RU2716998C1

RU2716998C1 - Downhole sucker-rod pump for production of high-viscosity oil

Info

Publication number: RU2716998C1
Application number: RU2019122527A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Алексей Александрович Козлов; Роберт Загитович Нургалиев; Голия Ильдусовна Бикбулатова; Юлия Анатольевна Болтнева
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-03-17

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil industry and can be used in mechanized production of high-viscosity oil. Sucker-rod pump unit contains columns of pump pipes and rods, a cylinder with stages of different diameter installed one above another and two hollow plungers connected to each other, movably arranged in the cylinder and having suction and discharge valves. Cavity of the cylinder of larger diameter is interconnected with the cavity of the upper hollow plunger through the windows of the sub. Suction valve is made in the form of a disk rigidly connected to the mandrel centering the disk relative to the internal hole of the seat. Delivery ball valve is installed in upper part of hollow upper plunger of smaller diameter and has external diameter of the case larger than external diameter of upper hollow plunger.

EFFECT: increased operational reliability, simplified design and raised efficiency of operation, due to reduction of hydrodynamic losses, as a result of synchronous motion of fluid and string of columns, and hydraulic resistances.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может быть использовано при механизированной добыче высоковязкой нефти.The invention relates to the oil industry and can be used in the mechanized production of highly viscous oil.

Известна "Штанговая насосная установка" (патент RU №2175402, F04В 47/00. БИ №30, 27.10.2001 г.), содержащая колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера с всасывающим и нагнетательным клапанами, связанных между собой и с грузом, размещенным вне полости насосно- компрессорных труб, подвижно расположенных в цилиндре с образованием рабочих камер меньшего большего диаметров. При этом всасывающий и нагнетательный клапаны установлены в плунжере большого диаметра и выполнены одноразмерными, а полость в плунжере большего диаметра между клапанами сообщается с полостью, образованной цилиндрами двух ступеней, с помощью расположенных между клапанами отверстий, площадь поперечного сечения, которых больше площади поперечного сечения клапанов, при этом расстояние от верхнего конца плунжера большего диаметра до места сочленения равна длине хода плунжеров, груз выполнен одноразмерным по диаметру и связан с нижней частью плунжера большего диаметра, а ступень цилиндра большего диаметра снабжена фильтром, расположенным коаксиально грузу, с боковыми отверстиями, площадь поперечного сечения которых больше площади поперечного сечения отверстий нагнетательного клапана.The well-known "sucker rod pump installation" (patent RU No. 2175402, F04B 47/00. BI No. 30, 10.27.2001), containing columns of pump pipes and rods, a cylinder with steps of different diameters mounted one above the other, two hollow plungers with a suction and discharge valves, interconnected and with a load placed outside the cavity of the tubing, movably located in the cylinder with the formation of the working chambers of smaller larger diameters. In this case, the suction and discharge valves are installed in a large diameter plunger and are made one-dimensional, and the cavity in the larger diameter plunger between the valves communicates with the cavity formed by the cylinders of two stages by means of holes located between the valves, the cross-sectional area, which is larger than the cross-sectional area of the valves, the distance from the upper end of the larger diameter plunger to the joint is equal to the stroke length of the plungers, the load is made one-dimensional in diameter and is connected with the lower part the plunger of a larger diameter, and the cylinder step of a larger diameter is equipped with a filter located coaxially with the load, with side openings whose cross-sectional area is larger than the cross-sectional area of the discharge valve openings.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что во всасывающем клапане использована пара "седло - шарик", что существенно ограничивает проходные сечения клапанного узла, а это значит дополнительные гидравлические сопротивления в клапанном узле. Кроме того комплект грузов увеличивает габариты насоса, в какой - мере осложняя работы по монтажу и демонтажу насоса.The disadvantages of the prototype include the fact that in the suction valve a pair of "saddle-ball" is used, which significantly limits the bore sections of the valve assembly, which means additional hydraulic resistance in the valve assembly. In addition, a set of weights increases the dimensions of the pump, to some extent complicating the installation and dismantling of the pump.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности скважинного штангового насоса снижение гидродинамических потерь в нагнетательном и во всасывающем клапанах, упрощение конструкции (отсутствие комплекта грузов).The objective of the invention is to increase the operational reliability of a downhole sucker rod pump, reduce hydrodynamic losses in the discharge and suction valves, simplify the design (lack of a set of cargoes).

Поставленная задача решается усовершенствованием, штанговой насосной установки, содержащей колонны насосных труб и штанг, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра, два полых плунжера, связанных между собой и имеющие всасывающий и нагнетательный клапаны, при этом полость цилиндра большего диаметра сообщается с полостью верхнего полого плунжера через окна переводника, причем всасывающий клапан выполнен в виде диска, жестко связанного с оправкой центрирующей диск, относительно внутреннего отверстия седла, при этом диск, герметично взаимодействует с соответствующей ему внутренней кромкой седла, закрепленного в корпусе клапана, при ходе колонны штанг, с плунжерной сборкой, а нагнетательный шариковый клапан установлен выше верхнего полого плунжера меньшего диаметра и имеет наружный диаметр корпуса больше наружного диаметра верхнего полого плунжера.The problem is solved by the improvement of a sucker rod pump installation containing columns of pump pipes and rods, a cylinder with steps of different diameters mounted one above the other, two hollow plungers connected to each other and having suction and discharge valves, while the cylinder cavity of a larger diameter communicates with the cavity of the upper a hollow plunger through the windows of the sub, moreover, the suction valve is made in the form of a disk rigidly connected to the mandrel of the centering disk relative to the inner hole of the seat, with this disk, hermetically interacts with the corresponding inner edge of the seat, mounted in the valve body, during the course of the rod string, with the plunger assembly, and the discharge ball valve is installed above the upper hollow plunger of smaller diameter and has an outer diameter of the body larger than the outer diameter of the upper hollow plunger.

Новым техническим решением является то, что всасывающий клапан выполнен с запорным элементом в виде диска снабженного центрирующей оправкой, причем нагнетательный шариковый клапан установлен в верхней части полого верхнего плунжера меньшего диаметра и имеет наружный диаметр корпуса больше наружного диаметра верхнего полого плунжераA new technical solution is that the suction valve is made with a locking element in the form of a disk equipped with a centering mandrel, and the discharge ball valve is installed in the upper part of the hollow upper plunger of smaller diameter and has an outer diameter of the body larger than the outer diameter of the upper hollow plunger

На фиг. 1 представлена схема продольного разреза насоса (ход вниз),In FIG. 1 shows a diagram of a longitudinal section of a pump (down stroke),

На фиг. 2 - схема продольного разреза насоса (ход вверх - нагнетание)In FIG. 2 is a diagram of a longitudinal section of the pump (upward stroke - discharge)

На фиг. 3 - поперечное сечение А-А (см. фиг. 2).In FIG. 3 is a cross section AA (see FIG. 2).

Предлагаемая штанговая насосная установка содержит короткий цилиндр малого диаметра 1 (см. фиг. 1), соединенный с цилиндром большого диаметра 2, муфтой переводником 3. Полый плунжер малого диаметра 4 и полый плунжер 5 - большого диаметра, подвижно расположенные в соответствующим им цилиндрах 1 и 2, жестко связаны между собой посредством переводника с окнами и размещенным ниже всасывающего дискового клапана - 6. Клапан всасывающий дисковый - 6 содержит корпус - 7, запорный орган- диск - 8, седло - 9 и оправку центрирующую - 10, при этом седло 9 фиксируется в корпусе клапана 7 полым плунжером большого диаметра 5. Оправка центрирующая 10 выполнена в виде элемента с продольными выборками - 11, а получившиеся при этом продольные ребра - 12, обеспечивают центрирование оправки 10 относительно внутреннего канала седла 9 и внутренней поверхности полого плунжера большого диаметра 5, а нижние концы продольных направляющих ребер оправки центрирующей 10 выполнены с выступами во внешнюю сторону - 13, которые ограничивают ход вверх диска 8. При этом в верхней части оправки центрирующей жестко прикреплен запорный элемент-диск 8. Колонна насосных штанг - 14 жестко связана через стандартный шариковый нагнетательный клапан - 15 с верхним полым плунжером 4. Насос устанавливается в колонне НКТ - 16, с фиксацией его в опоре замковой (не показана), размещенной в нижней части колонны НКТ 16.The proposed sucker rod pump installation contains a short cylinder of small diameter 1 (see Fig. 1), connected to a cylinder of large diameter 2, a coupling sub 3. Hollow plunger of small diameter 4 and hollow plunger 5 of large diameter, movably located in their respective cylinders 1 and 2, are rigidly interconnected by means of a sub with windows and located below the suction disk valve 6. The suction disk valve 6 contains a body 7, a locking body disk 8, a saddle 9, and a centering mandrel 10, while the saddle 9 is fixed in the valve body 7, a hollow plunger of large diameter 5. The mandrel centering 10 is made in the form of an element with longitudinal samples - 11, and the resulting longitudinal ribs - 12, center the mandrel 10 relative to the inner channel of the seat 9 and the inner surface of the hollow plunger of large diameter 5, and the lower ends of the longitudinal guide ribs of the mandrel of the centering 10 are made with protrusions in the outer side - 13, which limit the upward movement of the disk 8. At the same time in the upper part of the mandrel of the centering is fixed shut disk element 8. The column of sucker rods - 14 is rigidly connected through a standard ball discharge valve - 15 to the upper hollow plunger 4. The pump is installed in the tubing string - 16, with its fixation in the support of the castle (not shown) located in the lower part of the tubing string 16.

Работает штанговая насосная установка следующим образом.The sucker rod pump unit operates as follows.

В скважину (не показана) насос спускают на колонне штанг 14 в требуемый интервал до посадки в устройство закрепления (не показано).In the well (not shown), the pump is lowered on the rod string 14 to the required interval before landing in the fixing device (not shown).

Скважинный штанговый насос работает следующим образом. При ходе колонны штанг с плунжерной сборкой вверх всасывающий дисковый клапан 6 закрывается под действием избыточного давления в полости цилиндра большого диаметра 2, а клапан шариковый нагнетательный 15 открывается, порция скважин ной жидкости при этом выдавливается в полость насосных труб 16, добываемая жидкость и колонна штанг движутся синхронно к устью скважины.Downhole sucker rod pump operates as follows. During the course of the rod string with the plunger assembly upward, the suction disk valve 6 closes under the action of excessive pressure in the cavity of the cylinder of large diameter 2, and the ball pressure valve 15 opens, a portion of the borehole fluid is extruded into the cavity of the pump tubes 16, the produced fluid and the rod string move synchronously to the wellhead.

При ходе колонны штанг и плунжерной сборки вниз, столб жидкости в колонне насосных труб удерживается нагнетательным шариковым клапаном 15, клапан нагнетательный дисковый 6 открывается, по воздействием забойного давления так, как давление столба жидкости воспринимается нагнетательным шариковым клапаном 15. При этом давление столба жидкости, при закрытом нагнетательным шариковым клапане 15, суммируется с весом колонны штанг, что в итоге обеспечивает стабильную работу насоса в целом, исключая при этом эффект "зависания" штанговой колонны, кроме того снижается гидродинамическое трение, а также это приводит к увеличению минимальной нагрузки на колонну и как следствие - снижение амплитуды нагрузок, уменьшение потребления электроэнергии. Кроме того использование в конструкции насоса стандартного нагнетательного шарикового клапана увеличенного типоразмера, размещенного вне полости цилиндров существенно снижает гидравлическое сопротивление в проходных каналах насоса в целом.During the course of the rod string and plunger assembly downward, the liquid column in the pump pipe string is held by a discharge ball valve 15, the discharge disk valve 6 is opened due to bottomhole pressure, since the pressure of the liquid column is perceived by the pressure ball valve 15. In this case, the liquid column pressure at closed discharge ball valve 15, is summed with the weight of the rod string, which ultimately ensures the stable operation of the pump as a whole, eliminating the effect of the "freezing" of the rod string, cr IU of hydrodynamic friction is reduced, and this leads to an increase in the minimum load on the column and as a consequence - reducing the stress amplitude, reduction of power consumption. In addition, the use in the design of the pump of a standard pressure ball valve of increased size, placed outside the cylinder cavity, significantly reduces the hydraulic resistance in the passageways of the pump as a whole.

Технико-экономические показатели предлагаемого решения заключаются в повышении эксплуатационной надежности, упрощение конструкции и экономичности в работе, за счет снижения гидродинамических потерь (синхронное движение жидкости и колонны штанг) и гидравлических сопротивлений.Technical and economic indicators of the proposed solution are to increase operational reliability, simplifying the design and economy in operation, by reducing hydrodynamic losses (synchronous movement of the fluid and the rod string) and hydraulic resistance.

Claims

A sucker-rod pumping unit containing columns of pumping tubes and rods, a cylinder with stages of different diameters mounted one above the other, two hollow plungers interconnected and having suction and discharge valves, while the cavity of the large-diameter cylinder communicates with the cavity of the upper hollow plunger through the windows of the sub characterized in that the suction valve is made in the form of a disk rigidly connected with a mandrel centering the disk relative to the inner hole of the seat, while the disk hermetically interacts r to its corresponding inner edge of the seat embodied in the valve body, with the course of the rod string and up the upper hollow plunger and the discharge ball valve is installed above the top of the hollow plunger of smaller diameter and has an outer diameter greater than the outer diameter of the housing upper hollow plunger.