RU2472968C1

RU2472968C1 - Downhole rod pump

Info

Publication number: RU2472968C1
Application number: RU2011136673/06A
Authority: RU
Inventors: Алексей Евгеньевич Кучурин; Сергей Борисович Бекетов; Виктор Алексеевич Машков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Газтехнология"
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-01-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises cylinder 1 with suction valve 2 and seal 9, hollow plunger 3 with pressure valve 5. Said composite hollow plunger 3 consists of several sections jointed with pressure valves 5. Axial channel of every section is continuously communicated via opening with cylinder axial bore.

EFFECT: ball smooth seating on seats of second and next section.

2 dwg

Description

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения в установках глубинных штанговых насосов для повышения надежности работы и увеличения их рабочего ресурса.The device is intended for use in the field of hydraulic engineering in the installations of deep-well sucker-rod pumps to increase the reliability of operation and increase their working life.

Известна конструкция штангового насоса, в которой применен один всасывающий и один нагнетательный клапаны, с целью увеличения ресурса работы насоса (Бухаленко Е.И., Вершковой В.В., Джафаров Ш.Т. О. и др. Нефтепромысловое оборудование (справочник). М.: Недра, 1990, с.77-84).A known design of a sucker rod pump, in which one suction and one discharge valves are used, in order to increase the service life of the pump (Bukhalenko E.I., Vershkova V.V., Dzhafarov Sh.T.O. and other Oilfield equipment (reference). M .: Nedra, 1990, p. 77-84).

Однако при работе штанговых насосов и различных габаритах всасывающего и нагнетательного клапанов (шар, седло) ресурсы работы последних отличаются друг от друга, то есть всасывающий клапан изнашивается, как показывает практика, в два раза быстрее, чем нагнетательный, что в целом снижает ресурс работы всего штангового насоса.However, during operation of sucker rod pumps and various dimensions of the suction and discharge valves (ball, seat), the working resources of the latter are different from each other, that is, the suction valve wears out, as practice shows, two times faster than the discharge valve, which generally reduces the life of the whole sucker rod pump.

Однако механизм работы всасывающих клапанов в режиме открытия-закрытия не способствует увеличению ресурса работы, поскольку при нагревании жидкости и посадке, примем условно, верхнего и нижнего клапанов на седла, имеет место неравномерный режим работы. А именно, между нижним и верхним клапанами существует разделение гидростатического перепада давлений со снижением удельных нагрузок на контакте шар-седло и с сохранением эрозионного износа клапанных пар при протекании пластовой жидкости через щель между шарами и седлами. Тем самым в работе (Писарик М.Н. Проблемы повышения эффективности добычи нефти на основе комплексного исследования гидравлики и работоспособности скважинных штанговых насосов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Ивано-Франковский институт нефти и газа. Ивано-Франковск, 1992, с.14; Абрамов Е.А., Колесниченко К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода (справочник). Киев: Техника, 1969, с.137-139).However, the mechanism of operation of the suction valves in the opening-closing mode does not contribute to an increase in the service life, since when heating the liquid and landing, let’s assume, the upper and lower valves on the seats, an uneven operation mode takes place. Namely, between the lower and upper valves there is a separation of the hydrostatic pressure drop with a decrease in the specific loads on the ball-seat contact and with the erosion of valve couples remaining when the formation fluid flows through the gap between the balls and seats. Thus, in the work (Pisarik MN Problems of increasing the efficiency of oil production based on a comprehensive study of hydraulics and the efficiency of borehole sucker rod pumps. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Ivano-Frankivsk Institute of Oil and Gas. Ivano-Frankivsk, 1992, p. 14; Abramov E.A., Kolesnichenko K.A., Maslov V.T. Elements of a hydraulic drive (reference book). Kiev: Technique, 1969, p.137-139).

Известен клапанный узел штангового узла между клеткой верхнего клапана, включающего седло и шар, и клеткой нижнего клапана с седлом и шаром. Внутри полого корпуса установлен кольцевой поршень с полым штоком, образующим с ним кольцевую камеру, которая гидравлически связана дросселирующим каналом с осевым каналом штока и дросселирующим каналом в полом корпусе с его внешней поверхностью. В кольцевом поршне телескопически установлена подпружиненная относительно полого корпуса втулка с головкой, связанные между собой тарированным срезным элементом. Между втулкой и полым корпусом образована камера, гидравлически связанная радиальными отверстиями с внутренней полостью устройства. Кольцевые зазоры между полым корпусом, кольцевым поршнем и полым штоком перекрыты уплотнительными кольцами (RU2235903C, 10.09.2004).Known valve assembly of the rod assembly between the upper valve cage, including the seat and ball, and the lower valve cage with the seat and ball. An annular piston is installed inside the hollow body with a hollow rod forming an annular chamber with it, which is hydraulically connected by the throttling channel to the axial channel of the rod and the throttling channel in the hollow body with its outer surface. In the annular piston, a sleeve with a head spring-loaded relative to the hollow body is telescopically mounted, interconnected by a calibrated shear element. A chamber is formed between the sleeve and the hollow body, hydraulically connected by radial holes to the internal cavity of the device. The annular gaps between the hollow body, the annular piston and the hollow stem are covered by O-rings (RU2235903C, 09/10/2004).

Недостатками данного изобретения является сложность конструкции, наличие пружины, что в условиях коррозионно-абразивной среды значительно снижает надежность конструкции. Наличие в откачиваемой жидкости механических и асфальто-смолистых и парафинистых примесей может привести к закупориванию дросселирующих каналов, и как следствие - отказ работоспособности конструкции.The disadvantages of this invention is the design complexity, the presence of a spring, which in a corrosion-abrasive environment significantly reduces the reliability of the structure. The presence in the pumped liquid of mechanical and asphalt-resinous and paraffin impurities can lead to clogging of the throttling channels, and as a result - failure of the design.

Известна конструкция штангового насоса, принятая за прототип.A known design of a sucker rod pump, adopted as a prototype.

Насос содержит цилиндр, снабженный всасывающим клапаном и уплотнительным устройством, полый плунжер с напорным клапаном. Насос снабжен дополнительным уплотнительным устройством. Длина плунжера намного превосходит плунжеры обычных насосов с уплотнением кольцевого зазора за счет его минимизации. Внутренняя полость плунжера над напорным клапаном постоянно гидравлически связана каналом с осевым каналом цилиндрического корпуса (RU2007618C,15.02.1994).The pump contains a cylinder equipped with a suction valve and a sealing device, a hollow plunger with a pressure valve. The pump is equipped with an additional sealing device. The length of the plunger is much greater than the plungers of conventional pumps with a seal of the annular gap due to its minimization. The internal cavity of the plunger above the pressure valve is constantly hydraulically connected by the channel to the axial channel of the cylindrical body (RU2007618C, 02.15.1994).

При работе насоса в режиме подачи пластовой жидкости, в момент перемещения плунжера вверх, происходит закрытие напорного клапана путем посадки шара на седло с упругим взаимодействием с последним и отскоком, что приводит к дополнительным потерям пластовой жидкости и ускоренному износу как шара, так и седла за счет пропуска в этот момент через зазор абразивосодержащей жидкости. В зависимости от глубины установки штангового насоса контактные давления изменяются в большую сторону с глубиной.When the pump is operating in the reservoir fluid supply mode, at the moment the plunger moves upward, the pressure valve closes by seating the ball on the seat with elastic interaction with the latter and rebound, which leads to additional formation fluid loss and accelerated wear of both the ball and the seat due to passing at this moment through the gap of the abrasive fluid. Depending on the depth of installation of the sucker rod pump, the contact pressures change upward with depth.

При использовании шаров большого диаметра и малой площади их контакта с седлом контактные давления могут достигать критических значений.When using balls of large diameter and a small area of their contact with the saddle, contact pressures can reach critical values.

Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности работы скважинного штангового насоса для добычи нефти за счет увеличения ресурса нагнетательных клапанов.The problem to be solved and the expected technical result are to increase the efficiency of the downhole sucker rod pump for oil production by increasing the resource of the pressure valves.

Технический результат достигается тем, что насос содержит цилиндр с всасывающим клапаном и уплотнительным устройством, полый плунжер выполнен сборным из нескольких секций с расположением в месте их соединения напорных клапанов, причем осевой канал каждой секции постоянно гидравлически связан отверстием с осевым каналом цилиндра.The technical result is achieved by the fact that the pump contains a cylinder with a suction valve and a sealing device, the hollow plunger is made of several sections with the pressure valves located at the junction of the valves, and the axial channel of each section is constantly hydraulically connected by an opening to the axial channel of the cylinder.

Конструкция скважинного штангового насоса поясняется чертежами, где на фиг.1 - конструкция насоса в разрезе в исходном положении деталей; на фиг.2 - конструкция устройства в положении подачи пластовой жидкости плунжером.The design of the borehole sucker-rod pump is illustrated by drawings, where in Fig.1 - the design of the pump in the context in the initial position of the parts; figure 2 - design of the device in the position of the supply of reservoir fluid with a plunger.

Предлагаемый скважинный штанговый насос состоит из цилиндра 1 с всасывающим клапаном 2, плунжера 3, установленного в осевом канале 4 цилиндра 1 и выполненного сборным, состоящим из нескольких секций, в месте соединения которых установлены нагнетательные клапаны 5, состоящие из шаров 6 и седел 7.The proposed borehole sucker-rod pump consists of a cylinder 1 with a suction valve 2, a plunger 3, mounted in the axial channel 4 of the cylinder 1 and made prefabricated, consisting of several sections, at the junction of which pressure valves 5 are installed, consisting of balls 6 and seats 7.

Полости плунжера 3 над каждым нагнетательным клапаном 5 постоянно гидравлически связаны отверстиями 8 с внешней средой. Кольцевой зазор между цилиндром 1 и плунжером 3 перекрыт уплотнительным устройством 9. Плунжер 3 связан через колонну насосных штанг 10 с наземным приводом.The cavity of the plunger 3 above each discharge valve 5 is constantly hydraulically connected by openings 8 to the external environment. The annular gap between the cylinder 1 and the plunger 3 is closed by the sealing device 9. The plunger 3 is connected through a column of pump rods 10 with a ground drive.

Работа скважинного насоса.Well pump operation.

На фиг.1 - положение, где плунжер 3 занимает крайнюю нижнюю точку в цилиндре 1. Шары 6 установлены на седлах 7. Полость плунжера 3 над верхним шаровым клапаном 5 постоянно гидравлически связана с полостью цилиндра 1 над местом установки уплотнительного устройства 9.Figure 1 - the position where the plunger 3 occupies the lowest point in the cylinder 1. Balls 6 are mounted on the seats 7. The cavity of the plunger 3 above the upper ball valve 5 is constantly hydraulically connected with the cavity of the cylinder 1 above the installation location of the sealing device 9.

При перемещении плунжера 3 вверх, путем натяжения штанг 10, через уплотнительное устройство 9 проходит его верхняя секция, с входом во взаимодействие последующей секции. При этом все шары 6 находятся на седлах 7, и их посадка не сопровождается динамическими нагрузками.When moving the plunger 3 up, by tensioning the rods 10, the upper section passes through the sealing device 9, with the subsequent section interacting. Moreover, all the balls 6 are on the saddles 7, and their landing is not accompanied by dynamic loads.

При прохождении последующей секции относительно уплотнительного устройства 9 гидростатическое давление воспринимается шаром 6 на седле 7 через канал 8. Шар 6 на седле 7 верхней секции в этом случае выключается от действия гидростатического давления столба пластовой жидкости, в осевом канале труб лифтовой колонны. Аналогично происходит нагружение гидростатическим давлением шара 6 на седле 7 каждой последующей секции плунжера 3 при расположении отверстия 8 над уплотнительным устройством 9.When passing through the subsequent section relative to the sealing device 9, the hydrostatic pressure is perceived by the ball 6 on the saddle 7 through the channel 8. The ball 6 on the saddle 7 of the upper section in this case is turned off by the hydrostatic pressure of the formation fluid column in the axial channel of the elevator column pipes. Similarly, hydrostatic loading of the ball 6 on the seat 7 of each subsequent section of the plunger 3 occurs when the hole 8 is located above the sealing device 9.

При перемещении плунжера 3 вниз относительно уплотнительного устройства 9 происходит отрыв каждого шара 6 от седла 7 в секциях с обеспечением пропуска жидкости в полость цилиндра 1 над всасывающим клапаном 2, жидкость подается внутрь плунжера 3 также через отверстия 8 в каждой секции.When moving the plunger 3 downward relative to the sealing device 9, each ball 6 is torn off from the seat 7 in sections to ensure that liquid passes into the cavity of the cylinder 1 above the suction valve 2, liquid is also fed into the plunger 3 through the openings 8 in each section.

При перемене направления движения плунжера 3 на обратное, происходит закрытие посадка шара 6 на седло 7 нагнетательного клапана 5 в каждой секции, с открытием шара всасывающего клапана 2 с заполнением полости цилиндра 4 пластовой жидкостью. Посадка шара 6 на седло 7 второй и последующей секций происходит без удара и динамической нагрузки.When the direction of movement of the plunger 3 is reversed, the ball 6 is closed landing on the seat 7 of the discharge valve 5 in each section, with the opening of the ball of the suction valve 2 with the filling of the cavity of the cylinder 4 with formation fluid. Landing of the ball 6 on the saddle 7 of the second and subsequent sections occurs without impact and dynamic load.

Claims

A downhole sucker rod pump comprising a cylinder with a suction valve and a sealing device, a hollow plunger with a pressure valve, characterized in that the hollow plunger is made of several sections with the location of the pressure valves at the junction, and the axial channel of each section is constantly hydraulically connected with the axial hole cylinder channel.