RU2504692C2

RU2504692C2 - Electrically driven downhole unit

Info

Publication number: RU2504692C2
Application number: RU2011127952/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Зубов
Original assignee: Николай Николаевич Зубов
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2014-01-20
Also published as: RU2011127952A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed unit comprises downhole motor articulated with driven pump. Hydraulic actuator comprises two pistons articulated by intermediate rod. Rod and rod seals are arranged at end face of every piston. Hydraulic control valve is communicated with driven pump and hydraulic actuator. Two areas between every piston and rod seal are communicated via throttle and/or valve opening at preset pressure to make closed barrier space. Outside of at least one rod, right behind its seal, pump including housing and valves are arranged. Every said barrier space areas is communicated via check valve with working fluid compensator communicated with discharge pipe.

EFFECT: higher reliability, longer life.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками нефтяного пласта.The invention relates to a pump engineering and can be used in the oil industry in the operation of low-production wells with complicated characteristics of the oil reservoir.

Известен скважинный электрогидроприводпой насосный агрегат, который содержит кинематически связанные друг с другом погружной электродвигатель и приводной насос, а также гидродвигатель и рабочий насос, выполненные каждый в виде цилиндра и плунжера со штоком. Полости цилиндра гидродвигателя связаны через гидрораспределитель со входом и выходом приводною насоса. Компенсатор объема размещен над приводным насосом и соединен с его входом. Валы электродвигателя и приводного насоса сочленены через вал протектора гидрозащиты (патент РФ №2116512, 27.07.1998).Known borehole electrohydraulic drive pump unit, which contains kinematically connected to each other a submersible electric motor and a drive pump, as well as a hydraulic motor and a working pump, each made in the form of a cylinder and a plunger with a rod. Cylinder cavities of the hydraulic motor are connected through the control valve to the inlet and outlet of the drive pump. The volume compensator is placed above the drive pump and connected to its inlet. The shafts of the electric motor and drive pump are articulated through the shaft of the tread plate of hydraulic protection (RF patent No. 2116512, 07.27.1998).

При эксплуатации данного насосного агрегата процессы теплового расширения рабочей жидкости могут привести к выходу из строя диафрагмы компенсатора объема рабочей жидкости гидропривода, так как разность объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра приводит к частому срабатыванию компенсатора объема, уменьшая срок службы данного узла.During the operation of this pumping unit, the processes of thermal expansion of the working fluid can lead to failure of the diaphragm of the compensator for the volume of the hydraulic fluid of the hydraulic actuator, since the difference in the volume of the rod and piston cavities of the hydraulic cylinder leads to the frequent operation of the volume compensator, reducing the life of this unit.

Наиболее близким устройством является погружная электрогидроприводная установка, содержащая погружной электродвигатель с гидрозащитой, кинематически связанный с приводным насосом, рабочий насос, приводимый в действие гидродвигателем, содержащим механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера рабочего насоса, гидрораспределитель, соединенный трубопроводом с блоком управления приводного насоса, и компенсатор гидропривода. Механизм возвратно-поступательного перемещения плунжера рабочего насоса содержит соединенные тюками силовой и возвратный гидроцилиндры, выполненные с возможностью переключения позиций гидрораспределителя в конце хода штока гидродвигателя, блок управления приводного насоса дополнительно содержит устройство защиты гидропривода от обратного вращения вала электродвигателя, а компенсатор гидропривода размещен в верхней части установки над рабочим насосом (патент РФ №2210003, 10.08.2003).The closest device is a submersible electrohydraulic drive unit containing a submersible motor with hydraulic protection, kinematically connected to the drive pump, a working pump driven by a hydraulic motor containing a reciprocating mechanism of the plunger of the working pump, a directional valve connected by a pipe to the drive pump control unit, and a compensator hydraulic drive. The mechanism of reciprocating movement of the plunger of the working pump contains baled power and return hydraulic cylinders, made with the possibility of switching the position of the valve at the end of the stroke of the hydraulic motor, the control unit of the drive pump additionally contains a device for protecting the hydraulic drive from reverse rotation of the motor shaft, and the hydraulic actuator compensator is located in the upper installations above the working pump (RF patent No. 2210003, 08/10/2003).

При эксплуатации данного насосного агрегата давление масла в зоне уплотнений, которые разделяют масло и пластовую жидкость может быть меньше чем давление пластовой жидкости. Поэтому пластовая жидкость, которая содержит газ и механические примеси, постепенно замещает масло. Газ, который вошел в установку из области высокого давления, может значительно увеличить свой объем и создать газовую пробку в области низкого давления установки, например, на входе в приводной насос.When operating this pump unit, the oil pressure in the area of the seals that separate the oil and the reservoir fluid may be less than the reservoir fluid pressure. Therefore, the reservoir fluid, which contains gas and solids, gradually replaces the oil. The gas that entered the installation from the high-pressure area can significantly increase its volume and create a gas plug in the low-pressure area of the installation, for example, at the inlet to the drive pump.

Кроме этого преждевременно выйдут из строя уплотнения, которые предназначены для работы при условии, что давление чистого масла должно гарантировано быть выше давления пластовой жидкости, содержащей механические примеси.In addition, seals that are designed to work prematurely fail, provided that the pressure of the clean oil must be guaranteed to be higher than the pressure of the reservoir fluid containing mechanical impurities.

Масло гидропривода будет постепенно выходить через вышедшие из строя уплотнения в пластовую жидкость. Объема масла в компенсаторе гидропривода может оказаться недостаточно. Это приведет к преждевременному выходу установки из строя.The hydraulic oil will gradually exit through the failed seals into the reservoir fluid. The oil volume in the hydraulic expansion joint may not be enough. This will lead to premature failure of the installation.

Эти и другие конструктивные недостатки снижают срок службы электрогидро приводных агрегатов особенно при работе в скважинах с повышенным содержанием газа и механических примесей.These and other design flaws reduce the life of electro-hydraulic drive units, especially when working in wells with a high content of gas and solids.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышение надежности работы установки и сроков ее эксплуатации.The technical task of the invention is to obtain a technical result, which is expressed in increasing the reliability of the installation and the terms of its operation.

Данная задача решается тем, что установка погружная электрогидроприводная, содержащая погружной электродвигатель, кинематически связанный с приводным насосом, гидродвигатель, содержащий два поршня, соединенных промежуточным штоком, на торце каждого из поршней установлен шток, уплотнения штоков, гидрораспределитель, гидравлически соединенный с приводным насосом и гидродвигателем, компенсатор рабочей жидкости, отводящую трубу. Согласно изобретению две области между каждым поршнем и уплотнением штока гидравлически соединены через дроссель и (или) клапан, открывающийся по давлению и составляют замкнутое барьерное пространство, снаружи, по - крайней мере, одного штока, за его уплотнением, установлено насосное устройство, включающее корпус и клапана, каждая из двух областей барьерного пространства через свой обратный клапан гидравлически соединена с компенсатором рабочей жидкости, который гидравлически соединен с отводящей трубой.This problem is solved in that the installation is a submersible electric hydraulic drive containing a submersible motor kinematically connected to the drive pump, a hydraulic motor containing two pistons connected by an intermediate rod, a rod is installed at the end of each piston, rod seals, a hydraulic distributor hydraulically connected to the drive pump and hydraulic motor , fluid compensator, outlet pipe. According to the invention, two areas between each piston and a rod seal are hydraulically connected through a throttle and / or a valve that opens by pressure and constitutes a closed barrier space, outside of at least one rod, behind its seal, a pump device is installed, including a housing and valve, each of the two areas of the barrier space through its own check valve is hydraulically connected to the compensator for the working fluid, which is hydraulically connected to the outlet pipe.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения компенсатор рабочей жидкости изготовлен в виде корпуса с подвижным поршнем, причем поршень гидравлически связан с внутренней областью отводящей трубы.In addition, in the particular case of the invention, the compensator for the working fluid is made in the form of a housing with a movable piston, the piston being hydraulically connected to the inner region of the outlet pipe.

Компенсатор рабочей жидкости может быть выполнен и в виде диафрагмы или сильфона. Давление масла в компенсаторе примерно равно давлению пластовой жидкости на выходе из насоса.The compensator for the working fluid can also be made in the form of a diaphragm or a bellows. The oil pressure in the compensator is approximately equal to the pressure of the reservoir fluid at the pump outlet.

При постепенном плановом вытекании масла через уплотнения из барьерного пространства, в него поступает масло из компенсатора через обратные клапана. Минимальное давление масла в барьерном пространстве примерно равно максимальному давлению пластовой жидкости на выходе из насоса.With a gradual planned leakage of oil through seals from the barrier space, oil enters it from the compensator through check valves. The minimum oil pressure in the barrier space is approximately equal to the maximum pressure of the reservoir fluid at the pump outlet.

Мы гарантированно обеспечиваем то, что давление пластовой жидкости в каждом насосном устройстве всегда меньше чем в ближней по отношению к ней области барьерного пространства. Перепад давления равен гидравлическим потерям в линии, соединяющей две области барьерного пространства или давлению открытия клапана, который может быть встроен в эту линию. Вследствие этого, мы гарантировано обеспечиваем надежную работу уплотнений штока в условиях, когда давление чистой рабочей жидкости, масла, всегда выше давления пластовой жидкости на заданную величину. Мы исключаем попадание пластовой жидкости через уплотнения в проточную часть установки, где циркулирует масло.We guarantee that the pressure of the reservoir fluid in each pumping device is always less than in the region of the barrier space closest to it. The differential pressure is equal to the hydraulic loss in the line connecting the two areas of the barrier space or the opening pressure of the valve, which can be integrated in this line. As a result of this, we are guaranteed to ensure reliable operation of stem seals in conditions where the pressure of a clean working fluid, oil, is always higher than the pressure of the reservoir fluid by a predetermined amount. We exclude penetration of formation fluid through seals into the flow part of the installation, where oil circulates.

Установка погружная электрогидроприводная изображена на следующих чертежах.The submersible electrohydraulic drive is depicted in the following drawings.

На фиг.1 изображен общий вид установки.Figure 1 shows a General view of the installation.

На фиг.2 - верхнее насосное устройство с компенсатором.Figure 2 - the upper pumping device with a compensator.

Установка погружная электрогидроприводная содержит погружной электродвигатель 1, отводящую трубу 2, приводной насос 3, который соединен с гидрораспределителем 4. Через магистрали 5 и 6, гидрораспределитель 4 соединен с гидроприводом 7, который состоит из цилиндра 8 в котором установлены ниппель 9, верхний 10 и нижний 11 поршни, соединенные промежуточным штоком 12. На торце каждого из поршней установлены штоки 13 и 14. На выходе из цилиндра 8 установлены насосные устройства 15 и 16, уплотнения штоков 17 и 18. Между цилиндром 8 поршнями 10, 11 и уплотнениями штоков 17 и 18 образованы верхняя 19 и нижняя 20 барьерные области, соединенные между собой посредством канала 21, который является дросселем. Области 22 и 23 являются рабочими областями гидропривода, через магистрали 5 и 6 они соединены с гидрораспределителем 4. Компенсатор 24, установленный в отводящей трубе 2 содержит поршень 25. Через магистраль 26 компенсатор 24 гидравлически соединен с барьерными областями 19 и 20 через обратные клапаны 27 и 28. В канале 21 может быть установлен клапан 29. Клапан 29 открывается при достижении определенного заданного давления между верхней 19 и нижней 20 барьерными областями. Каждое насосное устройство 15 и 16 состоит из штока 13 (14) для верхнего и нижнего устройства соответственно, корпуса 30 (31), уплотнений 17 (18) и всасывающего и нагнетательного клапанов 32 и 33. Компенсатор 24 может состоять из корпуса 34, гидравлически связанного с отводящей трубой 2. Внутри корпуса 34 установлен поршень 25.SUBSTANCE: submersible electric hydraulic actuator contains a submersible electric motor 1, a discharge pipe 2, a drive pump 3, which is connected to the hydraulic distributor 4. Through lines 5 and 6, the hydraulic distributor 4 is connected to the hydraulic actuator 7, which consists of a cylinder 8 in which the nipple 9, the upper 10 and the lower are installed 11 pistons connected by an intermediate rod 12. At the end of each piston, rods 13 and 14 are installed. At the outlet of cylinder 8, pumping devices 15 and 16, rod seals 17 and 18 are installed. Between cylinder 8, pistons 10, 11 and pcs seals The shafts 17 and 18 form the upper 19 and lower 20 barrier areas, interconnected by a channel 21, which is a choke. Areas 22 and 23 are the working areas of the hydraulic actuator, through lines 5 and 6 they are connected to the control valve 4. The compensator 24 installed in the outlet pipe 2 contains a piston 25. Through the line 26, the compensator 24 is hydraulically connected to the barrier areas 19 and 20 through the check valves 27 and 28. A valve 29 can be installed in the channel 21. The valve 29 opens when a certain predetermined pressure is reached between the upper 19 and lower 20 barrier regions. Each pump device 15 and 16 consists of a rod 13 (14) for the upper and lower devices, respectively, the housing 30 (31), seals 17 (18) and the suction and discharge valves 32 and 33. The compensator 24 may consist of a housing 34, hydraulically connected with a discharge pipe 2. Inside the housing 34, a piston 25 is installed.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

При включении электродвигателя 1 начинает работать кинематически связанный с ним приводной насос 3. Нефть поступает в насосные устройства 15 и 16. Приводной насос 3 нагнетает рабочую жидкость (масло) в гидрораспределитель 4 и через магистрали 5 и 6 и ниппель 9 в полости 22 и 23 гидропривода 7, сообщая возвратно-поступательное движение поршням 10 и 11. Через поршни 10 и 11, установленные в цилиндре 8, соединенные промежуточным штоком 12, приводятся в действия штоки 13 и 14, которые вытесняют пластовую жидкость из насосных устройств 15 и 16. Пластовая жидкость последовательно всасывается в каждое насосное устройство через клапана 32, затем нагнетается в отводящую трубу 2 через клапана 33. Далее пластовая жидкость через отводящую трубу 2 и отводится на поверхность.When the motor 1 is turned on, the drive pump 3 kinematically associated with it starts to operate. Oil enters the pumping devices 15 and 16. The drive pump 3 pumps the working fluid (oil) into the control valve 4 and through lines 5 and 6 and the nipple 9 in the cavity 22 and 23 of the hydraulic drive 7, reporting reciprocating motion to the pistons 10 and 11. Through the pistons 10 and 11 installed in the cylinder 8, connected by an intermediate rod 12, the rods 13 and 14 are actuated, which displace the reservoir fluid from the pumping devices 15 and 16. The reservoir fluid p hence absorbed in each pumping device through a valve 32, and then pumped into the outlet pipe 2 through the valve 33. Further, the formation fluid through the outlet pipe 2 and discharged to the surface.

Давление масла в компенсаторе 24, который состоит из корпуса 34 с подвижным поршнем 25 примерно равно давлению пластовой жидкости на выходе из насоса в отводящей трубе 2. При постепенном плановом вытекании масла через уплотнения 17 и 18 из барьерного пространства 19 и 20, в него поступает масло из компенсатора 24 через обратные клапана 27 и 28. Минимальное давление масла в барьерном пространстве примерно равно максимальному давлению пластовой жидкости на выходе из насоса в отводящей трубе 2.The oil pressure in the compensator 24, which consists of a housing 34 with a movable piston 25, is approximately equal to the pressure of the reservoir fluid at the outlet of the pump in the discharge pipe 2. When oil gradually flows out through seals 17 and 18 from the barrier space 19 and 20, oil enters it from the compensator 24 through the check valves 27 and 28. The minimum oil pressure in the barrier space is approximately equal to the maximum pressure of the reservoir fluid at the outlet of the pump in the discharge pipe 2.

Мы гарантированно обеспечиваем то, что давление пластовой жидкости в каждом насосном устройстве 15 и 16, в области между корпусом 30 (31), штоком 13 (14), уплотнениями 17 (18) и клапанами 32 и 33 всегда меньше чем давление масла в ближней по отношению к ней области барьерного пространства 19 и 20. Перепад давления равен гидравлическим потерям в линии 21, соединяющей две области барьерного пространства 19 и 20 или давлению открытия клапана 29, который может быть встроен в эту линию. Вследствие этого, мы обеспечиваем надежную работу уплотнений штока 17 и 18 в условиях, когда давление чистой рабочей жидкости, масла, всегда выше давления пластовой жидкости на заданную по техническим условиям для надежной работы уплотнений штока 17 и 18 величину. Мы исключаем попадание пластовой жидкости через уплотнения 17 и 18 в проточную часть установки, где циркулирует масло.We guarantee that the pressure of the reservoir fluid in each pumping device 15 and 16, in the area between the housing 30 (31), the stem 13 (14), the seals 17 (18) and the valves 32 and 33 is always less than the oil pressure in the near relative to it, the areas of the barrier space 19 and 20. The differential pressure is equal to the hydraulic losses in the line 21 connecting the two areas of the barrier space 19 and 20 or the opening pressure of the valve 29, which can be integrated in this line. As a result of this, we ensure reliable operation of rod seals 17 and 18 under conditions when the pressure of a clean working fluid, oil, is always higher than the pressure of the reservoir fluid by a value specified by the technical specifications for reliable operation of rod seals 17 and 18. We exclude the ingress of formation fluid through seals 17 and 18 into the flow part of the installation, where oil circulates.

Таким образом, в предлагаемой конструкции повышается надежность работы установки и срок ее эксплуатации.Thus, in the proposed design increases the reliability of the installation and its life.

Claims

1. Installation submersible electrohydraulic drive, containing a submersible motor kinematically connected to the drive pump, a hydraulic motor containing two pistons connected by an intermediate rod, a rod, rod seals, a hydraulic distributor hydraulically connected to the drive pump and hydraulic motor, a working fluid compensator are installed on the end face of each piston , a discharge pipe, characterized in that the two areas between each piston and the stem seal are hydraulically connected through the throttle and / or valve, open Pressure and constitute a closed barrier space, outside of at least one rod, behind its seal, a pumping device is installed, including a housing and valves, each of the two areas of the barrier space through its check valve is hydraulically connected to a compensator for the working fluid, which is hydraulically connected to a discharge pipe.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the compensator for the working fluid is made in the form of a housing with a movable piston, the piston being hydraulically connected to the inner region of the outlet pipe.