RU2788026C1

RU2788026C1 - Device for pumping gas from annnular space

Info

Publication number: RU2788026C1
Application number: RU2022121243A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Виктор Владимирович Белозеров; Аленик Григорьевич Газаров; Вероника Александровна Молчанова
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2023-01-16

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of oil and gas industry and is intended for pumping gas from the annulus of wells equipped with downhole rod pumps. In a device for pumping gas from the annulus of wells equipped with pumping units, including a compressor cylinder, a piston, working chambers formed by a piston and a compressor cylinder, a suction line with a valve connecting the compressor cylinder to the well annulus and a discharge line with a valve connecting the cylinder compressor with a flow line of the well, the compressor consists of two identical cylinders placed vertically symmetrically with respect to the polished rod and perpendicular to the plane of the major axis of the pumping unit, the pistons of the cylinders are connected by rods through a rocker arm fixedly fixed on the polished rod, and the lower ends of the two cylinders are placed as close as possible to surface of the well pad and fixed by the frame to each other.

EFFECT: increasing the reliability of the device for pumping gas from the annulus of wells and increasing the productivity of its work.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для откачки газа из затрубного пространства скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов.The invention relates to the field of oil and gas industry and is intended for pumping gas from the annulus of wells equipped with downhole rod pumps.

Известно устройство откачки газа из затрубного пространства скважин, оборудованных станками-качалками, включающее цилиндр, поршень, связанный с балансиром станка-качалки, рабочие камеры, образуемые поршнем и тыльной его стороной со стенками цилиндра, всасывающий газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр с затрубным пространством скважины и нагнетательный газопровод с клапаном. Устройство содержит дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы с клапанами и байпасные, по отношению к клапанам, газопроводы с запорными устройствами, при этом дополнительные всасывающие и нагнетательные газопроводы герметично соединяют часть цилиндра, ограниченную его стенками и тыльной стороной поршня, с всасывающими и нагнетательными газопроводами для сообщения обеих рабочих камер (патент RU №2170337, F21B 43/00, 10.07.2001).A device is known for pumping gas from the annulus of wells equipped with pumping units, including a cylinder, a piston connected to the balancer of the pumping unit, working chambers formed by the piston and its back side with the walls of the cylinder, a suction gas pipeline with a valve connecting the cylinder to the annulus of the well and a pressure gas pipeline with a valve. The device contains additional suction and discharge gas pipelines with valves and bypass, in relation to the valves, gas pipelines with shut-off devices, while additional suction and discharge gas pipelines hermetically connect the part of the cylinder, limited by its walls and the rear side of the piston, with the suction and discharge gas pipelines to communicate both working chambers (patent RU No. 2170337, F21B 43/00, 10.07.2001).

Недостатком данного изобретения является положение компрессора в задней части балансира, что приводит к повышенным нагрузкам на узлы привода штангового насоса и снижает надежность работы устройства. Также отсутствует возможность изменения длины хода штока компрессора, что отрицательно отражается на его производительности.The disadvantage of this invention is the position of the compressor in the rear part of the balancer, which leads to increased loads on the rod pump drive units and reduces the reliability of the device. There is also no possibility of changing the stroke length of the compressor rod, which negatively affects its performance.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для откачки газа из затрубного пространства (патент RU №2726720 от 10.01.2020), скважин, оборудованных станками-качалками, включающее цилиндр компрессора, поршень, связанный с балансиром станка-качалки, рабочие камеры, образуемые поршнем и цилиндром компрессора, всасывающий газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр компрессора с затрубным пространством скважины и нагнетательный газопровод с клапаном, соединяющий цилиндр компрессора с выкидной линией скважины. Компрессор установлен на переднем плече балансира станка-качалки, причем шток компрессора соединен с балансиром шатуном и двумя шарнирами, один из которых вместе с пальцем находится в ряде выполненных на балансире отверстий и соединяет балансир с шатуном, а второй находится на сочленении нижнего конца шатуна со штоком компрессора, который в свою очередь вместе с поршнем установлен в цилиндр соосно его оси за счет центраторов, расположенных на верхнем торце цилиндра, при этом цилиндр компрессора выполнен на стойках, находящихся на подвижной опоре, а шток компрессора обеспечен возможностью направления с помощью упомянутых центраторов.The closest in technical essence is a device for pumping gas from the annulus (patent RU No. 2726720 dated January 10, 2020), wells equipped with pumping units, including a compressor cylinder, a piston connected to the balancer of the pumping unit, working chambers formed by the piston and a compressor cylinder, a suction gas pipeline with a valve connecting the compressor cylinder with the annulus of the well, and a discharge gas pipeline with a valve connecting the compressor cylinder with the flow line of the well. The compressor is installed on the front arm of the balancer of the pumping unit, and the compressor rod is connected to the balancer by a connecting rod and two hinges, one of which, together with a pin, is located in a number of holes made on the balancer and connects the balancer to the connecting rod, and the second is located at the articulation of the lower end of the connecting rod with the rod the compressor, which, in turn, together with the piston, is installed in the cylinder coaxially with its axis due to centralizers located at the upper end of the cylinder, while the compressor cylinder is made on racks located on a movable support, and the compressor rod is provided with the possibility of guiding with the help of the mentioned centralizers.

Однако, длина хода головки балансира станка-качалки ограничена, что ведет к ограничению производительности компрессора по откачке затрубного газа, а размещение штока вышеупомянутого компрессора на балансире станка-качалки исключает прямолинейность движения штока и, соответственно, снижает надежность устройства в целом.However, the stroke length of the head of the balancer of the pumping unit is limited, which leads to a limitation in the capacity of the compressor for pumping out annular gas, and the placement of the rod of the above-mentioned compressor on the balancer of the pumping unit eliminates the straightness of the movement of the rod and, accordingly, reduces the reliability of the device as a whole.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства по откачке газа из затрубного пространства скважин и увеличение производительности его работы.The objective of the invention is to increase the reliability of the device for pumping gas from the annulus of wells and increase the productivity of its work.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для откачки газа из затрубного пространства скважин, оборудованных станками-качалками, включающем цилиндр компрессора, поршень, рабочие камеры, образуемые поршнем и цилиндром компрессора, всасывающую линию с клапаном, соединяющий цилиндр компрессора с затрубным пространством скважины и нагнетательную линию с клапаном, соединяющую цилиндр компрессора с выкидной линией скважины, согласно изобретению компрессор состоит из двух одинаковых цилиндров, размещенных вертикально симметрично относительно полированного штока и перпендикулярно плоскости большой оси станка-качалки, поршни цилиндров связаны штоками через коромысло, неподвижно закрепленное на полированном штоке, причем нижние торцы двух цилиндров размещены максимально близко к поверхности скважинной площадки и закреплены рамой между собой.The solution of this problem is achieved by the fact that in a device for pumping gas from the annulus of wells equipped with pumping units, including a compressor cylinder, a piston, working chambers formed by the piston and the compressor cylinder, a suction line with a valve connecting the compressor cylinder with the annulus of the well and a discharge line with a valve connecting the compressor cylinder with the flow line of the well, according to the invention, the compressor consists of two identical cylinders placed vertically symmetrically with respect to the polished rod and perpendicular to the plane of the major axis of the pumping unit, the pistons of the cylinders are connected by rods through a rocker fixedly fixed on the polished rod, moreover, the lower ends of the two cylinders are placed as close as possible to the surface of the well pad and are fixed to each other by a frame.

Конструкция устройства для откачки газа из затрубного пространства поясняется чертежами: фиг. 1 - станок-качалка с подвесным компрессором, фиг. 2 - станок-качалка с подвесным компрессором вид сверху, фиг. 3 - всасывающий клапан, фиг. 4 - нагнетательный клапан.The design of the device for pumping gas from the annulus is illustrated by drawings: Fig. 1 - pumping unit with an outboard compressor, fig. 2 - pumping unit with an outboard compressor top view, fig. 3 - suction valve, fig. 4 - discharge valve.

Устройство для откачки газа из затрубного пространства состоит из установленного на прискважинной площадке 1, привода глубинного скважинного штангового насоса - станка качалки, балансир 2 которого приводится в движение электродвигателем 3 с редуктором 4 через кривошипно-шатунный механизм: кривошипы 5, шатуны 6. Головка 7 балансира 2 соединена с полированным штоком 8, к которому неподвижно закреплено коромысло 9 компрессора. Штоки 10, 11 компрессора неподвижно закреплены на коромысле 9, причем их нижние торцы соединены с поршнями 12, 13, размещенными внутри цилиндров 14, 15 соответственно. Две пары поршень 12 цилиндр 14 и поршень 13 цилиндр 15 образуют рабочие камеры 16, 17. Цилиндры 14, 15 компрессора закреплены рамой 18 между собой и расположены максимально близко к поверхности прискважинной площадки 1. Устье 19 скважины оборудовано выкидной линией 20, соединенной с каналом отвода газа, представляющим собой линию всасывания 21, связанную с затрубным пространством 22 скважины, размещенные на ней всасывающие клапаны 23, 24, линию нагнетания 25, нагнетательные клапаны 26, 27, размещенные в поршнях 12, 13.The device for pumping gas from the annulus consists of a downhole rod pump drive installed on the well site 1 - a pumping machine, the balancer 2 of which is driven by an electric motor 3 with a gearbox 4 through a crank mechanism: cranks 5, connecting rods 6. The head 7 of the balancer 2 is connected to a polished rod 8, to which the rocker arm 9 of the compressor is fixedly fixed. The compressor rods 10, 11 are fixedly fixed on the rocker arm 9, and their lower ends are connected to the pistons 12, 13 placed inside the cylinders 14, 15, respectively. Two pairs of piston 12 cylinder 14 and piston 13 cylinder 15 form working chambers 16, 17. Cylinders 14, 15 of the compressor are fixed by frame 18 to each other and are located as close as possible to the surface of the near-well site 1. Wellhead 19 is equipped with a flow line 20 connected to the discharge channel gas, which is a suction line 21 connected with the annulus 22 of the well, suction valves 23, 24 placed on it, a discharge line 25, discharge valves 26, 27 located in the pistons 12, 13.

Работа устройства для откачки газа осуществляется следующим образом. Возвратно-поступательные движения головки 7 балансира 2 обеспечиваются кривошипно - шатунным механизмом, состоящим из кривошипов 5 и шатунов 6 посредством электродвигателя 3 с редуктором 4. При ходе головки 7 балансира 2 вверх, соединенный с ней полированный шток 8 с неподвижно закрепленным на нем коромыслом 9 компрессора и штоками 10, 11 поднимают поршни 12, 13. При этом в рабочих камерах 16, 17, образованных парами поршень 12 цилиндр 14 и поршень 13 цилиндр 15, образуется область низкого давления и газ из затрубного пространства 22 скважины перепускается в рабочие камеры 16, 17. Перепуск газа осуществляется путем открытия всасывающих клапанов 23, 24 линии всасывания 21. При ходе головки 7 балансира 2 вниз, давление в рабочих камерах 16, 17 возрастает, всасывающие клапана 23, 24 закрываются, а открываются нагнетательные клапаны 26, 27, размещенные в поршнях 12, 13 соответственно. Через открытые нагнетательные клапаны 26, 27 газ поступает в линию нагнетания 26 и далее в выкидную линию 20, которой стандартно оборудовано устье 19 скважины. Надежность конструкции устройства для откачки затрубного газа обеспечивается жестким креплением цилиндров 14, 15 компрессора рамой 18, причем, для обеспечения максимально возможного объема рабочих камер 16, 17 цилиндры 14, 15 компрессора размещены максимально близко к поверхности прискважинной площадки 1.The device for pumping gas is as follows. The reciprocating movements of the head 7 of the balancer 2 are provided by a crank mechanism consisting of cranks 5 and connecting rods 6 by means of an electric motor 3 with a gearbox 4. When the head 7 of the balancer 2 goes up, the polished rod 8 connected to it with the rocker arm 9 of the compressor fixed on it and rods 10, 11 raise the pistons 12, 13. In this case, in the working chambers 16, 17, formed by pairs of piston 12 cylinder 14 and piston 13 cylinder 15, a low pressure area is formed and gas from the annulus 22 of the well is transferred to the working chambers 16, 17 Gas bypass is carried out by opening the suction valves 23, 24 of the suction line 21. When the head 7 of the balancer 2 moves down, the pressure in the working chambers 16, 17 increases, the suction valves 23, 24 close, and the discharge valves 26, 27, located in the pistons, open 12, 13, respectively. Through the open injection valves 26, 27, the gas enters the injection line 26 and further into the flow line 20, which is standardly equipped with the wellhead 19. The reliability of the design of the device for pumping out annular gas is ensured by the rigid fastening of the cylinders 14, 15 of the compressor by the frame 18, and, in order to ensure the maximum possible volume of the working chambers 16, 17, the cylinders 14, 15 of the compressor are placed as close as possible to the surface of the near-well site 1.

Таким образом, снижая давление газа в затрубном пространстве скважины, использованием предлагаемого устройства увеличивается динамический уровень и появляются возможности для увеличения дебита. Оборудование предлагаемого устройства двумя цилиндрами и, соответственно, двумя рабочими камерами в дважды увеличивает его эффективность работы. Максимально близкое расположение цилиндров к поверхности прискважинной площадки позволяет увеличить объем рабочих камер, что также увеличивает эффективность работы предлагаемого устройства.Thus, by reducing the gas pressure in the annulus of the well, using the proposed device increases the dynamic level and there are opportunities to increase the flow rate. Equipping the proposed device with two cylinders and, accordingly, two working chambers doubles its efficiency. The closest location of the cylinders to the surface of the near-wellbore site allows to increase the volume of working chambers, which also increases the efficiency of the proposed device.

Claims

A device for pumping gas from the annulus of wells equipped with pumping units, including a compressor cylinder, a piston, working chambers formed by a piston and a compressor cylinder, a suction line with a valve connecting the compressor cylinder to the annulus of the well, and a discharge line with a valve connecting the compressor cylinder with a flow line of the well, characterized in that the compressor consists of two identical cylinders placed vertically symmetrically with respect to the polished rod and perpendicular to the plane of the major axis of the pumping unit, the pistons of the cylinders are connected by rods through a rocker fixedly fixed on the polished rod, and the lower ends of the two cylinders are placed as close as possible to the surface of the well site and fixed by a frame to each other.