RU2369774C1

RU2369774C1 - Hydraulically actuated diaphragm pump to upwell fluid

Info

Publication number: RU2369774C1
Application number: RU2008121689/06A
Authority: RU
Inventors: Ривенер Мусавирович Габдуллин (RU); Ривенер Мусавирович Габдуллин
Original assignee: Ривенер Мусавирович Габдуллин
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-10-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to displacement pumps intended for pumping out aggressive and salt-containing fluids, including oil, from wells. Proposed pump comprises housing accommodating flexible diaphragm that divides it into chamber for actuating and pumped-out fluids. Chamber for pumped-out fluid communicates, via suction valve arranged on the chamber lower end face wall, with the well, and, via pressure valve arranged on the side of upper end face wall, with the channel discharging pumped-out fluid into tubing string. Actuating fluid chamber communicates with actuating fluid source. Note that pumped-out chamber accommodates perforated wall that makes a surface of contact with flexible diaphragm at overpressure inside actuating fluid chamber. Pump housing incorporates additional flexible diaphragm that makes extra pumped-out fluid chamber with additional perforated wall to come in contact with additional flexible diaphragm. Pumped-out chamber is arranged between flexible diaphragms. Shape of the chamber perforated walls coincides with that of flexible diaphragm.

EFFECT: higher reliability, increased life between repairs.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосной технике, преимущественно к средствам откачки текучих сред из скважин при помощи объемных насосов, имеющих эластичный рабочий орган и предназначенных для подъема из скважин агрессивных и солесодержащих пластовых жидкостей, в том числе нефти с содержанием газа.The invention relates to pumping technology, mainly to means for pumping fluids from wells using volumetric pumps having an elastic working body and designed to lift aggressive and saline formation fluids from wells, including oil containing gas.

Известен скважинный плунжерно-диафрагмовый насос, содержащий заполненный жидкостью гидрозащиты цилиндр с помещенным в него плунжером со штоком, связанным с приводным элементом, уплотнительное устройство штока, компенсаторную камеру с разделительной диафрагмой и всасывающе-нагнетательную камеру со всасывающим и нагнетательным клапанами и разделительной диафрагмой (см. авторское свидетельство SU №1137240, кл. F04B 47/02, 30.01.1985).A well-known borehole plunger-diaphragm pump containing a cylinder filled with hydraulic protection fluid with a plunger placed in it with a rod connected to the drive element, a rod sealing device, a compensating chamber with a separation diaphragm and a suction-discharge chamber with suction and discharge valves and a separation diaphragm (see copyright certificate SU No. 1137240, class F04B 47/02, 01/30/1985).

Основной недостаток конструкций данного типа - отсутствие средств, препятствующих растяжению эластичной диафрагмы при действии на нее максимального избыточного рабочего давления, что приводит к снижению надежности работы насоса и сокращению межремонтного срока эксплуатации насоса. Кроме того, возможно образование складок диафрагмы, что ведет к ускоренному износу диафрагмы с сокращением бездефектного срока эксплуатации насоса.The main disadvantage of this type of construction is the lack of means that prevent stretching of the elastic diaphragm when the maximum excess working pressure is applied to it, which reduces the reliability of the pump and reduces the overhaul life of the pump. In addition, diaphragm wrinkling is possible, which leads to accelerated diaphragm wear with reduced defect-free pump life.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насосная установка для подъема жидкости из скважины, содержащая гидроприводной диафрагменный насос, выполненный с кожухом, образующим внутри кожуха полость, и размещенной в кожухе эластичной диафрагмой, разделяющей полость на камеры для приводной и откачиваемой жидкостей, из которых камера для откачиваемой жидкости сообщена через всасывающий клапан, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры, со скважиной, а через нагнетательный клапан, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб, а камера для приводной жидкости сообщена каналом приводной жидкости с источником ее подачи, причем в камере для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой при избыточном давлении в камере для приводной жидкости (см. патент RU №2090779, кл. F04B 47/02, 20.09.1997).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a pumping unit for lifting fluid from a well, comprising a hydraulic actuated diaphragm pump, made with a casing forming a cavity inside the casing, and an elastic diaphragm located in the casing, dividing the cavity into chambers for driving and pumped liquids, of which the chamber for the pumped liquid is communicated through a suction valve located on the side of the lower end wall of the chamber with the well, and through the injection a pan located on the side of the upper end wall with a channel for discharging the pumped liquid into the column of lifting pipes, and a chamber for the driving liquid is communicated by a channel of the driving liquid with a source of supply, and a perforated wall is formed along the walls of the chamber for the pumped liquid forming a contact surface with elastic diaphragm at overpressure in the chamber for the drive fluid (see patent RU No. 2090779, CL F04B 47/02, 09/20/1997).

Выполнение эластичной диафрагмы с возможностью придания ей формы поверхности стенки камеры, формирующей полость для откачиваемой жидкости, при избыточном давлении в полости для приводной жидкости относительно давления в полости для откачиваемой жидкости, не превышающем 10% максимального рабочего, позволяет повысить срок эксплуатации эластичной диафрагмы, однако наличие знакопеременных нагрузок в процессе эксплуатации насосной установки не позволяет в полной мере решить вопрос увеличения межремонтного срока эксплуатации насосной установки.The implementation of the elastic diaphragm with the ability to give it the shape of the surface of the wall of the chamber, forming a cavity for the pumped liquid, with excess pressure in the cavity for the drive fluid relative to the pressure in the cavity for the pumped liquid, not exceeding 10% of the maximum working, can increase the life of the elastic diaphragm, however, the presence alternating loads during operation of the pumping unit does not fully resolve the issue of increasing the overhaul life of the pumping unit SETTING.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в снижении динамических и знакопеременных нагрузок на эластичную диафрагму.The problem to which the present invention is directed, is to reduce dynamic and alternating loads on the elastic diaphragm.

Технический результат заключается в повышении надежности работы насоса при увеличении срока межремонтной эксплуатации насосов с эластичными рабочими органами - эластичными диафрагмами.The technical result consists in increasing the reliability of the pump with an increase in the period of overhaul operation of pumps with elastic working bodies - elastic diaphragms.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что гидроприводной диафрагменный насос для подъема жидкости из скважины содержит установленную в кожухе эластичную диафрагму с образованием внутри кожуха полости, разделенной диафрагмой на камеры для приводной и откачиваемой жидкостей, последняя из которых сообщена через всасывающий клапан, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры, со скважиной, а через нагнетательный клапан, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб, камера для приводной жидкости сообщена каналом приводной жидкости с источником ее подачи, а в камере для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой при избыточном давлении в камере для приводной жидкости, в полости кожуха размещена дополнительная эластичная диафрагма, образующая дополнительную камеру для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой, причем со стороны нижней и верхней торцевых стенок дополнительная камера сообщена соответственно со скважиной через всасывающий клапан и с каналом отвода откачиваемой жидкости через нагнетательный клапан, при этом камера для приводной жидкости образована пространством между эластичными диафрагмами, а форма поверхности перфорированных стенок камер для откачиваемой жидкости совпадает с формой соответствующей эластичной диафрагмы при подаче в камеру для приводной жидкости последней под ее максимальным рабочим давлением.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the hydraulic diaphragm pump for lifting fluid from the well contains an elastic diaphragm installed in the casing with the formation of a cavity inside the casing, divided by a diaphragm into chambers for driving and pumped fluids, the last of which is communicated through a suction valve located on the side of the lower end wall of the chamber, with a well, and through the discharge valve located on the side of the upper end wall, with a channel pumped liquid into the column of lifting pipes, the chamber for the driving fluid is communicated by the channel of the driving fluid with a source of supply thereof, and a perforated wall is installed along the walls of the chamber for the pumped fluid, forming a contact surface with an elastic diaphragm at overpressure in the chamber for the driving fluid in the cavity an additional elastic diaphragm is placed in the casing, forming an additional chamber for the pumped liquid, along the walls of which an additional perforated wall is installed For contact with an additional elastic diaphragm, and on the side of the lower and upper end walls, the additional chamber is in communication with the well, respectively, through the suction valve and with the drainage channel for the pumped liquid through the discharge valve, while the chamber for the drive fluid is formed by the space between the elastic diaphragms and the surface shape is perforated the walls of the chambers for the pumped liquid coincides with the shape of the corresponding elastic diaphragm when the latter is fed into the chamber for the drive fluid nd under its maximum operating pressure.

Форма стенок камер для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер для откачиваемой жидкости.The shape of the walls of the chambers for the pumped liquid repeats the shape of the perforated walls, the latter being set to form a gap with the walls of the chambers for the pumped liquid.

Кожух выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости.The casing is made of a material chemically inert to the pumped liquid.

В ходе проведенных испытаний было выявлено, что объемные насосы с рабочим органом в виде эластичной диафрагмы, в которых привод осуществляется посредством какой-либо текучей среды, преимущественно жидкости, позволяет обеспечить защиту трущихся поверхностей гидродвигателя, при помощи которого приводная среда подается в насос и отводится из него. Кроме того, взаимодействие эластичного рабочего органа с текучей приводной средой характеризуется более равномерным распределением нагрузки, что также способствует меньшему износу эластичного рабочего органа. Однако срок межремонтной эксплуатации таких насосов и установок в значительной мере определяется условиями работы эластичных рабочих органов. При этом отрицательными факторами являются интенсивное воздействие на эластичный рабочий орган абразивных компонентов перекачиваемой среды и периодическая деформация эластичного органа - диафрагмы.During the tests it was found that volumetric pumps with a working body in the form of an elastic diaphragm, in which the drive is carried out by means of any fluid, mainly liquid, allows to protect the friction surfaces of the hydraulic motor, by which the drive medium is supplied to the pump and discharged from him. In addition, the interaction of the elastic working body with a fluid drive medium is characterized by a more uniform load distribution, which also contributes to less wear of the elastic working body. However, the period of overhaul operation of such pumps and installations is largely determined by the working conditions of elastic working bodies. At the same time, the negative factors are the intense effect on the elastic working body of the abrasive components of the pumped medium and the periodic deformation of the elastic organ - the diaphragm.

Размещение в полости кожуха дополнительной эластичной диафрагмы, образующей в полости дополнительную камеру для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой, а также образование камеры для приводной жидкости пространством между эластичными диафрагмами с совпадением формы поверхности перфорированных стенок камер для откачиваемой жидкости с формой эластичной диафрагмы при подачи в камеру для приводной жидкости последней под ее максимальном рабочим давлением позволяет практически полностью разгрузить диафрагму от нагрузок, при которых имеет место растяжение эластичной диафрагмы, а также резко снизить знакопеременные нагрузки на эластичные диафрагмы, что и позволяет увеличить срок межремонтной эксплуатации насосной установки при повышении надежности ее работы, а это, в свою очередь, позволяет уменьшить потери, связанные с извлечением неисправного насоса из скважины.Placing an additional elastic diaphragm in the cavity of the casing, forming an additional chamber for pumped liquid in the cavity, along the walls of which an additional perforated wall is installed for contact with the additional elastic diaphragm, as well as the formation of the chamber for the drive fluid, the space between the elastic diaphragms with the same surface shape of the perforated walls of the chambers for pumped liquid with the shape of an elastic diaphragm when fed into the chamber for the drive fluid of the latter under its poppy The maximum working pressure makes it possible to almost completely unload the diaphragm from the loads at which the elastic diaphragm stretches, as well as sharply reduce alternating loads on the elastic diaphragms, which allows to increase the overhaul period of the pump unit with an increase in the reliability of its operation, and this, in turn, , allows to reduce the losses associated with the extraction of the faulty pump from the well.

Дополнительные возможности по повышению надежности работы насоса достигаются за счет того, что форма стенок камер для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер для откачиваемой жидкости, а кожух выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости. В результате представляется возможность обеспечить более равномерную нагрузку на эластичные диафрагмы и снизить воздействие на эластичные диафрагмы химически агрессивных сред при уменьшении мертвого пространства камер для приводной и откачиваемой жидкостей.Additional opportunities to improve the reliability of the pump are achieved due to the fact that the shape of the walls of the chambers for the pumped liquid repeats the shape of the perforated walls, the latter being set to form a gap with the walls of the chambers for the pumped liquid, and the casing is made of a material chemically inert for the pumped liquid. As a result, it is possible to provide a more uniform load on the elastic diaphragms and reduce the impact on the elastic diaphragms of chemically aggressive media while reducing the dead space of the chambers for the drive and pumped fluids.

На чертеже схематически представлен продольный разрез гидроприводного диафрагменного насоса для подъема жидкости из скважины.The drawing schematically shows a longitudinal section of a hydraulic diaphragm pump for lifting fluid from a well.

Насос содержит кожух 1 и размещенную внутри него эластичную диафрагму 2, разделяющую ее на камеры для приводной 3 и откачиваемой 4 жидкостей, последняя из которых сообщена через всасывающий клапан 5, расположенный со стороны нижней торцевой стенки камеры 4, со скважиной, а через нагнетательный клапан 6, расположенный со стороны верхней торцевой стенки, с каналом 7 отвода откачиваемой жидкости в колонну подъемных труб 8. Камера 3 для приводной жидкости сообщена каналом 9 приводной жидкости с источником ее подачи (не показан). В камере 4 для откачиваемой жидкости вдоль ее стенок установлена перфорированная стенка 10, формирующая поверхность контакта с эластичной диафрагмой 2 при избыточном давлении в камере 3 для приводной жидкости. В полости кожуха 1 размещена дополнительная эластичная диафрагма 11, образующая в полости дополнительную камеру 12 для откачиваемой жидкости, вдоль стенок которой установлена дополнительная перфорированная стенка 13 для контакта с дополнительной эластичной диафрагмой 11. Со стороны нижней и верхней торцевых стенок дополнительная камера сообщена соответственно со скважиной через всасывающий клапан 5 и с каналом 7 отвода откачиваемой жидкости. Камера 3 для приводной жидкости образована пространством между эластичными диафрагмами 2 и 11. Форма поверхности перфорированных стенок 10 и 13 и камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости совпадает с формой соответствующей эластичной диафрагмы 2 и 11 при подачи в камеру 3 для приводной жидкости последней под ее максимальным рабочим давлением.The pump contains a casing 1 and an elastic diaphragm 2 located inside it, dividing it into chambers for drive 3 and pumped out 4 fluids, the last of which is communicated through a suction valve 5, located on the side of the lower end wall of the chamber 4, with a well, and through a discharge valve 6 located on the side of the upper end wall, with a channel 7 for discharge of the pumped liquid into the column of lifting pipes 8. A chamber 3 for the driving fluid is connected by the channel 9 of the driving fluid with a supply source (not shown). A perforated wall 10 is installed in the chamber 4 for the pumped liquid along its walls, which forms the contact surface with the elastic diaphragm 2 at an overpressure in the chamber 3 for the drive fluid. An additional elastic diaphragm 11 is placed in the cavity of the casing 1, forming an additional chamber 12 for pumped liquid in the cavity, along the walls of which an additional perforated wall 13 is installed for contact with the additional elastic diaphragm 11. On the side of the lower and upper end walls, the additional chamber is connected respectively with the well through a suction valve 5 and with a channel 7 for discharge of the pumped liquid. The chamber 3 for the drive fluid is formed by the space between the elastic diaphragms 2 and 11. The surface shape of the perforated walls 10 and 13 and the chambers 4 and 12 for the pumped liquid coincides with the shape of the corresponding flexible diaphragm 2 and 11 when the latter is fed into the chamber 3 for the drive fluid under its maximum working pressure.

Форма стенок камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости повторяет форму перфорированных стенок 10 и 13, причем последние установлены с образованием зазора со стенками камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости.The shape of the walls of the chambers 4 and 12 for the pumped liquid repeats the shape of the perforated walls 10 and 13, the latter being set to form a gap with the walls of the chambers 4 and 12 for the pumped liquid.

Кожух 1 выполнен из материала, химически инертного для откачиваемой жидкости.The casing 1 is made of a material chemically inert to the pumped liquid.

При работе насоса в фазе всасывания откачиваемая жидкость, подаваемая на поверхность земли посредством насосно-компрессорных труб, через всасывающий клапан 5 и перфорацию перфорированных стенок 10 и 13, наполняет камеры 4 и 12 для откачиваемой жидкости, а эластичные диафрагмы 2 и 11 перемещаются в направлении друг к другу. В фазе нагнетания в камеру 3 для приводной жидкости подается последняя, например дизельное топливо или соляровое масло, которое, воздействуя на эластичные диафрагмы 2 и 11, выдавливает откачиваемую из скважины жидкость из камер 4 и 12 для откачиваемой жидкости через нагнетательный клапан 6 в колонну подъемных труб 8, при этом эластичные диафрагмы 2 и 11, преодолевая давление откачиваемой жидкости в колонне подъемных труб 8, перемещаются в сторону перфорированных стенок 10 и 13.When the pump is in the suction phase, the pumped liquid supplied to the earth’s surface through tubing through the suction valve 5 and the perforation of the perforated walls 10 and 13 fills the chambers 4 and 12 for the pumped liquid, and the elastic diaphragms 2 and 11 move in the direction of each other to friend. In the injection phase, the latter, for example diesel fuel or solar oil, is supplied to the chamber 3 for the driving fluid, which, acting on the elastic diaphragms 2 and 11, squeezes the fluid pumped out of the well from the chambers 4 and 12 for the pumped fluid through the discharge valve 6 into the riser string 8, while the elastic diaphragms 2 and 11, overcoming the pressure of the pumped liquid in the column of lifting pipes 8, are moved towards the perforated walls 10 and 13.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности при добыче различных жидких сред из скважин.The present invention can be used in the oil and other industries in the production of various liquid media from wells.

Claims

1. Hydraulic actuated diaphragm pump for lifting fluid from a well, comprising an elastic diaphragm installed in the casing with the formation of a cavity inside the casing, divided by a diaphragm into chambers for driving and pumped fluids, the latter of which is communicated through a suction valve located on the side of the lower end wall of the chamber to the well and through the discharge valve located on the side of the upper end wall with the channel for drainage of the pumped liquid into the column of lifting pipes, a chamber for the drive fluid communicated by the drive fluid channel with the source of its supply, and a perforated wall is installed along the walls in the chamber for the pumped fluid, forming a contact surface with an elastic diaphragm under excessive pressure in the chamber for the drive fluid, characterized in that an additional elastic diaphragm is placed in the casing cavity, forming an additional chamber for pumped liquid, along the walls of which an additional perforated wall is installed for contact with an additional elastic diaphragm, why, from the side of the lower and upper end walls, the additional chamber is respectively connected with the borehole through the suction valve and with the channel for evacuating the pumped liquid, while the chamber for the driving fluid is formed by the space between the elastic diaphragms, and the surface shape of the perforated walls of the chambers for the pumped liquid coincides with the corresponding elastic diaphragms when feeding into the chamber for the drive fluid last under its maximum working pressure.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the shape of the walls of the chambers for the pumped liquid repeats the shape of the perforated walls, the latter being installed to form a gap with the walls of the chambers for the pumped liquid.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the casing is made of chemically inert material for the pumped liquid.