RU2253751C1

RU2253751C1 - Deep-well sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2253751C1
Application number: RU2003136205/06A
Authority: RU
Inventors: Р.Р. Хузин (RU); Р.Р. Хузин; нов М.М. Ра (RU); М.М. Раянов
Original assignee: Хузин Ринат Раисович
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-10

Abstract

FIELD: oil producing industry.

SUBSTANCE: invention is designed for use in oil-well sucker-rod pumping units for producing high viscosity paraffin-rich oils from slanted wells. Proposed pump includes cylinder with intake channel connected with tubing string and plunger arranged in cylinder for reciprocation. Said plunger is made hollow and connected with drive string of pump sucker rods by means of rod centralized and adapter. Delivery valve is arranged in lower end of plunger. Ball is placed under valve seat in housing. Pump is furnished with sucker-rod string movement converter connected with sucker-rod string at one side, and with rod-pusher at other side for operation within the limits of working stroke of delivery valve ball for timely positive setting onto valve seat or removal from ball at place of operation of deep-well sucker-rod pump. Rod-pusher has weight corresponding to designed effort necessary for timely positive setting of ball of delivery valve in valve seat. Rod is connected with sucker-rod string movement converter to provide setting of ball of delivery valve in seat at designed force. Ball of delivery valve is made hollow.

EFFECT: improved reliability and efficiency of deep-well sucker-rod pump.

6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в скважинных штанговых насосных установках (СШНУ) для добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина, нефти из наклонных скважин.The invention relates to the oil industry and can be used in well sucker rod pumping units (SSHNU) for the production of highly viscous, with a high content of paraffin, oil from deviated wells.

По конструктивным особенностям и функциональным признакам нагнетательного клапана наиболее близким аналогом является глубинный штанговый насос (патент RU 2211373 G1), включающий 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 цилиндром и переходника плунжер, расположенный в нижнем конце плунжера нагнетательный клапан с размещенным в корпусе последнего над седлом шариком. Насос снабжен преобразователем направления движения колонны насосных штанг, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой - со штоком-толкателем с возможностью действия в пределах рабочего хода шарика нагнетательного клапана для своевременной принудительной посадки его в седло и отхода от шарика в ритме работы глубинного штангового насоса. Шток-толкатель снабжен изолированным от агрессивной среды пружинным амортизатором, предохраняющим механизм преобразователя направления движения колонны насосных штанг от поломок в случаях попадания под шарик нагнетательного клапана какого-либо твердого предмета. Введение в конструкцию такого амортизатора приводит к ее осложнению.According to the design features and functional features of the discharge valve, the closest analogue is a deep-well sucker-rod pump (patent RU 2211373 G1), including a cylinder with a receiving channel connected to the tubing string, a hollow connected to the reciprocating cylinder connected to the drive string sucker rods by means of a rod with a cylinder and an adapter a plunger, a discharge valve located at the lower end of the plunger with the latter located in the housing of the latter scrap with a ball. The pump is equipped with a converter for the direction of movement of the string of pump rods connected to the string of pump rods on the one hand, and on the other hand, with a pusher rod with the possibility of acting within the stroke of the discharge valve ball for timely forced landing in the saddle and moving away from the ball in rhythm of operation deep rod pump. The rod-pusher is equipped with a spring shock absorber isolated from the aggressive medium, which protects the mechanism of the converter for the direction of movement of the pump rod string from breakdowns in the event of a solid object falling under the discharge valve ball. Introduction to the design of such a shock absorber leads to its complication.

Наличие в конструкции глубинного штангового насоса механизма принудительного закрытия нагнетательного клапана наводит на мысль об использовании облегченного, например, пустотелого шарика нагнетательного клапана, что обеспечило бы гарантийное своевременное открытие нагнетательного клапана (шарика, словно прилипшего к концу штока-толкателя в ритме работы насоса), положительно отражаясь на его коэффициент полезного действия.The presence of a forced discharge valve closing mechanism in the design of a deep-well sucker-rod pump suggests the use of a lightweight, for example, hollow, discharge valve ball, which would ensure timely timely opening of the discharge valve (a ball that seemed to adhere to the end of the push rod in the rhythm of the pump), positively reflecting on its efficiency.

Техническая задача состоит в упрощении конструкции и повышении коэффициента полезного действия глубинного штангового насоса.The technical task is to simplify the design and increase the efficiency of the deep-well pump.

Поставленная техническая задача достигается тем, что глубинный штанговый насос для добычи высоковязкой, с повышенным содержанием парафина нефти, включающий 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, снабженный преобразователем направления движения колонны насосных штанг, соединенным с колонной насосных штанг с одной стороны, а с другой - со штоком-толкателем с возможностью действия в пределах рабочего хода шарика нагнетательного клапана для своевременной принудительной посадки его в седло и отхода от шарика в ритме работы глубинного штангового насоса, его шток-толкатель выполнен весом, соответствующим расчетному значению усилия, необходимого для своевременного принудительной посадки шарика нагнетательного клапана в седло и соединен с преобразователем направления движения колонны насосных штанг с возможностью посадки шарика нагнетательного клапана в седло с усилием расчетного значения, причем шарик нагнетательного клапана выполнен пустотелым.The stated technical problem is achieved in that the deep-well sucker-rod pump for the extraction of highly viscous, with a high content of oil paraffin, including a cylinder connected to the tubing string with a receiving channel, located 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, a discharge valve located at the lower end of the plunger with a ball placed in the body of the latter above the saddle, sn Abzhenny the transducer of the direction of movement of the string of pump rods connected to the string of pump rods on the one hand, and on the other with a rod-pusher with the possibility of acting within the stroke of the ball of the discharge valve for timely forced landing in the saddle and moving away from the ball in the rhythm of deep the rod pump, its rod-pusher is made with a weight corresponding to the calculated value of the force necessary for the timely forced landing of the discharge valve ball into the seat and connection ene with converter column direction of movement of sucker rods, with ball landing in the discharge valve seat with a force of the design value, the discharge valve ball is made hollow.

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 - сечение по линии А-А на фиг.1; на фиг.5 - вынесенное сечение на фиг.1; на фиг.6 - продольный разрез насоса в момент движения плунжера вниз.Figure 1 shows the upper part of a longitudinal section of the proposed pump at the time of movement of the plunger up; figure 2 - the lower part of the same section of the pump; figure 3 is a rendered section in figure 1; figure 4 is a section along the line aa 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 4 может быть представлен в виде приемного (всасывающего) клапана с центральным или боковым расположением в классическом его исполнении с "плавающим" шариком, седлом и т.д. 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 плавающего и пустотелого шарика, расположенного в клапанной полости корпуса 10 над седлом 11, зафиксированным держателем 12 седла. Насос снабжен приемным фильтром 13, установленным на уровне приемного канала 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 4 can be presented in the form of a receiving (suction) valve with a central or lateral arrangement in its classic design with a "floating" ball, seat, etc. 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, a discharge valve 9 is installed, made in the form of a floating and hollow ball located in the valve cavity of the housing 10 above the seat 11, fixed by the holder 12 of the seat. The pump is equipped with a receiving filter 13 mounted at the level of the receiving channel 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, расположенной в корпусе преобразователя 17. Концы коромысла 15 соединены шарнирно со штоком 18 и штоком-толкателем 19 посредством тяг 20, установленных шарнирно на соответствующих осях 21. Шток-толкатель 19, вес которого не меньше значения расчетного усилия, необходимого для принудительного закрытия шарика нагнетательного клапана, снабжен центраторами 22, 23 (фиг.1, 2), предусмотренными в корпусе 17 преобразователя и корпусе 10 нагнетательного клапана, соответственно. Центратор 22 расположен в корпусе 17 преобразователя с возможностью возвратно-поступательного движения в пределах рабочего хода шарика 9 нагнетательного клапана, имеет в нижнем конце внутреннюю расточку 24 под головку 25 штока-толкателя 19. В верхней части центратор 22 заканчивается сдвоенными ушками с отверстиями 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 referred to as the 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 located in the housing of the transducer 17. The ends of the rocker arm 15 are pivotally connected to the rod 18 and the rod-pusher 19 by means of rods 20 mounted pivotally on the respective axes 21. The rod-pusher 19, the weight of which is not less than the calculated force required for forcibly closing the injection valve ball is provided with centralizers 22, 23 (Figures 1, 2) provided in the housing 17 and the transducer body 10 of the discharge valve, respectively. The centralizer 22 is located in the converter housing 17 with the possibility of reciprocating movement within the working stroke of the discharge valve ball 9, has an inner bore 24 at the lower end under the head 25 of the push rod 19. In the upper part, the centralizer 22 ends with double ears with holes for the axis 21 .

Нижний конец корпуса 17 (фиг.1) преобразователя соединен с плунжерной муфтой 7 с наружной проточкой под сливаемую из НКТ жидкость, а верхний конец - накидным ограничителем 26 посредством резьбового соединения. Внутренняя полость накидного ограничителя 26 выполнена ступенчатой из цилиндрической 27 и квадратной 28 (фиг.1, 3) частей под соответствующие несущий кольцевой выступ 29 и квадрат 30 штока 18, соединенного в свою очередь с колонной насосных штанг 6 через переходник 8. Шток 18 и шток-толкатель 19 (фиг.1) в пределах рабочего хода шарика 9 нагнетательного клапана имеют возможность возвратно-поступательного движения в противоположных друг относительно друга направлениях благодаря связывающему их между собой плоскому механизму, преобразователю направления движения колонны насосных штанг 6. Квадратный разъем (фиг.3) штока 18 и накидного ограничителя 26 служит для передачи крутящего момента, передаваемого штанговращателем (не показан), установленным на устье скважины.The lower end of the housing 17 (Fig. 1) of the transducer is connected to a plunger sleeve 7 with an external groove under the fluid drained from the tubing, and the upper end is connected by a cap stop 26 through a threaded connection. The internal cavity of the cap stopper 26 is made of stepped cylindrical 27 and square 28 (Figs. 1, 3) parts for the corresponding bearing annular protrusion 29 and square 30 of the rod 18, which in turn is connected to the column of pump rods 6 through the adapter 8. The rod 18 and the rod pusher 19 (Fig. 1) within the stroke of the ball 9 of the discharge valve have the possibility of reciprocating motion in opposite directions relative to each other due to the flat mechanism connecting them to each other, the directional converter of motion are the rod string 6. The square connector (3) of the stem 18 and cap limiter 26 serves to transmit the torque transmitted shtangovrashchateli (not shown) mounted on the wellhead.

Для прохождения добываемой жидкости, создания условий для работы плоского механизма в корпусе 17 преобразователя предусмотрены внутренние 31 и наружные 32 пазы (фиг.1, 3, 4), а также отверстия 33. Каналы 34 предназначены для слива жидкости из НКТ при их подъеме на устье скважины в случаях обрыва, отворота насосных штанг и деталей плунжера. При этом необходимо, чтобы плунжер 5 (фиг.2) вместе с корпусом 17 преобразователя своим выступом 35 (фиг.1, 5) сел на кольцевой выступ 36 (фиг.2), предусмотренный в муфте 3. Тогда плунжер 5 оказывается ниже приемного канала 4 (фиг.2) и открывается путь для слива жидкости, находящейся в колонне НКТ.For the passage of the produced fluid, the creation of conditions for the operation of the flat mechanism in the housing 17 of the converter, internal 31 and external 32 grooves are provided (Figs. 1, 3, 4), as well as openings 33. Channels 34 are designed to drain the fluid from the tubing when they rise at the mouth wells in cases of breakage, lapel of sucker rods and plunger parts. In this case, it is necessary that the plunger 5 (Fig. 2), together with the converter housing 17 with its protrusion 35 (Figs. 1, 5), sits on the annular protrusion 36 (Fig. 2) provided in the coupling 3. Then the plunger 5 is below the receiving channel 4 (FIG. 2) and the path opens for draining the fluid located in the tubing string.

Насос работает следующим образом.The pump operates as follows.

Представим, что плунжер 5 (фиг.2), 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 рабочего хода шарика 9 нагнетательного клапана, т.к., во-первых, между плунжером 5 и цилиндром 1 имеет место значительная сила трения, во-вторых, плунжерная пара сама по себе инерционна и поэтому старается сохранить состояние покоя. При этом коромысло 15 (фиг.1) одновременно поворачивается на некоторый угол α и занимает положение 37, увлекая за собой вверх подвешенный на другом конце коромысла 15 центратор 22 со штоком-толкателем 19, зацепив последний за головку 25 (фиг.6). Пустотелый шарик 9 нагнетательного клапана неотступно следит за штоком-толкателем 19 и поднимается вверх, занимая положение "Открыто", что зависит от физико-химического состояния добываемой жидкости. Кольцевой выступ 29 штока 18 упирается в верхний торец корпуса 17 преобразователя и связанный с ним плунжер 5 приводится в движение вниз, поворачивая коромысло 15 на угол α из исходного положения (фиг.1) в положение 37 (фиг.6). При этом пустотелый шарик 9 нагнетательного клапана, если еще не открылся, то обязательно откроется и находящаяся в подплунжерной части цилиндра 1 жидкость через открытый нагнетательный клапан перетечет в надплунжерную полость, через предусмотренные в корпусе 17 преобразователя отверстия 33, внутренние 31 и наружные 32 (фиг.3, 4) пазы.Imagine that the plunger 5 (figure 2), moving up, reached the top dead center, as shown in figure 1. When the column of pump rods 6 moves down, the rod 18 (Fig. 1) also first shifts downward relative to the plunger 5 (Fig. 2) by the working stroke of the discharge valve ball 9, because, firstly, between the plunger 5 and cylinder 1 significant frictional force takes place, secondly, the plunger pair is inertial in itself and therefore tries to maintain a state of rest. In this case, the rocker 15 (Fig. 1) simultaneously rotates at a certain angle α and takes position 37, dragging the centralizer 22 suspended from the other end of the rocker 15 with the rod-pusher 19, hooking the latter to the head 25 (Fig. 6). The hollow ball 9 of the discharge valve continuously monitors the pusher rod 19 and rises up, occupying the "Open" position, which depends on the physicochemical state of the produced fluid. The annular protrusion 29 of the rod 18 abuts against the upper end of the transducer housing 17 and the associated plunger 5 is driven downward by turning the beam 15 by an angle α from the initial position (FIG. 1) to position 37 (FIG. 6). In this case, the hollow ball of the discharge valve 9, if it has not yet opened, then the liquid located in the sub-plunger part of the cylinder 1 will certainly open through the open discharge valve and will flow into the supra-plunger cavity, through the openings 33 provided in the housing 17 of the converter 17, internal 31 and external 32 (Fig. 3, 4) grooves.

При движении колонны насосных штанг 6 (фиг.1, 2) вверх сначала шток 18 смещается вверх на величину рабочего хода шарика 9 нагнетательного клапана до соприкосновения несущего кольцевого выступа 29 с накидным ограничителем 26, причем одновременно коромысло 15 поворачивается вокруг своей оси 16 на угол α и занимает положение, изображенное на фиг.1, а шток-толкатель 19 вместе с центратором 22 опускается вниз на величину рабочего хода шарика 9 нагнетательного клапана, принудительно усаживая шарик 9 в его седло 11 (фиг.2). Если при этом под шарик 9 нагнетательного клапана попал какой-нибудь твердый предмет (кусок породы, металлическая стружка, град после электродуговой сварки, фрагмент внутреннего покрытия ПКТ и т.д.), то шток-толкатель 19 вместе с шариком 9 полностью не опускаются вниз, а занимают промежуточное положение 38 (фиг.1). Причина отказа нагнетательного клапана в подобных случаях устраняется в последующих циклах работы клапана, при легкооткрывающемся шарике 9 попавший под него мусор уносится потоком добываемой жидкости.When the column of the sucker rods 6 (Figs. 1, 2) moves upward, the rod 18 is first shifted upward by the stroke of the ball 9 of the discharge valve until the supporting annular protrusion 29 contacts the cap stop 26, while the beam 15 rotates around its axis 16 by an angle α and occupies the position shown in figure 1, and the rod-pusher 19 together with the centralizer 22 is lowered down by the size of the stroke of the ball 9 of the discharge valve, forcing the ball 9 into its seat 11 (figure 2). If at the same time any solid object (piece of rock, metal shavings, hail after electric arc welding, a fragment of the internal coating of the FCT, etc.) fell under the ball 9 of the discharge valve, then the rod-pusher 19 together with ball 9 do not completely fall down , and occupy an intermediate position 38 (figure 1). The cause of the failure of the discharge valve in such cases is eliminated in subsequent cycles of the valve, with the ball 9 easily opening, the debris that has fallen under it is carried away by the flow of the produced fluid.

Дальнейшее движение колонны насосных штанг 6 (фиг.1) вместе с плунжером 5 (фиг.2) происходит при закрытом положении шарика 9 нагнетательного клапана на всем пути движения плунжера вверх до верхней мертвой точки, при котором происходит нагнетание надплунжерной жидкости в колонну НКТ 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 через приемный канал 4, после чего колонна насосных штанг снова повторяет очередной цикл движения вниз и т.д. Далее процесс повторяется.The further movement of the string of pump rods 6 (Fig. 1) together with the plunger 5 (Fig. 2) occurs when the ball 9 of the discharge valve is closed along the entire path of the plunger up to the top dead center, at which pressure is injected into the tubing string 2 ( figure 2), and under the plunger 5 in the cylinder 1 creates a vacuum. But as soon as the plunger 5 passes the receiving channel 4 when moving up, in the cylinder 1 it is intensively filled with the produced fluid through the receiving channel 4, after which the pump rod string repeats the next downward cycle, etc. The process is then repeated.

Нагнетательный клапан предложенного насоса управляется специальным преобразователем направления движения колонны насосных штанг упрощенной конструкции в сочетании с пустотелым шариком нагнетательного клапана, закрытие которого осуществляется принудительно и расчетным усилием в режиме работы насоса, что позволяет повысить надежность работы и коэффициент полезного действия глубинного штангового насоса.The discharge valve of the proposed pump is controlled by a special converter of the direction of movement of the string of pump rods of a simplified design in combination with a hollow ball of the discharge valve, which is closed by force and by the calculated force in the pump operating mode, which improves the reliability and efficiency of the deep-well pump.

Claims

Deep sucker rod pump for the extraction of highly viscous, with a high content of oil paraffin, including a cylinder connected to the tubing string with a receiving channel, a hollow cylinder located 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 a plunger adapter a discharge valve located at the lower end of the plunger with a ball placed in the housing of the latter above the saddle and equipped with a sucker rods connected to the string of sucker rods on the one hand, and on the other hand, with a pusher rod with the possibility of acting within the stroke of the ball of the discharge valve for timely forced landing in the saddle and moving away from the ball in the rhythm of the deep-well pump the fact that the rod-pusher is made with a weight corresponding to the calculated value of the force required for the timely forced landing of the discharge valve ball in the saddle, and is connected to the direction converter d the movement of the string of pump rods with the possibility of landing the ball of the discharge valve in the saddle with the force of the calculated value, and the ball of the discharge valve is made hollow.