RU2532475C1

RU2532475C1 - Well pump set

Info

Publication number: RU2532475C1
Application number: RU2013130561/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Митрофанович Антоненко; Сергей Викторович Антоненко; Сергей Григорьевич Просвиров; Ольга Николаевна Саутина; Валерий Викторович Редкозубов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ПАРМ-ГИНС"
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-11-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to the field of pump equipment and may be used to lift fluid from large depth. A well pump set comprises lifting pipes, a plunger pump, comprising a cylinder, a plunger, a driving rod, a suction and an injection valves and driven by a drive comprising a reversible electric motor, a rolling screw-motion drive with a driving rod placed in an oil-filled body comprising an elastic shell, dampers, besides, the driving rod is connected with the plunger and is compacted in the body. The novelty is the fact that the plunger is made hollow and stepped, the lower step of the plunger has smaller diameter than the upper step, and is compacted in the cylinder, forming a circular injection cavity, and the cylinder is tightly enclosed into the jacket and equipped with an additional cavity, communicating with the suction cavity above the plunger via a relief valve, and with the lifting pipes cavity - via an injection valve, besides, the additional cavity communicates with the circular cavity along the channel formed between the jacket and the cylinder, and holes made in the lower part of the cylinder, and the suction valve is located in the upper part of the plunger.

EFFECT: provision of fluid lift from large depth.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области насосного оборудования и может быть использовано для подъема жидкости с большой глубины.The invention relates to the field of pumping equipment and can be used to lift liquids from great depths.

Известен погружной насосный агрегат, содержащий реверсируемый электродвигатель, размещенную в корпусе, заполненном маслом, передачу винт-гайка качения, винт которой связан с валом электродвигателя промежуточным валом, а гайка связана с плунжером насоса полым и хромированным штоками, направляющие указанной гайки, пружинные демпферы [Патент РФ №2347947 от 2007.09.04].Known submersible pump unit containing a reversible electric motor, housed in an oil-filled housing, a transmission screw-nut rolling screw, the screw of which is connected to the motor shaft by an intermediate shaft, and the nut is connected to the pump plunger with hollow and chrome-plated rods, the guides of this nut, spring dampers [Patent RF №2347947 dated 2007.09.04].

Недостатком устройства являются низкая надежность и небольшой кпд.The disadvantage of this device is its low reliability and low efficiency.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является погружной плунжерный насосный агрегат, включающий насосно-компрессорные трубы, плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем проводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе [Патент РФ №2479752 от 2011.11.09].The closest technical solution (prototype) is a submersible plunger pump unit, including tubing, a plunger pump containing a cylinder, a plunger, suction and discharge valves and driven by a drive including a reversing electric motor, a rolling screw-nut with a drive rod, placed in an oil-filled housing containing an elastic shell, dampers, and the wire rod is connected to the plunger and sealed in the housing [RF Patent No. 2479752 from 2011.11.09].

В процессе работы насосного агрегата плунжер совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. При перемещении плунжера вниз всасывающий клапан открывается и начинается такт всасывания насоса, при этом приводной шток и остальные звенья от двигателя до насоса, передающие возвратно-поступательное движение, испытывают незначительное растягивающее напряжение. При ходе плунжера вверх всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается и начинается выталкивание жидкости из полости цилиндра насоса в насосно-компрессорные трубы (нкт).During operation of the pump unit, the plunger makes a reciprocating movement inside the cylinder. When the plunger moves down, the suction valve opens and the pump suction cycle begins, while the drive rod and the other links from the engine to the pump, transmitting reciprocating motion, experience a slight tensile stress. When the plunger moves up, the suction valve closes, and the discharge valve opens and the ejection of fluid from the cavity of the pump cylinder into the tubing (tubing) begins.

Недостатком агрегата с такой конструкцией рабочего насоса является то, что при ходе плунжера вверх (такт нагнетания), вес столба жидкости в нкт передается на плунжер, а, следовательно, на все передающие звенья привода, в результате они испытывают большие сжимающие напряжения. В связи с тем, что ход плунжера может достигать более 1 м, то все передающие звенья испытывают изгибающие деформации. Особенно слабым местом является винт передачи винт-гайка качения, где вращающийся винт передачи испытывает сложные крутящие, осевые и сжимающие нагрузки. Это негативно сказывается на кпд и долговечности агрегата.A disadvantage of the unit with this design of the working pump is that when the plunger moves upward (discharge cycle), the weight of the liquid column in the tubing is transferred to the plunger, and, therefore, to all transmission links of the drive, as a result, they experience large compressive stresses. Due to the fact that the plunger stroke can reach more than 1 m, then all the transmission links undergo bending deformations. A particularly weak point is the screw-to-nut rolling screw transmission, where the rotating transmission screw experiences complex torque, axial and compressive loads. This negatively affects the efficiency and durability of the unit.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы установки за счет существенного уменьшения сжимающей нагрузки на передающие звенья передачи от двигателя до плунжера насоса.The technical result of the invention is to increase the reliability of the installation by significantly reducing the compressive load on the transmission links of the transmission from the engine to the pump plunger.

Данный технический результат достигается за счет того, что в скважинной насосной установке, включающей насосно-компрессорные трубы (нкт), плунжерный насос, содержащий цилиндр, плунжер, приводную штангу, всасывающий и нагнетательный клапаны и приводимый в действие приводом, включающим реверсивный электродвигатель, передачу винт-гайка качения с приводной штангой, размещенные в маслозаполненном корпусе, содержащем эластичную оболочку, демпферы, причем приводная штанга соединена с плунжером и уплотнена в корпусе. Новым является то, что плунжер выполнен полым и ступенчатым, нижняя ступень плунжера имеет размер по диаметру меньше, чем верхняя ступень и уплотнена в цилиндре, образуя кольцевую нагнетательную полость, а цилиндр герметично заключен в кожух и снабжен дополнительной полостью, сообщающейся с надплунжерной всасывающей полостью через перепускной клапан, а с полостью нкт - через нагнетательный клапан, причем дополнительная полость сообщается с кольцевой полостью по каналу, образованному между кожухом и цилиндром, и отверстиям, выполненным в нижней части цилиндра, а всасывающий клапан расположен в верхней части плунжера.This technical result is achieved due to the fact that in a well pump installation including tubing (tubing), a plunger pump containing a cylinder, a plunger, a drive rod, suction and discharge valves and driven by a drive including a reversible electric motor, a transmission screw a rolling nut with a drive rod, placed in an oil-filled housing containing an elastic shell, dampers, the drive rod being connected to the plunger and sealed in the housing. What is new is that the plunger is hollow and stepped, the lower stage of the plunger has a diameter smaller than the upper stage and is sealed in the cylinder to form an annular injection cavity, and the cylinder is hermetically enclosed in a casing and is provided with an additional cavity communicating with the supra-plunger suction cavity through the bypass valve, and with the tubing cavity through the discharge valve, and the additional cavity communicates with the annular cavity through the channel formed between the casing and the cylinder, and the holes made bottom of the cylinder, and the suction valve is arranged in the upper part of the plunger.

На чертеже представлена принципиальная схема скважинной насосной установки.The drawing shows a schematic diagram of a downhole pumping unit.

Скважинная насосная установка состоит из рабочего насоса 1, привода 2 типа винт-гайка качения и реверсивного электродвигателя 3. Привод 2 содержит маслонаполненный корпус 4, внутри которого расположены передача винт - гайка качения 5, приводная штанга 6, демпферы 7,8 и эластичная оболочка 9.A downhole pump installation consists of a working pump 1, a screw-nut type 2 drive and a reversible electric motor 3. A drive 2 contains an oil-filled housing 4, inside of which there is a screw-rolling nut gear 5, a drive rod 6, dampers 7.8 and an elastic shell 9 .

Насос 1 имеет цилиндр 10, внутри которого размещен плунжер 11, кинематически связанный через приводную штангу 6 и передачу винт - гайка качения 5 с реверсивным электродвигателем 3. Плунжер 11 имеет возможность совершать в цилиндре 10 возвратно-поступательные перемещения и выполнен полым и ступенчатым, причем диаметр верхней ступени 12 больше диаметра нижней ступени 13. Нижняя ступень 13 герметизирована в цилиндре 10 уплотнением 14, в результате чего в нижней части цилиндра 10 образовалась кольцевая нагнетательная полость 15. В верхней части цилиндра 10 выполнена переходная полость 16, которая имеет сообщение с надплунжерной всасывающей полостью 17 через перепускной клапан 18, а с насосно-компрессорными трубами (нкт) 19 через нагнетательный клапан 20.The pump 1 has a cylinder 10, inside of which a plunger 11 is placed, kinematically connected through a drive rod 6 and a screw-rolling nut transmission 5 with a reversible electric motor 3. The plunger 11 has the ability to make reciprocating movements in the cylinder 10 and is made hollow and stepwise, the diameter being the upper stage 12 is larger than the diameter of the lower stage 13. The lower stage 13 is sealed in the cylinder 10 with a seal 14, as a result of which an annular discharge cavity 15 is formed in the lower part of the cylinder 10. In the upper part of the cylinder 1 0, a transition cavity 16 is made, which is in communication with the supraplunger suction cavity 17 through the bypass valve 18, and with the tubing (tubing) 19 through the discharge valve 20.

Для гидравлической связи между переходной полостью 16 и кольцевой нагнетательной полостью 15 цилиндр 10 размещен в кожухе 21, который образует с наружной поверхностью цилиндра 10 кольцевой канал 22. Кроме этого для сообщения между переходной полостью 16 и кольцевой нагнетательной полостью 15 в цилиндре 10 выполнены отверстия 23 и 24. Всасываемая жидкость из скважины поступает в надплунжерную всасывающую полость 17 через отверстие 25 приемной камеры 26 и далее через внутренний канал 27 плунжера 11 и всасывающий клапан 28. Всасывающий клапан 28 может быть установлен в любом месте плунжера 10, но предпочтительно в верхней его части.For hydraulic communication between the transition cavity 16 and the annular injection cavity 15, the cylinder 10 is placed in the casing 21, which forms an annular channel 22 with the outer surface of the cylinder 10. In addition, holes 23 are made for communication between the transition cavity 16 and the annular injection cavity 15 in the cylinder 10 and 24. Suction fluid from the well enters the supra-plunger suction cavity 17 through the opening 25 of the receiving chamber 26 and then through the internal channel 27 of the plunger 11 and the suction valve 28. The suction valve 28 may be installed anywhere in the plunger 10, but preferably in the upper part thereof.

Скважинная насосная установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 вращение его вала передается на передачу винт-гайка качения 5, которая превращает вращательное движение в возвратно-поступательное, и которое через приводную штангу 6 передается плунжеру 11. При перемещении плунжера 11 вниз давление в надплунжерной полости 17 снижается, всасывающий клапан 28 открывается и через него, а также через отверстие 25 и внутренний канал 27 плунжера 11 в надплунжерную полость 17 начинает поступать пластовая жидкость. При этом жидкость, находящаяся в кольцевой нагнетательной полости 15, вытесняется через отверстие 23, кольцевой канал 22, отверстие 24 и нагнетательный клапан 20 в нкт 19. При ходе плунжера 11 вверх жидкость из надплунжерной всасывающей полости 17 передавливается через перепускной клапан 18, отверстие 24, канал 22 и отверстие 23 в кольцевую нагнетательную полость 15. В связи с тем, что объем вытесняемой жидкости в надплунжерной всасывающей полости 17 больше, чем в кольцевой нагнетательной полости 15, часть жидкости поступает через нагнетательный клапан 20 в нкт 19.Downhole pumping unit operates as follows. When the electric motor 3 is turned on, the rotation of its shaft is transmitted to the rolling screw-nut 5, which turns the rotational motion into reciprocating, and which is transmitted to the plunger 11 through the drive rod 6. When the plunger 11 moves downward, the pressure in the plunger cavity 17 decreases, the suction valve 28 It opens through it, as well as through the hole 25 and the internal channel 27 of the plunger 11 in the plunger cavity 17 begins to flow reservoir fluid. In this case, the liquid located in the annular discharge cavity 15 is displaced through the opening 23, the annular channel 22, the opening 24 and the discharge valve 20 into the tubing 19. During the upward movement of the plunger 11, the liquid from the above-plunger suction cavity 17 is transferred through the bypass valve 18, the opening 24, channel 22 and hole 23 into the annular discharge cavity 15. Due to the fact that the volume of the displaced liquid in the supraplungary suction cavity 17 is larger than in the annular discharge cavity 15, part of the liquid enters through the discharge valve 20 in tubing 19.

Как видно из описания принципа работы установки, при ходе плунжера вверх в надплунжерной и нагнетательной полостях давление одинаковое и равно давлению в нкт, следовательно, действующая сила на плунжер определяется произведением площади поперечного сечения нижней ступени на давление нкт.As can be seen from the description of the operation principle of the installation, when the plunger moves upward in the supraplunger and injection cavities, the pressure is the same and equal to the pressure in the tubing, therefore, the acting force on the plunger is determined by the product of the cross-sectional area of the lower stage and the tubing pressure.

Преимущества предлагаемого насосного агрегата заключаются в том, что данная конструкция обеспечивает надежность и долговечность работы скважинной насосной установки.The advantages of the proposed pump unit are that this design ensures the reliability and durability of the downhole pump unit.

Claims

A downhole pump installation, including tubing, a plunger pump containing a cylinder, a plunger, suction and discharge valves and driven by a drive including a reversible electric motor, a rolling screw-nut with a drive rod, placed in an oil-filled housing containing an elastic shell, dampers, the drive rod being connected to the plunger and sealed in the housing, characterized in that the plunger is hollow and stepped, the lower stage of which has a diameter diameter smaller than the upper stage and sealed in the cylinder, forming an annular cavity, and the cylinder is hermetically enclosed in a casing and is equipped with a transition cavity communicating with the supraplunger cavity through the bypass valve, and with the cavity of the tubing through the discharge valve, the transition cavity communicating with an annular cavity along the channel formed between the casing and the cylinder, and the holes made in the lower part of the cylinder, and the suction valve is located in the upper part of the plunger.