RU2483227C1

RU2483227C1 - Well pump

Info

Publication number: RU2483227C1
Application number: RU2011150467/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Бекетов; Алексей Евгеньевич Кучурин; Виктор Алексеевич Машков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Газтехнология"
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-05-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: pump includes cylinder 1 with suction valve 2, plunger 3 connected through connecting coupling 5 to stem 16, injection valve 12 in valve cage 11 connected to connecting coupling 5. Plunger 3 is equipped through thrust ring 9 and nut 10, which are installed with possibility of creating a process gap between them. Connecting coupling 5 is equipped with external annular projection 6, with upper conical surface 7 and lower conical surface 8 and installed with possibility of alternating interaction with mating conical surfaces of thrust ring 9 and nut 10 at back-and-forth movement of plunger 3. Under action of the weight of stem 16, lower conical surface 8 of annular projection 6 creates the pressure on nut 10 and presses it to the well of cylinder 1, thus contributing to reduction of a gap between plunger 3 and cylinder 1, which prevents penetration of mechanical impurities into the gap between cylinder 1 and plunger 3 and excludes jamming of plunger 3 in cylinder 1.

EFFECT: improving operating reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации скважин с высоким содержанием механических примесей и песка.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the operation of wells with a high content of solids and sand.

Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр и установленный в нем с образованием кольцевого зазора полый плунжер, в теле плунжера выполнены отверстия для соединения полости внутри плунжера и соответственно зоны нагнетания насоса с зазором между стенками цилиндра и плунжером (патент РФ №2295651, М.Кл. F04B 47/00, опубл. 20.03.2007).A well-known sucker-rod pump containing a cylinder and a hollow plunger installed in it with the formation of an annular gap, holes are made in the plunger body for connecting the cavity inside the plunger and, accordingly, the pump discharge zone with a gap between the cylinder walls and the plunger (RF patent No. 2295651, M.Kl. F04B 47/00, published March 20, 2007).

Недостатками этого скважинного штангового насоса является то, что прорезанные в плунжере сквозные отверстия будут забиваться мелким песком и другими механическими примесями, содержащимися в откачиваемой жидкости, что приведет к попаданию механических примесей и мелкого песка в зазор плунжер - цилиндр и может привести к заклиниванию плунжера в цилиндре или к повышенному износу пары плунжер - цилиндр.The disadvantages of this borehole sucker-rod pump is that through holes cut in the plunger will become clogged with fine sand and other mechanical impurities contained in the pumped liquid, which will lead to the ingress of mechanical impurities and fine sand into the plunger-cylinder gap and can lead to jamming of the plunger in the cylinder or increased wear of the plunger-cylinder pair.

Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном в нижней части, размещенный в цилиндре полый цилиндрический плунжер, в нижней части которого установлен нагнетательный клапан. Уплотнительное устройство размещено между цилиндром и плунжером и выполнено в виде замкнутой полости заполненной маслом и образованной боковой поверхностью плунжера и кольцевыми выступами, выполненными на внутренней поверхности цилиндра, расположенными в средней части цилиндра и снабженными уплотнительными кольцами, взаимодействующими с боковой цилиндрической поверхностью плунжера. Замкнутая полость сообщена посредством канала с масляным баком, установленным выше цилиндра, а длина плунжера равна или больше суммы длин замкнутой полости и максимального хода плунжера (патент РФ №2369775, М.Кл. F04B 47/00, опубл. 10.10.2009, бюл. №28).A well sucker-rod pump is known, comprising a cylinder with a suction valve in the lower part, a hollow cylindrical plunger located in the cylinder, and a discharge valve is installed in the lower part of the cylinder. The sealing device is placed between the cylinder and the plunger and is made in the form of a closed cavity filled with oil and formed by the lateral surface of the plunger and annular protrusions made on the inner surface of the cylinder located in the middle of the cylinder and provided with sealing rings interacting with the lateral cylindrical surface of the plunger. The closed cavity is communicated through a channel with an oil tank mounted above the cylinder, and the length of the plunger is equal to or greater than the sum of the lengths of the closed cavity and the maximum stroke of the plunger (RF patent No. 2369775, M. Cl. F04B 47/00, publ. 10.10.2009, bull. No. 28).

Этот скважинный штанговый насос является сложным в изготовлении. Между плунжером и уплотнительными кольцами имеется зазор, который со временем будет увеличиваться из-за механического износа, через который масло будет вытекать в откачиваемую жидкость, т.к. плотность масла меньше плотности перекачиваемой жидкости, а в полосте заполненной маслом будет собираться и уплотняться песок, что может привести к заклиниванию плунжера.This borehole sucker rod pump is difficult to manufacture. There is a gap between the plunger and the o-rings, which will increase over time due to mechanical wear through which oil will flow into the pumped liquid, because the oil density is less than the density of the pumped liquid, and sand will collect and compact in the cavity filled with oil, which can lead to jamming of the plunger.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому насосу является скважинный насос (пат. US №6543543, Е21В 43/12 Prior Publication Data US 2002/0066572 Al Jun. 6, 2002), содержащий отклонитель потока, тягу, соединительную муфту, цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном. Во внутренней полости плунжера установлена соединительная муфта, ниже верхнего заостренного края, соединенная с тягой. Тяга через отклонитель потока соединена со штанговой колонной. К нижней части цилиндра присоединен нагнетательный клапан. В процессе работы, при ходе плунжера вверх, стенки плунжера распираются в стороны под действием веса жидкости, находящейся над соединительной муфтой, что приводит к уменьшению зазора между плунжером и цилиндром, и препятствует попаданию механических примесей в зазор, предотвращая заклинивание плунжера в цилиндре. При ходе плунжера вниз отклонитель потока отстраняет механические примеси, находящиеся в потоке жидкости над плунжером, в центр потока, и вместе с заостренными верхними краями плунжера предотвращает попадание механических примесей в зазор между стенками плунжера и цилиндра.The technical nature and the achieved result closest to the claimed pump is a well pump (US Pat. US No. 6543543, E21B 43/12 Prior Publication Data US 2002/0066572 Al Jun. 6, 2002) containing a flow diverter, thrust, coupler, cylinder with suction valve, plunger with discharge valve. In the inner cavity of the plunger is installed a coupling, below the upper pointed edge, connected to the rod. The rod through the flow diverter is connected to the rod string. A discharge valve is connected to the bottom of the cylinder. During operation, when the plunger moves up, the plunger walls are torn apart by the weight of the liquid located above the coupling, which reduces the gap between the plunger and the cylinder and prevents mechanical impurities from entering the gap, preventing the plunger from sticking in the cylinder. When the plunger moves down, the flow deflector removes the mechanical impurities located in the fluid flow above the plunger to the center of the flow, and together with the pointed upper edges of the plunger prevents mechanical impurities from entering the gap between the walls of the plunger and the cylinder.

Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность скважинного насоса за счет увеличения зазора между плунжером и цилиндром при ходе плунжера вниз. Механические примеси, находясь в турбулентном потоке скважинной жидкости, при ходе плунжера вниз попадают в зазор между плунжером и цилиндром, а при последующем ходе вверх - могут заклинить плунжер в цилиндре. Отклонитель потока не может эффективно предотвращать попадание механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром в условиях турбулентного потока.The disadvantage of this design is the lack of efficiency of the downhole pump due to the increase in the gap between the plunger and the cylinder during the plunger down. Mechanical impurities, being in a turbulent flow of the well fluid, during the plunger down stroke fall into the gap between the plunger and the cylinder, and during the subsequent upward stroke they can jam the plunger in the cylinder. The flow diverter cannot effectively prevent solids from entering the gap between the plunger and the cylinder under turbulent flow conditions.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы скважинного насоса за счет предотвращения попадания механических примесей в зазор между плунжером и цилиндром благодаря плотному прижатию стенок плунжера к стенкам цилиндра.The objective of the invention is to increase the efficiency of the well pump by preventing the ingress of mechanical impurities into the gap between the plunger and the cylinder due to the tight pressing of the walls of the plunger to the walls of the cylinder.

Анализ технических решений, проведенный для оценки изобретательского уровня, показал, что существует конструкция скважинного штангового насоса (A.M.Пирвердян, Ан.Н.Адонин «Вопросы гидравлики и работоспособности глубинного насоса». - Баку: «Азнефтеиздат», 1955 г., с.25), состоящего из пары плунжер-цилиндр с всасывающим и нагнетательным клапанами, отличающийся конструкцией плунжера, имеющего на своей поверхности канавку прямоугольного или треугольного профиля, нарезанную по винтовой линии по всей длине плунжера. При ходе плунжера вверх жидкость под разностью давлений по его концам просачивается через винтовой канал, увлекая за собой песок. Таким образом, износ трущихся поверхностей такого насоса должен быть меньше.An analysis of technical solutions carried out to assess the inventive step showed that there is a design of a well sucker-rod pump (AMPirverdyan, An.N. Adonin, “Issues of hydraulics and operability of a deep-well pump.” - Baku: Aznefteizdat, 1955, p.25 ), consisting of a plunger-cylinder pair with suction and discharge valves, characterized by the design of the plunger having on its surface a groove of a rectangular or triangular profile cut along a helical line along the entire length of the plunger. When the plunger moves upward, the liquid under the pressure difference at its ends seeps through the screw channel, dragging sand along with it. Thus, the wear of the rubbing surfaces of such a pump should be less.

Поставленная задача решается за счет того, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, соединительную муфту, снабженную наружным кольцевым выступом с коническими поверхностями. Соединительная муфта расположена во внутренней полости плунжера, ниже заостренного конца плунжера, и закреплена между упорным кольцом и гайкой, при этом верхняя коническая поверхность соединительной муфты сопрягается с конической поверхностью упорного кольца, а ее нижняя коническая поверхность опирается на гайку.The problem is solved due to the fact that in a borehole sucker rod pump containing a cylinder with a suction valve, a plunger with a discharge valve, a coupling equipped with an outer annular protrusion with conical surfaces. The coupling is located in the inner cavity of the plunger, below the pointed end of the plunger, and is fixed between the thrust ring and the nut, while the upper conical surface of the coupling mates with the conical surface of the thrust ring, and its lower conical surface rests on the nut.

Конструкция штангового насоса поясняется чертежами, где:The design of the sucker rod pump is illustrated by drawings, where:

- на фигуре 1 - конструкция в положении перемещение плунжера вверх;- figure 1 - design in position, the movement of the plunger up;

- на фигуре 2 - конструкция в положении перемещения плунжера вниз.- figure 2 - design in the position of movement of the plunger down.

Скважинный штанговый насос содержит цилиндр 1 с всасывающим клапаном 2 и размещенный в цилиндре 1 плунжер 3. Во внутренней полости плунжера 3 ниже верхнего его заостренного конца 4 установлена соединительная муфта 5 снабжена наружным кольцевым выступом 6, выполненным с верхней 7 и нижней 8 коническими поверхностями. Соединительная муфта 5 снабжена кольцевым выступом 6 расположенным между упорным кольцом 9 и гайкой 10. Верхняя коническая поверхность 7 кольцевого выступа 6 прижимается к упорному кольцу 9, а нижняя коническая поверхность 8 кольцевого выступа 6 прижимается к гайке 10. Снизу к соединительной муфте 5 крепится клетка клапана 11, содержащая нагнетательный клапан 12. Плунжер 3 содержит внутреннюю полость 13 и делит полость цилиндра 1 на всасывающую полость 14 и нагнетательную 15. Соединительная муфта 5 соединяет плунжер 3 с колонной насосных штанг 16.The downhole sucker rod pump includes a cylinder 1 with a suction valve 2 and a plunger 3 located in the cylinder 1. In the inner cavity of the plunger 3, a connecting sleeve 5 is provided with an outer annular protrusion 6 made with the upper 7 and lower 8 conical surfaces below its upper pointed end 4. The coupling 5 is provided with an annular protrusion 6 located between the thrust ring 9 and the nut 10. The upper conical surface 7 of the annular protrusion 6 is pressed against the thrust ring 9, and the lower conical surface 8 of the annular protrusion 6 is pressed against the nut 10. A valve cage is attached to the bottom of the coupling 5. 11, containing a discharge valve 12. The plunger 3 contains an internal cavity 13 and divides the cavity of the cylinder 1 into a suction cavity 14 and a discharge 15. A coupling 5 connects the plunger 3 to the column of pump rods 16.

Заявляемый насос работает следующим образом: после спуска насоса в скважину (не показана) его узлы занимают положение, показанное на фигуре 2.The inventive pump works as follows: after the descent of the pump into the well (not shown), its nodes occupy the position shown in figure 2.

После включения привода насоса колонна штанг 16 с соединительной муфтой 5, снабженной наружным кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12, поднимаются вверх. Нагнетательный клапан 12 закрыт. Всасывающий клапан 2 цилиндра 1 открывается и жидкость, содержащая механические примеси, заполняет объем всасывающей полости 14. Под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12 стенки плунжера 3 распираются в стороны, а верхняя коническая поверхность 7 кольцевого выступа 6 оказывает давление на упорное кольцо 9, которое дополнительно прижимает стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1, что способствует еще большему уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1 и препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунжером 3. При ходе колонны штанг 16 с соединительной муфтой 5 с кольцевым выступом 6, упорным кольцом 9, гайкой 10, плунжером 3 и клеткой клапана 11 с нагнетательным клапаном 12 вниз всасывающий клапан 2 закрывается, а нагнетательный клапан 12 открывается, и жидкость из всасывающей полости 14 вытесняется в полость 13 плунжера 3 и далее в нагнетательную полость 15 цилиндра 1.After turning on the pump drive, the rod string 16 with a coupling 5 provided with an outer annular protrusion 6, a thrust ring 9, a nut 10, a plunger 3 and a valve cage 11 with a discharge valve 12, rise up. Pressure valve 12 is closed. The suction valve 2 of the cylinder 1 opens and the liquid containing mechanical impurities fills the volume of the suction cavity 14. Under the influence of the weight of the liquid above the discharge valve 12, the walls of the plunger 3 are flanked to the sides, and the upper conical surface 7 of the annular protrusion 6 exerts pressure on the thrust ring 9, which additionally presses the walls of the plunger 3 against the walls of the cylinder 1, which helps to further reduce the gap between the plunger 3 and the cylinder 1 and prevents the ingress of mechanical impurities into the gap between the cylinder 1 and a plunger 3. During the course of the rod string 16 with a coupling 5 with an annular protrusion 6, a thrust ring 9, a nut 10, a plunger 3 and a valve cage 11 with a discharge valve 12 downward, the suction valve 2 closes and the discharge valve 12 opens and the liquid from the suction cavity 14 is forced into the cavity 13 of the plunger 3 and then into the discharge cavity 15 of the cylinder 1.

Под действием веса колонны штанг 16 нижняя коническая поверхность 8 кольцевого выступа 6 оказывает давление на гайку 10 и прижимает ее к стенке цилиндра 1, способствуя уменьшению зазора между плунжером 3 и цилиндром 1, что препятствует попаданию механических примесей в зазор между цилиндром 1 и плунжером 3 и исключает заклинивание плунжера 3 в цилиндре 1.Under the influence of the weight of the rod string 16, the lower conical surface 8 of the annular protrusion 6 exerts pressure on the nut 10 and presses it against the wall of the cylinder 1, thereby reducing the gap between the plunger 3 and the cylinder 1, which prevents mechanical impurities from entering the gap between the cylinder 1 and the plunger 3 and eliminates jamming of the plunger 3 in the cylinder 1.

Верхний конец плунжера 3 сделан заостренным для уменьшения вероятностей оседания механических частиц на торце при остановке скважинного насоса и исключения их попаданий в зазор между плунжером 3 и цилиндром 1 при запусках скважинного штангового насоса.The upper end of the plunger 3 is made pointed to reduce the likelihood of settling of mechanical particles at the end when the well pump stops and to prevent them from falling into the gap between the plunger 3 and cylinder 1 when the borehole sucker rod starts.

Соединительная муфта 5 не имеет жесткого соединения со стенкой плунжера 3, что позволяет прижимать стенки плунжера 3 к стенкам цилиндра 1 под действием веса жидкости над нагнетательным клапаном 12, при ходе скважинного штангового насоса вверх и под действием веса колонны штанг 16 при ходе скважинного штангового насоса вниз.The coupling 5 does not have a rigid connection with the wall of the plunger 3, which allows the walls of the plunger 3 to be pressed against the walls of the cylinder 1 under the action of the weight of the liquid above the discharge valve 12, while the borehole pump moves up and under the weight of the rod string 16 during the borehole pump down .

Claims

A borehole sucker rod pump comprising a cylinder with a suction valve, a plunger connected through a coupling to a rod string, a discharge valve in a valve cage connected to a coupling, characterized in that the plunger is provided with a thrust ring and a nut installed to form a technological gap between them and the coupler is provided with an outer annular protrusion with conical surfaces and is mounted with the possibility of alternating interaction with mating conical surfaces awns thrust ring and the nut during the reciprocating movement of the plunger.