RU2393367C1

RU2393367C1 - Bottom-hole unit

Info

Publication number: RU2393367C1
Application number: RU2009116529/06A
Authority: RU
Inventors: Ривенер Мусавирович Габдуллин (RU); Ривенер Мусавирович Габдуллин
Original assignee: Ривенер Мусавирович Габдуллин
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-06-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed unit comprises electrically driven deep-well pump with housing and intake chamber with its inlet accommodating intake valve and its outlet accommodating delivery valve communicated with tubing string on delivery side, and hydraulic drive. Note here that there is a web arranged in intake chamber, at the bottom of hydraulically driven pump housing, to divide said chamber into pumping chamber with intake and delivery valves and control chamber. Note also that hydraulic drive is provided with hydraulic cylinder arranged above intake chamber representing cylindrical barrel with bottom turned upside down relative to hydraulic drive housing. Hydraulic cylinder working chamber communicates via bypass channel with control chamber. Hydraulic cylinder plunger is arranged to axially move driven by rigid link connected with tubing casing. Plunger outer cylindrical lateral wall is sealed with respect to hydraulic inner cylindrical wall embracing the former. Note that between inner space of hydraulic cylinder below plunger and circular space formed between hydraulic cylinder outer part and hydraulic drive housing inner parts. Note also that between pumping chamber and control chamber spaces are formed filled with buffer fluid to make hydraulic lock. Mind that working chamber, control chamber and bypass channel are filled with drive fluid.

EFFECT: higher reliability.

2 dwg, 5 cl

Description

Изобретение относится насосной технике, используемой при добыче нефти, в частности к погружным скважинным насосам для подъема высоковязкой пластовой жидкости из глубоких скважин с высоким содержанием солей, агрессивных сред и твердых частиц.The invention relates to pumping equipment used in oil production, in particular to submersible borehole pumps for lifting highly viscous reservoir fluid from deep wells with a high content of salts, aggressive media and solid particles.

Известна насосная установка для перекачки жидкостей, содержащая емкости, каждая из которых снабжена всасывающим и нагнетательным клапанами, подключенные к всасывающему и нагнетательному трубопроводами, при этом нижняя часть каждой емкости заполнена приводной жидкостью, верхняя часть перекачиваемой жидкостью, а между ними находится слой буферной жидкости (см. авторское свидетельство SU №1023148, кл. F04F 11/00, 15.06.1983).A pumping unit for pumping liquids is known, containing containers, each of which is equipped with suction and discharge valves, connected to the suction and discharge pipelines, while the lower part of each tank is filled with drive fluid, the upper part of the pumped fluid, and between them is a layer of buffer fluid (see copyright certificate SU No. 1023148, class F04F 11/00, 06/15/1983).

Однако наличие двух емкостей, независимых друг от друга, а также насоса непрерывного действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики усложняет конструкцию насоса, уменьшает его надежность и делает практически невозможным его применение для подъема жидкости из скважины из-за трудности управления клапанами на потоках приводной и откачиваемой жидкостей. Кроме того, буферная жидкость, состоящая из тех же компонентов, что и приводная и откачиваемая жидкости, быстро перемещается с одной из них и теряет свойства буферной жидкости.However, the presence of two tanks, independent of each other, as well as a continuous pump with a complex of pipelines, valves, sensors and hydraulic automation complicates the design of the pump, reduces its reliability and makes it practically impossible to use to lift fluid from the well due to the difficulty of controlling valves in the flows drive and pumped liquids. In addition, the buffer fluid, consisting of the same components as the drive and pumped fluid, quickly moves from one of them and loses the properties of the buffer fluid.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насосная глубинная установка, содержащая погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и привод (см. патент RU №2283970, кл. F04B 47/04, 20.09.2006).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a downhole pump installation containing a submersible hydraulic drive pump with a housing and a receiving chamber, at the inlet of which there is a suction valve, and at the outlet - a discharge valve communicated from the discharge side with a pipe string, and an actuator ( see patent RU No. 2283970, class F04B 47/04, 09/20/2006).

Однако наличие насоса двустороннего действия с комплексом трубопроводов, клапанов, датчиков и гидроавтоматики усложняет конструкцию установки, уменьшает ее надежность.However, the presence of a double-acting pump with a complex of pipelines, valves, sensors and hydraulic equipment complicates the design of the installation, reduces its reliability.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции насосной установки и расширение ее возможностей.The problem to which the present invention is directed, is to simplify the design of the pumping unit and expand its capabilities.

Технический результат заключается в повышении надежности работы насосной установки и увеличении ее срока службы.The technical result is to increase the reliability of the pumping unit and increase its service life.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что насосная глубинная установка содержит погружной гидроприводной насос с корпусом и приемной камерой, на входе которой установлен всасывающий клапан, а на выходе - нагнетательный клапан, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб, и гидропривод, причем в приемной камере, расположенной в нижней части корпуса гидроприводного насоса, установлена перегородка для разделения ее на насосную камеру с нагнетательным и всасывающим клапанами и управляющую камеру, гидропривод снабжен расположенным над приемной камерой гидроцилиндром, образованным установленным неподвижно относительно корпуса гидропривода вверх дном цилиндрическим стаканом, рабочая камера гидроцилиндра сообщена посредством перепускного канала с управляющей камерой, плунжер гидроцилиндра установлен с возможностью осевого перемещения посредством жесткой тяги, соединенной с колонной штанг, а наружная цилиндрическая боковая стенка плунжера уплотнена относительно охватывающей его внутренней цилиндрической стенки гидроцилиндра посредством кольцевого уплотнения, при этом между внутренним объемом части гидроцилиндра ниже плунжера и кольцевым объемом, образованным между наружной частью гидроцилиндра и внутренней частью корпуса гидропривода, а также между насосной камерой и управляющей камерой образованы полости, заполненные буферной жидкостью с образованием гидрозатвора, причем сообщенные между собой рабочая камера, управляющая камера и перепускной канал заполнены приводной жидкостью.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the pump deep installation contains a submersible hydraulic drive pump with a housing and a receiving chamber, at the inlet of which a suction valve is installed, and at the outlet there is a discharge valve communicated from the discharge side with the pipe string, and a hydraulic actuator moreover, in the receiving chamber located in the lower part of the hydraulic drive pump housing, a partition is installed for dividing it into a pump chamber with discharge and suction valves and a control chamber , the hydraulic actuator is equipped with a cylindrical cylinder located above the receiving chamber, formed fixedly relative to the hydraulic actuator body upside down, the working chamber of the hydraulic cylinder is communicated via a bypass channel with a control chamber, the hydraulic cylinder plunger is mounted for axial movement by means of a rigid rod connected to the rod string, and the outer cylindrical the side wall of the plunger is sealed relative to the inner cylindrical wall of the hydraulic cylinder enclosing it the core by means of an annular seal, while between the inner volume of the hydraulic cylinder part below the plunger and the annular volume formed between the outer part of the hydraulic cylinder and the inner part of the hydraulic actuator housing, as well as between the pump chamber and the control chamber, cavities filled with a buffer liquid are formed with the formation of a hydraulic lock, moreover, communicated between a working chamber, a control chamber and a bypass channel are filled with a drive fluid.

Плунжер может быть выполнен с осевым отверстием, а перепускной канал в виде неподвижной трубки, пропущенной через осевое отверстие плунжера, а зазор между осевым отверстием и перепускным каналом уплотнен.The plunger can be made with an axial hole, and the bypass channel in the form of a fixed tube passed through the axial hole of the plunger, and the gap between the axial hole and the bypass channel is sealed.

Перепускной канал может быть выполнен в виде трубки, подключенной одним концом к гидроцилиндру в верхней его части, а другим концом к управляющей камере приемной камеры, при этом трубка пропущена снаружи корпуса гидропривода.The bypass channel can be made in the form of a tube connected at one end to the hydraulic cylinder in its upper part, and the other end to the control chamber of the receiving chamber, while the tube is passed outside the hydraulic actuator housing.

В качестве буферной жидкости может быть использована ртуть, а также жидкость или гель, не смешивающиеся с приводной и откачиваемой жидкостями, например минеральное масло.Mercury may be used as the buffer liquid, as well as a liquid or gel that is not miscible with the drive and pumped liquids, such as mineral oil.

Выполнение приемной камеры гидроприводного насоса в виде двух камер - насосной и управляющей, разделенных в нижней части гидрозатвором, заполненным буферной жидкостью, в частности ртутью, позволяет перекачивать сильно загрязненные жидкости с большим содержанием твердых частиц и агрессивные среды. Наличие в гидрозатворе несмешиваемой с откачиваемой и приводной жидкостями ртути с большим удельным весом исключает попадание откачиваемой жидкости и ее ингредиентов, включая металлические частицы, из насосной камеры в буферную жидкость, а следовательно, и в приводную жидкость, и наоборот. Установка позволяет работать с высоковязкими нефтями, что расширяет возможности использования парка станков-качалок. Установка может работать при меньшем поступлении откачиваемой жидкости, чем производительность гидроприводного насоса, вплоть до полного отсутствия откачиваемой жидкости и работы гидроприводного насоса «всухую» без его повреждений и перегрева. При потере буферной жидкости гидроприводной насос продолжит работу в режиме обычного плунжерного насоса. Вышеперечисленные преимущества предлагаемого насоса позволяют намного увеличить надежность и межремонтный период насоса, а также расширяет диапазон перекачиваемых жидкостей.The receiving chamber of the hydraulic drive pump in the form of two chambers - the pumping chamber and the control chamber, separated in the lower part by a hydraulic lock filled with a buffer liquid, in particular mercury, allows pumping heavily contaminated liquids with a high solids content and aggressive media. The presence of a high specific gravity immiscible with pumpable and drive fluids in the hydraulic lock eliminates the ingress of the pumped liquid and its ingredients, including metal particles, from the pump chamber into the buffer liquid, and therefore into the drive liquid, and vice versa. The installation allows you to work with highly viscous oils, which expands the possibilities of using the fleet of pumping units. The installation can operate with a lower intake of pumped liquid than the performance of the hydraulic drive pump, up to the complete absence of the pumped liquid and the hydraulic drive pump running “dry” without damage and overheating. If the buffer fluid is lost, the hydraulic drive pump will continue to operate as a regular plunger pump. The above advantages of the proposed pump can significantly increase the reliability and overhaul period of the pump, and also extends the range of pumped fluids.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез установки с перепускным каналом, расположенным по оси плунжера.Figure 1 schematically shows a longitudinal section of the installation with a bypass channel located along the axis of the plunger.

На фиг.2 схематически представлен продольный разрез установки с перепускным каналом, расположенным снаружи корпуса гидропривода.Figure 2 schematically shows a longitudinal section of the installation with a bypass channel located outside the housing of the hydraulic actuator.

Насосная глубинная установка содержит погружной гидроприводной насос 1 с корпусом 2 и приемной камерой 3, на входе которой установлен всасывающий клапан 4, а на выходе - нагнетательный клапан 5, сообщенный со стороны нагнетания с колонной труб 6, и гидропривод 7. В приемной камере 3, расположенной в нижней части корпуса 2 гидроприводного насоса 1, установлена перегородка 8 для разделения ее на насосную камеру 9 и управляющую камеру 10. Всасывающий клапан 4 установлен на входе в насосную камеру 9 под нагнетательным клапаном 5, установленном на выходе из насосной камеры 9. Гидропривод 7 снабжен расположенным над приемной камерой 3 гидроцилиндром 11, выполненным в виде установленного неподвижно относительно корпуса 12 гидропривода 7 вверх дном цилиндрического стакана, рабочая камера 13 гидроцилиндра 11 сообщена посредством перепускного канала 14 с управляющей камерой 10. Плунжер 15 гидроцилиндра 11 установлен с возможностью осевого перемещения посредством жесткой тяги 16, соединенной с колонной штанг 17. Наружная цилиндрическая боковая стенка плунжера 15 уплотнена относительно охватывающей его внутренней цилиндрической стенки гидроцилиндра 11 посредством кольцевого уплотнения 18, при этом между внутренним объемом части гидроцилиндра 11 ниже плунжера 15 и кольцевым объемом, образованным между наружной частью гидроцилиндра 11 и внутренней частью корпуса 12 гидропривода 7, а также между насосной камерой 9 и управляющей камерой 10 образованы полости, заполненные буферной жидкостью 19 с образованием гидрозатвора, при этом сообщенные между собой рабочая камера 13, управляющая камера 10 и перепускной канал 14 заполнены приводной жидкостью 20.The downhole pump installation contains a submersible hydraulic drive pump 1 with a housing 2 and a receiving chamber 3, at the inlet of which a suction valve 4 is installed, and at the outlet there is a discharge valve 5, communicated from the discharge side with a pipe string 6, and a hydraulic actuator 7. In the receiving chamber 3, located in the lower part of the housing 2 of the hydraulic drive pump 1, a partition 8 is installed to separate it into a pump chamber 9 and a control chamber 10. A suction valve 4 is installed at the inlet to the pump chamber 9 under the discharge valve 5 installed at the outlet from the pump chamber 9. The hydraulic actuator 7 is equipped with a hydraulic cylinder 11 located above the receiving chamber 3, made in the form of a cylindrical cup mounted motionlessly relative to the housing 12 of the hydraulic actuator 7, the working chamber 13 of the hydraulic cylinder 11 is communicated via the bypass channel 14 with the control chamber 10. The plunger 15 of the hydraulic cylinder 11 installed with the possibility of axial movement by means of a rigid rod 16 connected to the column of rods 17. The outer cylindrical side wall of the plunger 15 is sealed relative to its surrounding about the inner cylindrical wall of the hydraulic cylinder 11 by means of an annular seal 18, while between the inner volume of the part of the hydraulic cylinder 11 below the plunger 15 and the annular volume formed between the outer part of the hydraulic cylinder 11 and the inner part of the housing 12 of the hydraulic actuator 7, as well as between the pump chamber 9 and the control chamber 10 cavities are formed filled with a buffer liquid 19 with the formation of a water seal, while the working chamber 13, the control chamber 10 and the bypass channel 14 are interconnected with each other and filled with a drive fluid 20 .

Плунжер 15 может быть выполнен (см. фиг.1) с осевым отверстием 21, а перепускной канал 14 выполнен в виде неподвижной трубки, пропущенной через осевое отверстие 21 плунжера 15, а зазор между осевым отверстием 21 и перепускным каналом 14 уплотнен, либо (см. фиг.2) перепускной канал 14 может быть выполнен в виде трубки, подключенной одним концом к гидроцилиндру 11 в верхней его части, а другим концом к управляющей камере 10 приемной камеры 3, при этом трубка пропущена снаружи корпуса 12 гидропривода 7.The plunger 15 can be made (see figure 1) with an axial hole 21, and the bypass channel 14 is made in the form of a stationary tube passed through the axial hole 21 of the plunger 15, and the gap between the axial hole 21 and the bypass channel 14 is sealed, or (see Fig. 2) the bypass channel 14 can be made in the form of a tube connected at one end to the hydraulic cylinder 11 in its upper part, and the other end to the control chamber 10 of the receiving chamber 3, while the tube is passed outside the housing 12 of the hydraulic actuator 7.

В качестве буферной жидкости 19 может быть использована ртуть, а также жидкость или гель, не смешивающиеся с приводной и откачиваемой жидкостями, например минеральное масло.As the buffer liquid 19, mercury can be used, as well as a liquid or gel that is not miscible with the drive and pumped liquids, for example mineral oil.

Насосная глубинная установка работает следующим образом.Pump deep installation works as follows.

В начале всасывания откачиваемой жидкости из скважины (не показана) в управляющей камере 10 находится максимальный объем приводной жидкости 20, неизменный объем буферной жидкости 19 и минимальный объем откачиваемой жидкости. По мере перемещения колонны штанг 17 вниз вместе с жесткой тягой 16 и плунжером 15 увеличивается объем рабочей камеры 13 гидроцилиндра 11, что ведет к уменьшению объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 и начинается падение давления в насосной камере 9, что приводит к открытию всасывающего клапана 4, через который откачиваемая жидкость начинает поступать в насосную камеру 9 из скважины. При достижении заданного минимального объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 приемной камеры 3 и заполнении откачиваемой жидкостью насосной камеры 9 начинается процесс нагнетания.At the beginning of the suction of the pumped liquid from the well (not shown) in the control chamber 10 is the maximum volume of the drive fluid 20, the constant volume of the buffer fluid 19 and the minimum volume of the pumped liquid. As the rod string 17 moves down together with the rigid rod 16 and the plunger 15, the volume of the working chamber 13 of the hydraulic cylinder 11 increases, which leads to a decrease in the volume of the drive fluid 20 in the control chamber 10 and the pressure drop in the pump chamber 9 begins, which leads to the opening of the suction valve 4, through which the pumped liquid begins to flow into the pump chamber 9 from the well. Upon reaching the specified minimum volume of the drive fluid 20 in the control chamber 10 of the receiving chamber 3 and filling the pump chamber 9 with pumped liquid, the pumping process begins.

При нагнетании создаваемым движением колонны штанг вверх вместе с жесткой тягой 16 и плунжером 15 начинается выдавливание приводной жидкости 20 из рабочей камеры 13 через перепускной канал 14 в управляющую камеру 10, что приводит к увеличению давления в управляющей камере 10, и приводная жидкость 20 давит на буферную жидкость 19 в приемной камере 3, а буферная жидкость 19, в свою очередь, давит на откачиваемую жидкость в насосной камере 9, что приводит к закрытию всасывающего клапана 4 и открытию нагнетательного клапана 5. Как результат, откачиваемая жидкость из насосной камеры 9 через нагнетательный клапан 5 поступает в колонну труб 6 и далее по последней из скважины на поверхность к потребителю откачиваемой из скважины жидкости. При достижении заданного максимального объема приводной жидкости 20 в управляющей камере 10 процесс нагнетания заканчивается и начинается следующий цикл всасывания откачиваемой жидкости из скважины, аналогичный описанному выше.When the rod moves upwards with the rigid rod 16 and the plunger 15 by the created movement of the rod, the drive fluid 20 is extruded from the working chamber 13 through the bypass channel 14 into the control chamber 10, which leads to an increase in pressure in the control chamber 10, and the drive fluid 20 presses on the buffer liquid 19 in the receiving chamber 3, and the buffer liquid 19, in turn, presses on the pumped liquid in the pump chamber 9, which leads to the closure of the suction valve 4 and the opening of the discharge valve 5. As a result, the pumped liquid the fluid from the pump chamber 9 through the discharge valve 5 enters the pipe string 6 and then along the last from the well to the surface to the consumer of the fluid pumped from the well. Upon reaching the specified maximum volume of the drive fluid 20 in the control chamber 10, the pumping process ends and the next cycle of suction of the pumped fluid from the well begins, similar to that described above.

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. A downhole pump installation comprising a submersible hydraulic actuator pump with a housing and a receiving chamber, at the inlet of which a suction valve is installed, and at the outlet there is a discharge valve communicated from the discharge side with a pipe string, and a hydraulic actuator, characterized in that in the receiving chamber located in the lower part of the hydraulic drive pump housing, a partition is installed to separate it into a pump chamber with discharge and suction valves and a control chamber, the hydraulic drive is equipped with a hydraulic a cylinder formed by a cylindrical cup fixedly mounted relative to the hydraulic housing upside down, the working chamber of the hydraulic cylinder is communicated via a bypass channel with a control chamber, the hydraulic cylinder plunger is mounted for axial movement by means of a rigid rod connected to the rod string, and the outer cylindrical side wall of the plunger is sealed relative to its covering the inner cylindrical wall of the hydraulic cylinder by means of an annular seal, while between the volume of the hydraulic cylinder part below the plunger and the annular volume formed between the external part of the hydraulic cylinder and the internal part of the hydraulic actuator body, as well as between the pump chamber and the control chamber, cavities are formed filled with a buffer liquid with the formation of a hydraulic shutter, the working chamber, control chamber and bypass connected to each other; the channel is filled with drive fluid.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the plunger is made with an axial hole, and the bypass channel is made in the form of a fixed tube passed through the axial hole of the plunger, and the gap between the axial hole and the bypass channel is sealed.

3. The installation according to claim 1, characterized in that the bypass channel is made in the form of a tube connected at one end to a hydraulic cylinder in its upper part and to the control chamber of the receiving chamber at the other end, with the tube missing from the outside of the hydraulic actuator housing.

4. Installation according to claim 1, characterized in that mercury is used as a buffer liquid.

5. Installation according to claim 1, characterized in that a liquid or gel which is not miscible with the drive and pumped liquids is used as the buffer liquid.