RU2773593C1 - Method for operation of a rod pumping unit - Google Patents

Method for operation of a rod pumping unit Download PDF

Info

Publication number
RU2773593C1
RU2773593C1 RU2021118469A RU2021118469A RU2773593C1 RU 2773593 C1 RU2773593 C1 RU 2773593C1 RU 2021118469 A RU2021118469 A RU 2021118469A RU 2021118469 A RU2021118469 A RU 2021118469A RU 2773593 C1 RU2773593 C1 RU 2773593C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
pumping unit
flow line
compensator
rod
Prior art date
Application number
RU2021118469A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Камил Рахматуллович Уразаков
Данила Денисович Горбунов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2773593C1 publication Critical patent/RU2773593C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry and can be used in the operation of wells equipped with downhole rod pumps (DRP). To implement the method for operation of a rod pumping unit, a spring compensator is installed using a tap, a flange connection and a support on an exhaust line consisting of two sections with different values of the diameters of the conditional passage. The liquid enters the expanded section of the exhaust line, after which the flow loses part of its velocity, reducing pressure pulsation. With the steady dynamics of pressure pulsation change, the liquid alternately moves into the cavity of the spring compensator and is displaced due to the elastic forces of the springs at the time of the absence of pump supply, thereby equalizing the pressure. Then, with the help of a transition, the liquid passes from the expanded section to the narrowed section of the exhaust line to preserve throughput. The spring compensator is located at a minimum fixed distance from the wellhead equipment to ensure the least pressure pulsations. The selection of the values of the diameters of the exhaust line, the distance between the spring compensator and the wellhead equipment is calculated based on the dependence of the function of pressure drops at the outlet of the rod pumping unit on time, taking into account the technical and technological parameters of the pumping unit, as well as the rheological properties of the liquid affecting the amplitude of pressure pulsations.
EFFECT: decrease in the pressure pulsation of the rod installations and an increase in the reliability of the exhaust line and an increase in its total service life.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли и может быть использовано при эксплуатации скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов (УСШН), для повышения эффективности и надежности эксплуатации, снижения нагрузок на насосное оборудование, повышения долговечности выкидной линии.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the operation of wells equipped with downhole rod pump units (USSHP) to increase the efficiency and reliability of operation, reduce the load on pumping equipment, increase the durability of the flow line.

Известна скважинная штанговая насосная установка, содержащая насос, колонны насосных труб и штанг, пневмокомпенсатор с терморегулятором, размещенный на нагнетательной линии на устье скважины в условиях низких температур для снижения пульсации давления. Пневмокомпенсатор оборудован автоматической системой поддержания рабочего давления, состоящей из нагревательного элемента и термодатчика (RU 2724159, 22.06.2020).Known downhole sucker-rod pumping unit, containing a pump, columns of pumping pipes and rods, a pneumatic compensator with a temperature controller, placed on the injection line at the wellhead at low temperatures to reduce pressure pulsation. The pneumatic compensator is equipped with an automatic operating pressure maintenance system, consisting of a heating element and a temperature sensor (RU 2724159, 06/22/2020).

Недостатками указанного технического решения являются невозможность гасить пульсацию давления в широких диапазонах, повышенные энергетические и экономические затраты на поддержание постоянной температуры, сложность системы при эксплуатации.The disadvantages of this technical solution are the inability to dampen the pressure pulsation in a wide range, increased energy and economic costs for maintaining a constant temperature, the complexity of the system during operation.

Известен способ добычи нефти с использованием штангового глубинного насоса, включающий изменение частоты вращения кривошипа станка-качалки и согласованное с ним через изменение угловой скорости качания балансира изменение скорости возвратно-поступательного движения устьевого штока. Частоту вращения кривошипа и согласованную с ней скорость возвратно-поступательного движения штока изменяют по синусоидальному закону, плавно ускоряя рабочий ход, при котором поступательное движение штока вверх достигает максимальной скорости при вертикальном положении шатуна и кривошипа в нижней точке, и пропорционально замедляя холостой ход. При этом достигается значительное уменьшение перегрузок на насосные штанги и привод в целом, которые имеют место в конце холостого хода вниз и в начале рабочего хода вверх при использовании традиционных технологий (RU 2381383, 10.02.2010).A known method of oil production using a sucker rod pump, including a change in the frequency of rotation of the crank of the pumping unit and consistent with it through the change in the angular velocity of the swing of the balancer, the change in the speed of the reciprocating movement of the wellhead rod. The frequency of rotation of the crank and the speed of the reciprocating movement of the rod matched with it is changed according to a sinusoidal law, smoothly accelerating the working stroke, at which the translational movement of the rod upwards reaches its maximum speed with the vertical position of the connecting rod and the crank at the bottom point, and proportionally slowing down the idling. This achieves a significant reduction in overloads on the sucker rods and the drive as a whole, which occur at the end of the idle stroke down and at the beginning of the stroke upwards when using traditional technologies (RU 2381383, 10.02.2010).

Недостатком указанного способа является неравномерное изменение скорости жидкости, отклонение от ее средней величины, что приводит к перепадам давления на выкидной линии и снижению ее надежности.The disadvantage of this method is the uneven change in the velocity of the liquid, the deviation from its average value, which leads to pressure drops in the flow line and reduce its reliability.

Известна скважинная штанговая насосная установка, содержащая насос, колонны насосных труб и штанг, вертикальный пружинный компенсатор, установленный на нагнетательной линии с помощью отвода и фланцевого соединения. Пружинный компенсатор оборудован тремя пружинами сжатия с вертикальным расположением для равномерного распределения продольной нагрузки, сжатие которых происходит при низком, среднем и высоком диапазоне колебаний давления соответственно (RU 2743115, 15.02.2021).Known downhole rod pumping unit containing a pump, columns of pumping pipes and rods, a vertical spring compensator installed on the injection line with a tap and a flange connection. The spring compensator is equipped with three vertically arranged compression springs for uniform distribution of the longitudinal load, the compression of which occurs at low, medium and high pressure fluctuation ranges, respectively (RU 2743115, 02/15/2021).

Недостатком указанного технического решения является однотипная конструкция выкидной линии с постоянным значением диаметра, что не позволяет в некоторой степени снизить скорость потока жидкости и, как следствие, перепад давления.The disadvantage of this technical solution is the same type of flow line design with a constant diameter value, which does not allow to some extent to reduce the fluid flow rate and, consequently, the pressure drop.

Решаемой задачей изобретения является снижение пульсации давления штанговых установок, повышение надежности выкидной линии и увеличение ее суммарного рабочего ресурса, а также снижение затрат на техническое обслуживание устьевого оборудования.The objective of the invention is to reduce the pressure pulsation of rod installations, increase the reliability of the flow line and increase its total working life, as well as reduce the cost of maintenance of wellhead equipment.

Указанная задача решается тем, что в способе эксплуатации штанговой насосной установкой, включающем установку пружинного компенсатора на выкидной линии, согласно изобретению пружинный компенсатор устанавливают на выкидную линию, состоящую из двух участков, выполняемую с различными значениями диаметров условного прохода для снижения пульсации давления, и располагают на минимальном фиксированном расстоянии от устьевой арматуры, при этом выкидная линия содержит переход для плавного изменения скорости потока жидкости, а подбор значений большего и меньшего диаметров участков выкидной линии и расстояния от компенсатора до устьевой арматуры производят расчетным путем с помощью функции зависимости перепада давления на выходе насосной установки от времени, с учетом требуемых технических и технологических параметров насосной установки и данных о перекачиваемой жидкости и ее реологических свойствах, влияющих на амплитуду пульсации давления.This problem is solved by the fact that in the method of operating a sucker-rod pumping unit, including the installation of a spring compensator on the flow line, according to the invention, the spring compensator is installed on the flow line, consisting of two sections, performed with different nominal diameters to reduce pressure pulsation, and placed on the minimum fixed distance from the wellhead valve, while the flowline contains a transition for a smooth change in the fluid flow rate, and the selection of values of larger and smaller diameters of the sections of the flowline and the distance from the compensator to the wellhead valve is carried out by calculation using the dependence function of the pressure drop at the outlet of the pumping unit from time to time, taking into account the required technical and technological parameters of the pumping unit and data on the pumped liquid and its rheological properties that affect the amplitude of the pressure pulsation.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид скважинной штанговой насосной установки и выкидной линии, оборудованной пружинным компенсатором. На фиг. 2 показана динамика колебаний давления на выходе штанговой насосной установки при различных значениях расстояния от устьевой арматуры; на фиг. 3 показана динамика колебаний давления на выходе штанговой насосной установки при различных значениях диаметра расширенной части выкидной линии; на фиг. 4 и фиг. 5 представлены зависимости амплитуд колебаний давления от значения расстояния от устьевой арматуры и диаметра выкидной линии, соответственно.In FIG. 1 schematically shows a general view of a downhole rod pumping unit and a flow line equipped with a spring compensator. In FIG. 2 shows the dynamics of pressure fluctuations at the outlet of a sucker-rod pumping unit for various values of the distance from the wellhead; in fig. 3 shows the dynamics of pressure fluctuations at the outlet of a sucker-rod pumping unit for various values of the diameter of the expanded part of the flow line; in fig. 4 and FIG. 5 shows the dependences of the amplitudes of pressure fluctuations on the value of the distance from the wellhead valve and the diameter of the flow line, respectively.

Конструкция скважинной штанговой насосной установки:The design of the borehole rod pumping unit:

1 - станок - качалка;1 - machine - rocking chair;

2 - устьевая арматура;2 - wellhead fittings;

3 - колонна насосных труб;3 - a column of pumping pipes;

4 - пружинный компенсатор;4 - spring compensator;

5 - опора;5 - support;

6 - отвод от выкидной линии к пружинному компенсатору;6 - outlet from the flow line to the spring compensator;

7 - участок выкидной линии с диаметром, превышающим диаметр основной выкидной линии;7 - section of the flow line with a diameter exceeding the diameter of the main flow line;

8 - переход;8 - transition;

9 - участок основной выкидной линии;9 - section of the main flow line;

10 - надземный отвод;10 - overhead outlet;

11 - подземный отвод.11 - underground outlet.

Скважинная штанговая насосная установка (фиг. 1) состоит из станка-качалки 1, включая устьевую арматуру 2 и колонну насосно-компрессорных труб 3. Пружинный компенсатор 4, монтированный на расширенный участок выкидной линии с диаметром, превышающий диаметр основной выкидной линии 7, оборудован опорой 5, устанавливаемой под отвод 6. Для сохранения производительности и пропускной способности трубопроводной системы выкидная линия снабжается переходом 8 на суженный участок основной выкидной линии 9.The downhole rod pumping unit (Fig. 1) consists of a pumping unit 1, including wellhead fittings 2 and a tubing string 3. 5, installed under the outlet 6. To maintain the productivity and throughput of the pipeline system, the flow line is provided with a transition 8 to the narrowed section of the main flow line 9.

Для обеспечения удобства обслуживания устьевой арматуры при ее эксплуатации, а также проезда различной техники, выкидная линия проложена как надземными, так и подземными способами с помощью надземного и подземного отводов 10, 11 соответственно.To ensure the convenience of maintenance of wellhead fittings during its operation, as well as the passage of various equipment, the flow line was laid both by above-ground and underground methods using above-ground and underground outlets 10, 11, respectively.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Скважинная штанговая насосная установка 1 подает жидкость в выкидную линию, состоящую из двух участков, с установленным на ней пружинным компенсатором 4 с помощью отвода 6 и фланцевого соединения. Жидкость поступает в расширенный участок 7 выкидной линии с диаметром, превышающим диаметр основной выкидной линии 9, теряя часть своей скорости вследствие возникновения местного расширения, тем самым несколько снижая значение пульсации давления. В виду возникновения пульсаций, некоторый объем жидкости попеременно поступает в полость пружинного компенсатора 4 и вытесняется с помощью работы сил упругости пружин в момент отсутствия подачи насоса, тем самым приближая амплитуду колебаний давления к ее среднему значению. Перемещение, скорость и ускорение поршня компенсатора 4 определяется с помощью уравнения движения компенсатора с учетом потерь от трения поршня о стенки корпуса, сжимаемости газа в его верхней секции, а также влияния параметров (диаметра и массы поршня, жесткости пружин) на динамику его работы:Downhole rod pumping unit 1 supplies fluid to the flow line, consisting of two sections, with a spring compensator 4 installed on it using a branch 6 and a flange connection. The liquid enters the expanded section 7 of the flow line with a diameter greater than the diameter of the main flow line 9, losing part of its velocity due to the occurrence of local expansion, thereby slightly reducing the value of the pressure pulsation. In view of the occurrence of pulsations, a certain volume of liquid alternately enters the cavity of the spring compensator 4 and is displaced by the work of the elastic forces of the springs at the moment of the absence of pump supply, thereby bringing the amplitude of pressure fluctuations closer to its average value. The movement, speed and acceleration of the compensator piston 4 is determined using the equation of motion of the compensator, taking into account losses from the friction of the piston against the walls of the housing, the compressibility of the gas in its upper section, as well as the influence of parameters (diameter and mass of the piston, spring stiffness) on the dynamics of its work:

Figure 00000001
Figure 00000001

где mп.к. - масса поршня компенсатора, кг;where m a.c. - weight of the compensator piston, kg;

Figure 00000002
- ускорение поршня компенсатора, м/с2;
Figure 00000002
- acceleration of the compensator piston, m/s 2 ;

хп.к - перемещение поршня компенсатора, м;x p.k - displacement of the compensator piston, m;

Ап.к - площадь поперечного сечения поршня компенсатора, м2;A p.k - cross-sectional area of the compensator piston, m 2 ;

pвыкид.вых - давление на выходе из клапана насоса, Па;p expiration - pressure at the outlet of the pump valve, Pa;

рг - давление газа в верхней секции компенсатора, Па;p g - gas pressure in the upper section of the compensator, Pa;

сп - суммарная жесткость пружин, Н/м;c p - total stiffness of springs, N/m;

dк.шт - диаметр уплотнения штока компенсатора, м;d k.sht - diameter of the compensator rod seal, m;

Dк.п - диаметр уплотнения поршня компенсатора, м;D c.p - diameter of the compensator piston seal, m;

bк/шт - ширина уплотнения штока компенсатора, м;b c/pc - compensator rod seal width, m;

bк.п - ширина уплотнения поршня компенсатора, м;b k.p - width of the compensator piston seal, m;

k - коэффициент трения.k is the coefficient of friction.

После вытеснения жидкости поршнем из полости компенсатора в момент такта всасывания насоса, дальнейшее ее движение осуществляется с помощью перехода 8, для постепенного набора скорости без резких перепадов, с последующим истечением в суженную основную часть выкидной линии 9.After the liquid is displaced by the piston from the cavity of the compensator at the moment of the suction stroke of the pump, its further movement is carried out using transition 8, for a gradual increase in speed without sharp drops, followed by outflow into the narrowed main part of the flow line 9.

Пружинный компенсатор 4 располагается на фиксированном расстоянии L от устьевой арматуры 2, а также оборудуется опорой 5 для снижения статичных весовых нагрузок на выкидную линию и повышения долговечности ее соединительных элементов. Подбор оптимального расположения пружинного компенсатора относительно устьевой арматуры является необходимым, так как повышение амплитуды давления происходит и при увеличении указанного расстояния L. Для обеспечения возможности проезда специализированных агрегатов при строительстве и ремонте вновь сооружаемых и существующих выкидных линий, а также обслуживания устьевой арматуры предусмотрены надземные и подземные способы прокладки выкидной линии с помощью надземных и подземных отводов 10, 11 соответственно.The spring compensator 4 is located at a fixed distance L from the wellhead valve 2, and is also equipped with a support 5 to reduce static weight loads on the flow line and increase the durability of its connecting elements. The selection of the optimal location of the spring compensator relative to the wellhead is necessary, since the increase in pressure amplitude occurs with an increase in the specified distance L. To ensure the passage of specialized units during the construction and repair of newly constructed and existing flow lines, as well as maintenance of the wellhead ways of laying a flow line using above-ground and underground outlets 10, 11, respectively.

Подбор значений большего и меньшего диаметров выкидной линии, а также фиксированного расстояния L от устьевой арматуры 2 до пружинного компенсатора 4 осуществляется на основе зависимости функции перепадов давления от времени при эксплуатации штанговой насосной установки с учетом балансов расходов жидкости, а также требуемой производительности. Перепады давления определяются следующей функцией, зависящей от факторов, влияющих на пульсацию: сжимаемости, вязкости, плотности жидкости, параметров пружинного компенсатора, а также конструкции плунжера насоса, колон штанг и НКТ:The selection of values of larger and smaller diameters of the flow line, as well as a fixed distance L from the wellhead valve 2 to the spring compensator 4 is based on the dependence of the function of pressure drops on time during the operation of the sucker rod pumping unit, taking into account the balances of fluid flow rates, as well as the required performance. Pressure drops are determined by the following function, depending on the factors affecting the pulsation: compressibility, viscosity, liquid density, parameters of the spring compensator, as well as the design of the pump plunger, rod strings and tubing:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Еж - сжимаемость жидкости, МПа-1;where E W is the compressibility of the liquid, MPa -1 ;

Vж - объем поступившей жидкости, м3;V W - the volume of the incoming liquid, m 3 ;

α - коэффициент расхода жидкости через клапан;α is the coefficient of fluid flow through the valve;

p - плотность нагнетаемой жидкости, кг/м3;p - density of injected fluid, kg/m 3 ;

μ - динамическая вязкость, Па⋅с;μ - dynamic viscosity, Pa⋅s;

Figure 00000004
- угловая скорость рад/с;
Figure 00000004
- angular velocity rad/s;

r - радиус кривошипа, м;r - crank radius, m;

t - время, с;t - time, s;

μ - динамическая вязкость, Па⋅с;μ - dynamic viscosity, Pa⋅s;

Figure 00000005
- площадь кольцевого сечения между внутренним диаметром цилиндра насоса и наружным диаметром штанг, м2;
Figure 00000005
- area of the annular section between the inner diameter of the pump cylinder and the outer diameter of the rods, m 2 ;

Ап.к - площадь поперечного сечения поршня компенсатора, м2;A p.k - cross-sectional area of the compensator piston, m 2 ;

ƒкл - площадь поперечного сечения нагнетательного клапана, м2;ƒ cl - cross-sectional area of the discharge valve, m 2 ;

хп.к - перемещение поршня компенсатора, м;x p.k - displacement of the compensator piston, m;

dц - внутренний диаметр цилиндра насоса, м;d c - inner diameter of the pump cylinder, m;

dшт - наружный диаметр колонны насосных штанг, м;d pcs - outer diameter of the pump rod string, m;

Dнкт - внутренний диаметр колонны НКТ, м;D tubing - inner diameter of the tubing string, m;

Dвыкид.расшир - внутренний диаметр расширенного выкидного трубопровода, м;D outflow.expand - inner diameter of the expanded outflow pipeline, m;

Dвыкид.суж _ внутренний диаметр суженного выкидного трубопровода, м;D constricted flowpipe _ internal diameter of the constricted flowline, m;

Dнгс - внутренний диаметр нефтегазосборного трубопровода, м;D ngs - internal diameter of the oil and gas gathering pipeline, m;

L - расстояние от устьевой арматуры до пружинного компенсатора, м;L - distance from the wellhead fittings to the spring compensator, m;

Lвыкид - длина выкидной линии (расстояние от пружинного компенсатора до точки подключения к измерительной установке), м;L discharge - the length of the discharge line (distance from the spring compensator to the point of connection to the measuring installation), m;

Lнгс - длина нефтегазосборного трубопровода (расстояние от точки подключения выкидной линии к измерительной установке до узла запорной арматуры), м;L ngs is the length of the oil and gas gathering pipeline (distance from the point of connection of the flow line to the measuring installation to the stop valve assembly), m;

L нкт - длина колонны НКТ, м;L tubing - tubing string length, m;

pкл.вх - давление на входе в клапан, соответствующее давлению в полости насоса, Па;p class.in - pressure at the inlet to the valve, corresponding to the pressure in the cavity of the pump, Pa;

pкл.вых - давление на выходе из клапана насоса, Па;p cl.out - pressure at the outlet of the pump valve, Pa;

pкс.вх - давление на входе в кольцевом сечении между колонной штанг и НКТ, соответствующее давлению на выходе из клапана, Па;p ks.in - inlet pressure in the annular section between the rod string and the tubing, corresponding to the pressure at the outlet of the valve, Pa;

pкс.вых - давление на выходе кольцевого сечения между колонной штанг и НКТ, Па;p ks.out - pressure at the outlet of the annular section between the rod string and the tubing, Pa;

pвыкид.расшир.вх - давление на входе расширенной выкидной линии, соответствующее давлению на выходе из кольцевого сечения между колонной штанг и НКТ, Па;p outflow expand.in - pressure at the inlet of the expanded flow line, corresponding to the pressure at the outlet of the annular section between the rod string and tubing, Pa;

pвыкид.расшир.вых - давление на выходе расширенной выкидной линии, Па;p vykd.expansion.out - pressure at the outlet of the expanded flow line, Pa;

pвыкид.суж.вх - давление на входе суженной выкидной линии, соответствующее давлению на выходе расширенной части выкидной линии, Па;p vykid.narrow.in - pressure at the inlet of the narrowed flow line, corresponding to the pressure at the outlet of the expanded part of the flow line, Pa;

pвыкид.суж.вых - давление на выходе суженной выкидной линии, Па;p vykid.suzh.vyh - pressure at the outlet of the narrowed flow line, Pa;

pнгс.вх - давление на входе нефтегазосборного трубопровода, соответствующее давлению на выходе АГЗУ, Па;p ngs.in - pressure at the inlet of the oil and gas gathering pipeline, corresponding to the pressure at the outlet of the AGZU, Pa;

pнгс.вых - давление на выходе нефтегазосборного трубопровода, соответствующее давлению на приеме станции учета, Па.p ngs.out - pressure at the outlet of the oil and gas gathering pipeline, corresponding to the pressure at the reception of the metering station, Pa.

Пример осуществления способа.An example of the implementation of the method.

Осуществлено математическое моделирование процесса изменения динамики давления на выходе штанговой скважинной насосной установки при ее эксплуатации, оборудованной пружинным компенсатором, установленным на расширенную часть выкидной линии. Конструкция скважины: диаметр НКТ 48 мм, глубина 1000 м. Технологический режим работы: длина хода головки балансира 2 м, число качаний в минуту 12, диаметр плунжера 38 мм, средний диаметр насосных штанг 22 мм. Давление на приеме насоса составляет 9 МПа. Свойства жидкости: плотность перекачиваемой жидкости 900 кг/м3, коэффициент ее сжимаемости 550 МПа-1, значение динамической вязкости варьировалась в пределах (5…155)-10-3 Па⋅с.Mathematical modeling of the process of changing the pressure dynamics at the outlet of a sucker-rod pumping unit during its operation, equipped with a spring compensator installed on the expanded part of the flow line, is carried out. Well design: tubing diameter 48 mm, depth 1000 m. Technological operation mode: stroke length of the balancer head 2 m, number of strokes per minute 12, plunger diameter 38 mm, average diameter of sucker rods 22 mm. The pressure at the pump intake is 9 MPa. Liquid properties: density of pumped liquid 900 kg/m 3 , coefficient of its compressibility 550 MPa -1 , value of dynamic viscosity varied within (5…155)-10 -3 Pa⋅s.

На фиг. 2 показана динамика колебаний давления на выходе штанговой насосной установки при различных значениях расстояния от устьевой арматуры и динамической вязкости равной 80 мПа⋅с, получены: 12 – график функции давления при значении расстояния L=0,5 м; 13 - график функции давления при значении расстояния L=3 м; 14 - график функции давления при значении расстояния L=5,5 м. Из представленных зависимостей видно, что с увеличением расстояния увеличивается и прирост давления на величину 0,003-0,005 МПа.In FIG. 2 shows the dynamics of pressure fluctuations at the outlet of the sucker-rod pumping unit at various values of the distance from the wellhead fittings and dynamic viscosity equal to 80 mPa⋅s; 13 is a graph of the pressure function at a distance value L=3 m; 14 is a graph of the pressure function at a distance value of L=5.5 m. It can be seen from the presented dependencies that with increasing distance, the pressure increase also increases by 0.003-0.005 MPa.

На фиг. 3 показана динамика колебаний давления на выходе штанговой насосной установки при различных значениях диаметра расширенной части выкидной линии и динамической вязкости равной 80 мПа⋅с, получены: 15 - график функции давления при значении диаметра Dвыкид=114 мм; 16 - график функции давления при значении диаметра Dвыкид=89 мм; 17 - график функции давления при значении диаметра Dвыкид=57 мм. Из представленных зависимостей видно, что увеличение диаметра приводит к снижению амплитуды колебаний давления. При значении диаметра выкидной линии равной 114 мм пульсация давления составила около 3,06 МПа, а при меньшем значении диаметра, равным 57 мм пульсация равна более 3,13 МПа.In FIG. 3 shows the dynamics of pressure fluctuations at the outlet of a sucker-rod pumping unit for various values of the diameter of the expanded part of the flow line and a dynamic viscosity of 80 mPa⋅s ; 16 - graph of the function of pressure at the value of the diameter D discharge = 89 mm; 17 is a graph of the pressure function at a diameter value D ejection = 57 mm. It can be seen from the presented dependences that an increase in the diameter leads to a decrease in the amplitude of pressure fluctuations. With a flow line diameter of 114 mm, the pressure pulsation was about 3.06 MPa, and with a smaller diameter value of 57 mm, the pulsation was more than 3.13 MPa.

На фиг. 4 и фиг. 5 представлены зависимости амплитуд колебаний давления от значения расстояния от устьевой арматуры и диаметра выкидной линии соответственно. При подборе параметров выкидной линии и минимального расстояния от устьевой арматуры необходимо оперировать значением вязкости перекачиваемой жидкости. Расчет произведен для различных диапазонов значений динамической вязкости - малых, средних и высоких: 18, 21 - графики функции амплитуды при значении вязкости μ=5⋅10·-3 Па⋅с; 19, 22 - графики функции амплитуды при значении вязкости μ=80⋅10-3 Па⋅с; 20, 23 - графики функции амплитуды при значении вязкости μ=155⋅10-3 Па⋅с.In FIG. 4 and FIG. 5 shows the dependences of the amplitudes of pressure fluctuations on the value of the distance from the wellhead valve and the diameter of the flow line, respectively. When selecting the parameters of the flow line and the minimum distance from the wellhead fittings, it is necessary to operate with the value of the viscosity of the pumped liquid. The calculation was made for different ranges of dynamic viscosity - small, medium and high: 18, 21 - graphs of the amplitude function at the value of viscosity μ=5⋅10· -3 Pa⋅s; 19, 22 - graphs of the amplitude function at a viscosity value μ=80⋅10 -3 Pa⋅s; 20, 23 - graphs of the amplitude function at a viscosity value μ=155⋅10 -3 Pa⋅s.

Подбор параметров произведен следующим образом: выбран некоторый расчетный шаг для значений диаметра и расстояния, построены кривые, характеризующие зависимость амплитуды колебаний давления от диаметра или расстояния соответственно. На основе полученных кривых, по осям параметров (диаметра или расстояния) отложены перпендикулярные линии до пересечения с графиком функции с принятым расчетным шагом. Построены параллельные линии (относительно осей параметров) с принятым расчетным шагом до пересечения с осью амплитуды давления. На основе полученных данных производен анализ параметров, обеспечивающих минимальное значение амплитуды давления.The selection of parameters was carried out as follows: a certain calculated step was chosen for the values of the diameter and distance, curves were constructed that characterize the dependence of the amplitude of pressure fluctuations on the diameter or distance, respectively. On the basis of the obtained curves, along the parameter axes (diameter or distance), perpendicular lines are plotted until they intersect with the graph of the function with the accepted calculated step. Parallel lines are plotted (relative to the parameter axes) with the accepted calculated step up to the intersection with the pressure amplitude axis. On the basis of the data obtained, an analysis of the parameters providing the minimum value of the pressure amplitude is carried out.

В данном случае пружинный компенсатор следует располагать на расстоянии 0,5-2 м на расширенном участке выкидной линии с наружным диаметром 114 или 159 мм с переходом на суженный участок основной выкидной линии диаметром 89 мм, подобранного на основе требуемой производительности.In this case, the spring compensator should be located at a distance of 0.5-2 m on the extended section of the flow line with an outer diameter of 114 or 159 mm with a transition to a narrowed section of the main flow line with a diameter of 89 mm, selected on the basis of the required performance.

Предложенный способ эксплуатации штанговой насосной установки позволяет снизить пульсацию давления на ее выходе без изменений конструкции непосредственно самой установки, что подразумевает широкое применение не только лишь для проектируемых и вновь сооружаемых установок, но в том числе и для существующих. При этом реализация этого способа в промышленных масштабах не требует существенных затрат, что выгодно с точки зрения экономической эффективности. Снижение пульсации давления на выходе установки позволит уменьшить циклические нагрузки на трубопроводную систему, что повысит ее остаточный ресурс. Насосный агрегат также менее подвержен влиянию циклического нагружения со стороны потока нагнетаемой жидкости, что в целом повышает его надежность при эксплуатации.The proposed method for operating a sucker-rod pumping unit makes it possible to reduce the pressure pulsation at its outlet without changing the design of the unit itself, which implies wide application not only for designed and newly constructed plants, but also for existing ones. At the same time, the implementation of this method on an industrial scale does not require significant costs, which is beneficial from the point of view of economic efficiency. Reducing the pressure pulsation at the outlet of the installation will reduce the cyclic loads on the pipeline system, which will increase its residual life. The pumping unit is also less susceptible to the influence of cyclic loading from the side of the injected fluid flow, which generally increases its reliability during operation.

Claims (1)

Способ эксплуатации штанговой насосной установки, включающий установку пружинного компенсатора на выкидной линии, отличающийся тем, что пружинный компенсатор устанавливают на выкидную линию, состоящую из двух участков, выполненных с различными значениями диаметров условного прохода для снижения пульсации давления, и располагают на минимальном фиксированном расстоянии от устьевой арматуры, при этом выкидная линия содержит переход для плавного изменения скорости потока жидкости, а подбор значений большего и меньшего диаметров участков выкидной линии и расстояния от компенсатора до устьевой арматуры производят расчетным путем с помощью функции зависимости перепада давления на выходе насосной установки от времени, с учетом требуемых технических и технологических параметров насосной установки и данных о перекачиваемой жидкости и ее реологических свойствах, влияющих на амплитуду пульсации давления.A method for operating a sucker-rod pumping unit, including the installation of a spring compensator on the flow line, characterized in that the spring compensator is installed on the flow line, consisting of two sections made with different nominal diameters to reduce pressure pulsation, and located at a minimum fixed distance from the wellhead valves, while the flow line contains a transition for a smooth change in the fluid flow rate, and the selection of values of larger and smaller diameters of the sections of the flow line and the distance from the compensator to the wellhead valve is carried out by calculation using the function of the dependence of the pressure drop at the outlet of the pumping unit on time, taking into account the required technical and technological parameters of the pumping unit and data on the pumped liquid and its rheological properties that affect the amplitude of the pressure pulsation.
RU2021118469A 2021-06-23 Method for operation of a rod pumping unit RU2773593C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773593C1 true RU2773593C1 (en) 2022-06-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2381383C1 (en) * 2008-07-11 2010-02-10 Виктор Геннадиевич Гузь Method to produce oil using rod-type downhole pump and jack to this end (versions)
RU2553689C1 (en) * 2014-02-07 2015-06-20 Асгар Маратович Валеев Method of oil well operation
US20160084063A1 (en) * 2014-09-23 2016-03-24 Weatherford Technology Holdings, Llc Smarter slug flow conditioning and control
RU2724159C1 (en) * 2019-08-13 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Downhole sucker-rod pumping unit
RU2743115C1 (en) * 2020-08-04 2021-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Well sucker-rod pump with vertical spring pressure oscillation compensator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2381383C1 (en) * 2008-07-11 2010-02-10 Виктор Геннадиевич Гузь Method to produce oil using rod-type downhole pump and jack to this end (versions)
RU2553689C1 (en) * 2014-02-07 2015-06-20 Асгар Маратович Валеев Method of oil well operation
US20160084063A1 (en) * 2014-09-23 2016-03-24 Weatherford Technology Holdings, Llc Smarter slug flow conditioning and control
RU2724159C1 (en) * 2019-08-13 2020-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Downhole sucker-rod pumping unit
RU2743115C1 (en) * 2020-08-04 2021-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Well sucker-rod pump with vertical spring pressure oscillation compensator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3464900B1 (en) Double acting positive displacement fluid pump
US11098708B2 (en) Hydraulic pumping system with piston displacement sensing and control
RU162632U1 (en) SUSPENSION COMPRESSOR TO OIL WELL
RU176900U1 (en) OUTDOOR COMPRESSOR FOR GAS PUMPING FROM AN OTHER WELL OIL WELL
US11761317B2 (en) Decoupled long stroke pump
CA2563245A1 (en) Mechanically actuated diaphragm pumping system
US4530646A (en) Pump jack operated compressor
RU2773593C1 (en) Method for operation of a rod pumping unit
US10738575B2 (en) Modular top loading downhole pump with sealable exit valve and valve rod forming aperture
US9784254B2 (en) Tubing inserted balance pump with internal fluid passageway
Langbauer et al. Sucker rod antibuckling system: development and field application
US10883351B2 (en) Apparatus for transferring a reciprocating movement from a surface machinery to a downhole device and a method of producing well fluids
RU2353805C1 (en) Well rod depth pump plant
Timashev Method of calculating pneumatic compensators for plunger pumps with submersible drive
RU2357099C1 (en) Ground power unit of deep-well pump, mostly hydropiston or jet, for lifting of fluid from well with application of working fluid energy
RU2391557C1 (en) Compressor unit for compression of gas or gas-liquid mixture, which is intended for their pumping to well or pipeline
Biantoro et al. Performance Analysis of DN1750 and DN1800 Electric Submersible Pump for Production Optimization on the Oil Well
RU2700748C2 (en) Oil production system
RU2644797C1 (en) Oil well pump
RU2743115C1 (en) Well sucker-rod pump with vertical spring pressure oscillation compensator
RU2812819C1 (en) Method of well oil production
WO2012167445A1 (en) Plunger oil-well pump and its plunger
GB2119866A (en) Oil wells
Hu et al. Pressure Characteristics of Multistage Soft Plunger in an Oil Well Pump.
Timashev et al. Justification of reducing loads on the drive of downhole plunger installations with pneumatic compensators (Russian)