string assembled with a pump cylinder (not shown), extension nipple 2, intake filter 8. After descent, the suction valve assumes its operating position (Fig. 1), in which the valve body 1 together with the valve cell 11 due to the eccentricity e self-settles.

При движении плунжера (не показан) вверх расположенный в нем нагнетательный клапан закрывается, шарик всасывающего клапана 14 (фиг.1) открывается за счет известного механизма образования разности давлений в подплунжерной полости и на приеме насоса. Однако при добыче вязкой нефти и нефти с повышенным содержанием парафина и т.п. необходимо предпринять дополнительные меры для открытия шарика всасывающего клапана 14, т.е. использовать механизм управления последним. При движении плунжера вверх корпус клапана 1 вместе с нижним окончанием насоса также перемещается вверх на некоторую величину, и связанный со штоком 23 гидравлического амортизатора 24 двустороннего действия толкатель 21 поворачивается на шарнире 20 на некоторый угол и переходит из положения 36 в положение 37, переводя шарик всасывающего клапана 14 в положение 38 “Открыто”, что соответствует его принудительному открытию. При этом шайба 32 (фиг.4) прямого хода отводится от поршня 26 и поршень 26 начинает двигаться на открытие шарика всасывающего клапана 14 вместе с грузом 19, пропуская рабочую жидкость через рабочие дроссельные отверстия прямого 30 хода и отверстия 39 в шайбе прикрытия 32 прямого хода в направлении 40. Одновременно нижнее окончание насоса, расположенное на опоре скольжения 9 через трубчатое окончание приемного фильтра 8, перемещается вверх.When the plunger (not shown) moves up, the discharge valve located in it closes, the ball of the suction valve 14 (Fig. 1) opens due to the known mechanism of the formation of the pressure difference in the subplunger cavity and at the pump intake. However, when producing viscous oil and oil with a high content of paraffin, etc. additional measures must be taken to open the ball of the suction valve 14, i.e. use the last control mechanism. When the plunger moves up, the valve body 1 together with the lower end of the pump also moves up by a certain amount, and the pusher 21 connected to the rod 23 of the hydraulic shock absorber 24 of the double-acting pivot rotates through the hinge 20 by a certain angle and moves from position 36 to position 37, moving the suction ball valve 14 to position 38 “Open”, which corresponds to its forced opening. In this case, the forward stroke washer 32 (Fig. 4) is diverted from the piston 26 and the piston 26 begins to move to open the suction valve ball 14 together with the load 19, passing the working fluid through the direct throttle working holes 30 and the holes 39 in the forward stroke cover 32 in the direction of 40. At the same time, the lower end of the pump, located on the sliding support 9 through the tubular end of the intake filter 8, moves up.

При движении плунжера вниз нагнетательный клапан (не показан) открывается, чему должно предшествовать обязательное закрытие шарика всасывающего клапана 14. Нижнее окончание насоса вместе с корпусом клапана 1 (фиг.1) перемещается вниз на некоторую величину, и связанный со штоком 23 гидравлического амортизатора 24 двустороннего действия толкатель 21 поворачивается на шарнире 20 на некоторый угол и переходит из положения 37 в положение 36 - “Закрыто”, отойдя тем самым от шарика всасывающего клапана 14 вниз, позволив последнему сесть в седло под действием дополнительного груза 19, масса которого превосходит массу шарика всасывающего клапана 14, что обеспечивает его принудительное закрытие. При этом шайба прикрытия 33 (фиг.5) обратного хода отводится от поршня 26 и поршень 26 начинает двигаться на закрытие шарика всасывающего клапана 14 вместе с грузом 19, пропуская рабочую жидкость через рабочие дроссельные отверстия обратного 31 хода и отверстия 39 в шайбе прикрытия 32 прямого хода в направлении 41. Одновременно нижнее окончание насоса, расположенное на опоре скольжения 9 через верхнее трубчатое окончание приемного фильтра 8, перемещается вниз.When the plunger moves down, the discharge valve (not shown) opens, which must be preceded by the mandatory closure of the ball of the suction valve 14. The lower end of the pump together with the valve body 1 (Fig. 1) moves down by a certain amount, and connected with the rod 23 of the hydraulic shock absorber 24 action pusher 21 is rotated on the hinge 20 by a certain angle and moves from position 37 to position 36 - “Closed”, thereby moving away from the ball of the suction valve 14 down, allowing the latter to sit in the saddle under the action tviem additional weight 19, the weight of which exceeds the weight of the suction valve ball 14, which ensures its forced closure. In this case, the back cover washer 33 (FIG. 5) is retracted from the piston 26 and the piston 26 begins to move to close the suction valve ball 14 together with the load 19, passing the working fluid through the working throttle openings of the reverse 31 and openings 39 in the direct cover 32 stroke direction 41. At the same time, the lower end of the pump, located on the sliding support 9 through the upper tubular end of the intake filter 8, moves down.

Самоустанавливающийся управляемый всасывающий клапан глубинного штангового насоса обеспечивает надежную работу этого клапана в условиях добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти из наклонно направленных скважин, предотвращает преждевременное истирание эксплуатационной колонны на участке контактирования ее с насосом.The self-adjusting controllable suction valve of the deep-well sucker-rod pump ensures reliable operation of this valve in highly viscous production conditions, with a high content of oil paraffin from directional wells, and prevents premature attrition of the production string at the site of its contact with the pump.

Claims

A self-adjusting controllable suction valve of a deep-well sucker-rod pump designed for operation in directional wells, including a valve body connected to the pump cylinder by means of couplings and an extension nipple on the one hand, and on the other, with a intake filter mounted coaxially with the cylinder, made in the housing valve and communicating with the subplunger cavity valve cavity of the valve cage with the upper limiter of the suction valve ball, seat and valve seat holder, characterized in that the valve body is made in diameter larger than the diameter of the pump and is mounted eccentrically relative to the pump and can be rotated relative to each other, the axis of the valve cavity is located at an angle to the axis of the pump and is in the same plane with the eccentricity formed between the valve body and the pump, the pump together with the valve body are located on the sliding support contacting with the casing with the possibility of reciprocating movement, the suction valve is equipped with a control mechanism made the type of cargo located on the valve cage and connected to the central rod installed in the upper limiter of the suction valve ball with the possibility of interaction with the latter, and the other part of the control mechanism is a pusher mounted on a hinge, one end of which is arranged to interact with the suction valve ball through the saddle, and the other is pivotally connected to the rod of a double-acting hydraulic shock absorber associated with a sliding support, and the hydra piston -crystal suspension is provided with a double-acting working throttle openings forward and reverse, with appropriate spring-loaded washers to the ends of the piston cover.