RU239404U1

RU239404U1 - Low-flow pumping unit for oil production

Info

Publication number: RU239404U1
Application number: RU2025103959U
Authority: RU
Inventors: Али Тельман оглы Нагиев
Original assignee: Али Тельман оглы Нагиев
Filing date: 2025-02-18
Publication date: 2025-12-02

Abstract

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроения и может быть использована в составе погружной установки, предназначенной для откачки пластовой жидкости из нефтегазодобывающих скважин, и позволяет увеличить напор и повысить эксплуатационную надежность насосной установки для ее эксплуатации в боковых стволах малодебитных скважин за счет применения полнотелых поршней с двумя поверхностями скольжения, у которых длина хода превышает их диаметр, а также снизить силы трения в механическом генераторе возвратно-поступательного движения за счет применения радиально-упорного подшипника. Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является увеличение напора и повышение эксплуатационной надежности насосной установки для ее эксплуатации в боковых стволах малодебитных скважин. Указанный технический результат достигается за счет применения в малодебитной насосной установке для добычи нефти аксиально-поршневого насоса механического генератора возвратно-поступательного движения, состоящего из установленного на вал под фиксированным углом радиально-упорного подшипника, блока рабочих цилиндров, представленных уплотненными гофрированными манжетами полнотелых поршней, имеющих две поверхности скольжения и находящихся в съемных гильзах на глубине, кратно превышающей их диаметр и длину хода. Каждый рабочий цилиндр сообщается в своей верхней части с отдельным всасывающим и нагнетательным клапаном. Полость корпуса аксиально-поршневого насоса заполнена гидравлическим маслом, избыточное давление которого компенсируется через диафрагму и газоотводный клапан, при этом вал в нижней части оснащен торцевым уплотнением, а приемные отверстия аксиально-поршневого насоса закрыты щелевым экраном, выполненным из профиля треугольной формы. This utility model relates to petroleum engineering and can be used as part of a submersible pumping unit designed for pumping formation fluid from oil and gas production wells. It increases the pumping pressure and improves the pumping unit's operational reliability for use in the sidetracks of low-yield wells by using solid pistons with two sliding surfaces, the stroke length of which exceeds their diameter, and reduces friction in the mechanical reciprocating motion generator by using a radial thrust bearing. The claimed utility model aims to increase the pumping pressure and improve the operational reliability of the pumping unit for use in the sidetracks of low-yield wells. This technical result is achieved through the use of an axial piston pump with a mechanical reciprocating motion generator in a low-flow oil production pumping unit. The pump consists of a radial thrust bearing mounted on a shaft at a fixed angle, a block of working cylinders consisting of sealed corrugated seals of solid pistons with two sliding surfaces and located in removable sleeves at a depth multiple of their diameter and stroke length. Each working cylinder communicates at its upper section with a separate suction and discharge valve. The axial piston pump housing is filled with hydraulic oil, the excess pressure of which is compensated for through a diaphragm and a gas bleed valve. The shaft is equipped with a mechanical seal at the bottom, and the inlet openings of the axial piston pump are closed by a slotted screen made of a triangular profile.

Description

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроения и может быть использована в составе погружной установки, предназначенной для откачки пластовой жидкости из нефтегазодобывающих скважин.The utility model relates to the field of petroleum engineering and can be used as part of a submersible installation designed for pumping formation fluid from oil and gas wells.

Известна бесштанговая насосная установка для добычи нефти, содержащая аксиально-поршневой насос с корпусом и размещенными в нем клапанно-распределительной системой, приводным валом и установленными вокруг приводного вала в рабочих цилиндрах плунжерами [Патент GB №1195146, кл. F04B 9/08, опубл. 17.06.1970]. Недостатками насосной установки является сложная конструкция клапанно-распределительной системы, что приводит к снижению его надежности.A rodless pumping unit for oil production is known, comprising an axial piston pump with a housing and a valve-distribution system located therein, a drive shaft and plungers installed around the drive shaft in the working cylinders [Patent GB No. 1195146, class F04B 9/08, published 17.06.1970]. The disadvantages of the pumping unit include the complex design of the valve-distribution system, which leads to a decrease in its reliability.

Также известна бесштанговая насосная установка для добычи нефти, содержащая подвешенный на колонне насосных труб аксиально-поршневой насос и расположенный над последним привод вращения вала аксиально-поршневого насоса, причем последний снабжен корпусом, в котором образованы рабочие камеры, в каждой из которых расположен подпружиненный относительно корпуса и установленный с приводом возвратно-поступательного осевого перемещения от наклонной шайбы плунжер, каждая из рабочих камер сообщена со стороны входа в нее перекачиваемой среды с всасывающим и со стороны выхода из нее перекачиваемой среды - с нагнетательным клапаном, оба клапана без пружин распложены в корпусе насоса, между наклонной шайбой и рабочими камерами установлена поперечная перегородка, в которой расположены уплотненные относительно нее толкатели, установленные между наклонной шайбой и каждым из плунжеров с упором одним концом в наклонную шайбу и другим концом в плунжеры, а наклонная шайба установлена в корпусе и соединена с валом аксиально-поршневого насоса, причем полость, где размещена наклонная шайба с подшипниковыми узлами, заполнена маслом [Патент CN №202031821, кл. F04B 47/00, опубл. 09.11.2011]. Недостатком насосной установки является подшипниковый узел, в который может попадать перекачиваемая жидкость, а сама конструкция насоса очень сложная и ненадежная в работе.Also known is a rodless pumping unit for oil production, containing an axial piston pump suspended on a column of pump pipes and a drive for rotating the shaft of the axial piston pump located above the latter, wherein the latter is provided with a housing in which working chambers are formed, in each of which a plunger is located, spring-loaded relative to the housing and mounted with a drive for reciprocating axial movement from an inclined plate, each of the working chambers is connected from the side of the inlet of the pumped medium to a suction valve and from the side of the outlet of the pumped medium from it - with a discharge valve, both valves without springs are located in the pump housing, between the inclined plate and the working chambers a transverse partition is installed in which pushers are located, sealed relative to it, installed between the inclined plate and each of the plungers with an abutment with one end in the inclined plate and the other end in the plungers, and the inclined plate is installed in the housing and connected to the shaft of the axial piston pump, and the cavity where the swash plate with bearing assemblies is located is filled with oil [Patent CN No. 202031821, class F04B 47/00, published 09.11.2011]. The disadvantage of the pumping unit is the bearing assembly, into which the pumped liquid can get, and the pump design itself is very complex and unreliable in operation.

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является бесштанговая насосная установка для добычи нефти, содержащая подвешенный на колонне насосных труб аксиально-поршневой насос и привод вращения вала аксиально-поршневого насоса, причем последний снабжен корпусом, в котором образованы рабочие камеры, в каждой из которых расположен подпружиненный относительно корпуса и установленный с приводом возвратно-поступательного осевого перемещения от наклонной шайбы плунжер, каждая из рабочих камер сообщена со стороны входа в нее перекачиваемой среды с всасывающим и со стороны выхода из нее перекачиваемой среды - с нагнетательным клапаном, а наклонная шайба установлена в корпусе и соединена с валом аксиально-поршневого насоса, между наклонной шайбой и рабочими камерами расположена поперечная перегородка, в которой расположены уплотненные относительно нее толкатели, установленные между наклонной шайбой и каждым из плунжеров с упором одним концом в наклонную шайбу и другим концом в плунжеры, электродвигатель, используемый в качестве привода вращения вала, установлен ниже аксиально-поршневого насоса, корпус в верхней части выполнен с переводником для соединения с колонной насосных труб, в переводнике установлено сливное устройство с разрывной мембраной, корпус снабжен фильтром, выполненным в виде сквозных отверстий в стенке корпуса под плунжерами, плунжеры выполнены полыми, всасывающий клапан расположен в каждом плунжере в нижней его части, нагнетательный клапан расположен над каждым плунжером в корпусе, выход из каждого нагнетательного клапана сообщен с переводником, между аксиально-поршневым насосом и электродвигателем установлен компенсатор расширения масла, а полость последнего и сообщенные с ней полость корпуса аксиально-поршневого насоса ниже поперечной перегородки и полость электродвигателя заполнены маслом [Патент RU №158650 РФ, кл. F04B 47/06, опубл. 20.01.2016]. Недостатками насосной установки является короткая длина хода полых плунжеров по отношению к их диаметру, связанная с расположением внутри них всасывающих клапанов, а также высокие потери на трение при использовании привода возвратно-поступательного осевого перемещения от наклонной шайбы, что не позволяет насосной установке развить высокий напор, необходимый для эксплуатации скважин с глубиной более 2500 км, например, в боковых стволах малодебитных скважин. Кроме того, объемы аксиально-поршневого насоса и электродвигателя сообщаются вместе, что приводит к быстрому механическому износу и старению масла, снижению его диэлектрической прочности и сокращению срока службы бесштанговой насосной установки для добычи нефти.The closest to the utility model in its technical essence and the achieved result is a rodless pumping unit for oil production, containing an axial piston pump suspended on a column of pump pipes and a drive for rotating the shaft of the axial piston pump, wherein the latter is provided with a housing in which working chambers are formed, in each of which a plunger is located, spring-loaded relative to the housing and mounted with a drive for reciprocating axial movement from an inclined plate, each of the working chambers is connected from the side of the inlet of the pumped medium into it with a suction valve and from the side of the outlet of the pumped medium from it - with a discharge valve, and the inclined plate is installed in the housing and connected to the shaft of the axial piston pump, between the inclined plate and the working chambers there is a transverse partition in which pushers are located, sealed relative to it, installed between the inclined plate and each of the plungers with one end resting on the inclined plate and the other end in plungers, an electric motor used as a drive for rotating the shaft is installed below the axial piston pump, the casing in the upper part is made with a sub-assembly for connection with a column of pump pipes, a drain device with a rupture membrane is installed in the sub-assembly, the casing is equipped with a filter made in the form of through holes in the wall of the casing under the plungers, the plungers are made hollow, a suction valve is located in each plunger in its lower part, a discharge valve is located above each plunger in the casing, the outlet from each discharge valve is in communication with the sub-assembly, an oil expansion compensator is installed between the axial piston pump and the electric motor, and the cavity of the latter and the cavity of the axial piston pump casing below the transverse partition and the cavity of the electric motor, communicated with it, are filled with oil [Patent RU No. 158650 RF, cl. F04B 47/06, publ. [January 20, 2016]. The pumping unit's shortcomings include the short stroke length of the hollow plungers relative to their diameter, due to the location of the suction valves within them, as well as high friction losses when using a swashplate-driven reciprocating axial movement. This prevents the pumping unit from developing the high pressure required for wells deeper than 2,500 km, such as in the sidetracks of marginal wells. Furthermore, the volumes of the axial piston pump and electric motor are combined, leading to rapid mechanical wear and aging of the oil, reducing its dielectric strength, and shortening the service life of the rodless pumping unit for oil production.

Техническим результатом, на решение которого направлена заявленная полезная модель, является увеличение напора для ее эксплуатации в боковых стволах малодебитных скважин.The technical result, which the claimed utility model is aimed at solving, is an increase in pressure for its operation in the sidetracks of low-yield wells.

Технический результат - увеличение напора.The technical result is an increase in pressure.

Технический результат достигается в создании малодебитной насосной установки для добычи нефти, конструкция которой включает привод вращения вала, оснащенный механическим генератором возвратно-поступательного движения, состоящий из установленного на вал под фиксированным углом радиально-упорного подшипника, блока рабочих цилиндров, представленных уплотненными гофрированными манжетами полнотелых поршней, имеющих две поверхности скольжения и находящихся в съемных гильзах на глубине, кратно превышающей их диаметр и длину хода. При этом каждый рабочий цилиндр сообщается в своей верхней части с отдельным всасывающим и нагнетательным клапанами. Полость корпуса аксиально-поршневого насоса заполнена гидравлическим маслом, избыточное давление которого компенсируется через диафрагму и газоотводный клапан, при этом вал в нижней части оснащен торцевым уплотнением. Приемные отверстия аксиально-поршневого насоса закрыты щелевым экраном, выполненным из профиля треугольной формы.The technical result is achieved in the creation of a low-flow pumping unit for oil production, the design of which includes a shaft drive equipped with a mechanical reciprocating motion generator. The drive consists of a radial thrust bearing mounted on the shaft at a fixed angle. A block of working cylinders, consisting of sealed corrugated cuffs of solid pistons with two sliding surfaces and located in removable sleeves at a depth multiple of their diameter and stroke length, is also included. Each working cylinder communicates at its upper section with separate suction and discharge valves. The axial piston pump housing is filled with hydraulic oil, the excess pressure of which is compensated for through a diaphragm and a gas bleed valve. The shaft is equipped with a mechanical seal at the bottom. The inlet openings of the axial piston pump are closed by a slotted screen made of a triangular profile.

Полезная модель поясняется чертежом, на которой изображена схема малодебитной установки для добычи нефти.The utility model is illustrated by a drawing, which depicts a diagram of a low-flow installation for oil production.

Малодебитная насосная установка для добычи нефти содержит аксиально-поршневой насос, который подвешен на колонне насосно-компрессорных труб. Привод для вращения вала аксиально-поршневого насоса оснащен механическим генератором возвратно-поступательного движения. Генератор имеет блок цилиндров 1 со съемными гильзами 4. В каждой гильзе 4 расположен и перемещается поршень 3, выталкиваемый из блока цилиндров 1 пружиной сжатия 2. Каждый из цилиндров сообщается в своей верхней части с отдельным всасывающим 5 и нагнетательным 6 клапанами. Поршни 3 выполнены полнотелыми, с двумя поверхностями скольжения. Одна сторона каждого поршня 3 находится в съемной гильзе 4 на глубине, кратно превышающей его диаметр и длину хода. Это обеспечивает необходимый напор за счет большей протяженности кольцевого зазора, образованного поршнем 3 и гильзой 4. Вторая сторона каждого поршня 3 проходит через отверстие в тангенциально расположенной перегородке 10 в корпусе 20 механического генератора волновых колебаний и уплотнена в ней гофрированной манжетой 11. Своим основанием поршень 3 опирается на внешнюю обойму радиально-упорного подшипника 8, установленного на вал 9 под фиксированным углом. Вал 9 в верхней и нижней части закреплен в радиальных подшипниках 7 в тангенциальной перегородке 10 и основании 18, а также в своей промежуточной части в радиально-упорном подшипнике 8, установленном в корпусе среднем 19. Нижний конец вала 9 проходит через внутренний диаметр диафрагмы 13 для компенсации теплового расширения масла, избыточное давление которого отводится через газоотводный клапан 12. В основании 18 на нижней части вала 9 установлено торцевое уплотнение 14, защищающее внутренний объем диафрагмы 13 от проникновения внешней среды. Полость диафрагмы 13 и сообщенные с ней полость корпуса аксиально-поршневого насоса ниже тангенциальной перегородки 10 и выше торцевого уплотнения 14 заполнены гидравлическим маслом. В верхней части аксиально-поршневого насоса выполнена ловильная головка 16 с внутренней резьбой для насосно-компрессорных труб, соединенная через корпус внутренний 15 с блоком цилиндров 1. Приемные отверстия аксиально-поршневого насоса закрыты щелевым экраном 17, выполненным из профиля треугольной формы. Ниже аксиально-поршневого насоса устанавливается радиальная гидрозащита (ГЗ) и погружной электродвигатель (ПЭД), используемые в качестве привода вращения вала. Внутренняя полость этих устройств заполнена электроизоляционным маслом.A low-flow oil production pumping unit comprises an axial piston pump suspended on a tubing string. The drive for rotating the axial piston pump shaft is equipped with a mechanical reciprocating generator. The generator has a cylinder block 1 with removable sleeves 4. A piston 3, pushed out of the cylinder block 1 by a compression spring 2, is located and moves within each sleeve 4. Each cylinder communicates at its upper section with a separate suction valve 5 and discharge valve 6. Pistons 3 are solid, with two sliding surfaces. One side of each piston 3 is located in a removable sleeve 4 at a depth multiple of its diameter and stroke length. This ensures the required pressure due to the greater length of the annular gap formed by the piston 3 and the sleeve 4. The second side of each piston 3 passes through an opening in the tangentially located partition 10 in the housing 20 of the mechanical wave oscillation generator and is sealed in it by a corrugated cuff 11. The base of the piston 3 rests on the outer race of the radial thrust bearing 8, mounted on the shaft 9 at a fixed angle. The shaft 9 is secured in its upper and lower parts in radial bearings 7 in the tangential partition 10 and base 18, and also in its intermediate part in the radial thrust bearing 8 installed in the middle housing 19. The lower end of the shaft 9 passes through the inner diameter of the diaphragm 13 to compensate for the thermal expansion of the oil, the excess pressure of which is discharged through the gas bleed valve 12. In the base 18, on the lower part of the shaft 9, an end seal 14 is installed, protecting the internal volume of the diaphragm 13 from the penetration of the external environment. The cavity of the diaphragm 13 and the cavity of the axial piston pump housing communicated with it below the tangential partition 10 and above the end seal 14 are filled with hydraulic oil. The upper portion of the axial piston pump contains a fishing head 16 with internal threads for tubing, connected through an inner casing 15 to the cylinder block 1. The inlet openings of the axial piston pump are covered by a slotted screen 17 made of a triangular profile. Below the axial piston pump, a radial hydraulic protection (RHP) and a submersible electric motor (SEM) are installed, used to drive the shaft. The internal cavity of these devices is filled with electrical insulating oil.

Малодебитная насосная установка для добычи нефти работает следующим образом.A low-flow pumping unit for oil production operates as follows.

Крутящий момент от привода вращения аксиально-поршневого насоса передается валу 9, что приводит к волновым колебаниям радиально-упорного подшипника 8, в который своей торцевой частью опираются полнотелые поршни 3, при этом последние, преодолевая усилие пружин сжатия 2, совершают в съемных гильзах 4 циклические возвратно-поступательные перемещения, обеспечивая изменение объема рабочих цилиндров и попеременное поступление через щелевой экран 17 и клапаны всасывающие 5 продукции нефтегазодобывающей скважины, и дальнейшую ее подачу поочередно через клапаны нагнетательные 6, а затем через корпус внутренний 15 и ловильную головку 16 поступление в колонну насосно-компрессорных труб и на поверхность. Торцевое уплотнение 14 и гофрированные манжеты 11 обеспечивают герметичность внутренней полости механического генератора возвратно-поступательного движения, а диафрагма 13 и газоотводный клапан 12 позволяют компенсировать избыточное давление масла, возникающее при спуске насосной установки в скважину, а также при его нагреве в ходе длительной эксплуатации.The torque from the rotation drive of the axial piston pump is transmitted to the shaft 9, which leads to wave vibrations of the radial-thrust bearing 8, in which the solid pistons 3 rest with their end part, wherein the latter, overcoming the force of the compression springs 2, perform cyclic reciprocating movements in the removable sleeves 4, providing a change in the volume of the working cylinders and an alternate supply through the slotted screen 17 and the suction valves 5 of the products of the oil and gas producing well, and its further supply alternately through the discharge valves 6, and then through the inner casing 15 and the fishing head 16 supply to the column of tubing and to the surface. The mechanical seal 14 and corrugated cuffs 11 ensure the tightness of the internal cavity of the mechanical reciprocating motion generator, and the diaphragm 13 and gas bleed valve 12 make it possible to compensate for excess oil pressure that occurs when lowering the pumping unit into the well, as well as when it heats up during long-term operation.

Таким образом, достигается увеличение напора и обеспечивается повышение эксплуатационной надежности насосной установки для ее эксплуатации в боковых стволах малодебитных скважин.This results in an increase in pressure and enhancement of the operational reliability of the pumping unit for its use in the sidetracks of low-flow wells.

Claims

A low-flow oil production unit comprising an axial piston pump with a shaft rotation drive consisting of radial hydraulic protection and a submersible electric motor filled with electrically insulating oil, wherein the shaft rotation drive is equipped with a mechanical reciprocating motion generator consisting of a block of working cylinders, pistons, suction and discharge valves, characterized in that the shaft rotation drive is equipped with a mechanical reciprocating motion generator consisting of a radial thrust bearing mounted on the shaft at a fixed angle, a block of working cylinders represented by sealed corrugated cuffs of solid pistons having two sliding surfaces and located in removable sleeves at a depth multiple of their diameter and stroke length, wherein each working cylinder communicates in its upper part with separate suction and discharge valves, and the cavity of the axial piston pump housing is filled with hydraulic oil, the excess pressure of which is compensated through a diaphragm and a gas bleed valve, while the shaft in the lower part is equipped with an end seal, and the inlet openings of the axial piston pump are closed by a slotted screen made of a triangular profile.