RU2796712C1

RU2796712C1 - Rod pump for oil production from wells with wash-over of mechanical impurities

Info

Publication number: RU2796712C1
Application number: RU2023107830A
Authority: RU
Inventors: Александр Евгеньевич Белов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д.Шашина
Filing date: 2023-03-30
Publication date: 2023-05-29

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to rod pumps and can be used in the extraction of oil from wells, the operation of which is complicated by the removal of mechanical impurities. The rod pump for oil production from wells with a wash-out of mechanical impurities, includes a cylinder with a suction valve, a plunger with a discharge valve and a hollow cylindrical casing. The hollow cylindrical casing is securely fixed in the upper part with the cylinder and is made with inlet slotted filtration holes covered with a metal mesh and a gas bypass valve. At the same time, the rod pump is adapted for attaching to the column lift pipes. In the upper part, the cylindrical casing is made with a safety valve that responds to a pressure drop of 0.2 MPa. In the lower part, the cylindrical casing is provided with a container with a plug made of at least two tubing pipes. The cylinder is equipped with a nozzle with an expanding funnel, while the length of the nozzle is at least 1 m. The inlet slotted filtration holes on the cylindrical casing are located at the level between the suction valve and the expanding funnel.

EFFECT: increase in functional capabilities and increase in the service life of the rod pump, as well as increase in the overhaul period of the well and a reduced number of underground repairs of downhole equipment.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к штанговым насосам, и может найти применение при добыче нефти из скважин, эксплуатация которых осложнена выносом механических примесей. The invention relates to the oil industry, namely to rod pumps, and can be used in the extraction of oil from wells, the operation of which is complicated by the removal of mechanical impurities.

Засорение узлов глубинных насосов механическими примесями, выносимыми из продуктивного пласта, является одной из важных проблем при эксплуатации скважин установками штанговых глубинных насосов. Одним из самых распространенных методов является применение барьерных фильтров (перфотрубы, сетки, щелевые фильтры и др.). При большом количестве механических примесей достаточно быстро происходит засорение фильтра, в результате чего коэффициент подачи насоса и дебит жидкости снижаются, что требует проведение подземного ремонта по замене насосного оборудования. Clogging of submersible pump units with mechanical impurities carried out from the reservoir is one of the important problems in the operation of wells with sucker rod pumps. One of the most common methods is the use of barrier filters (perforated pipes, meshes, slotted filters, etc.). With a large amount of mechanical impurities, the filter becomes clogged rather quickly, as a result of which the pump flow rate and fluid flow rate decrease, which requires underground repairs to replace pumping equipment.

Известен фильтр скважинного насоса (патент RU №35653, МПК E21B 43/08, опубл. 27.01.2004 в бюл. №3), содержащий перфорированную трубу с сеткой и обратный клапан, при этом обратный клапан выполнен в виде золотника, размещенного в нижней части перфорированной трубы с обеспечением свободы осевого перемещения ниже сетки и сообщающего внутреннюю полость фильтра со скважиной в крайнем верхнем положении.A well pump filter is known (patent RU No. 35653, IPC E21B 43/08, published on January 27, 2004 in bull. No. 3), containing a perforated pipe with a mesh and a check valve, while the check valve is made in the form of a spool located in the lower part a perforated pipe with freedom of axial movement below the grid and communicating the internal cavity of the filter with the well in the uppermost position.

Недостатком данного фильтра является низкая эффективность, так как механические примеси через отверстия в предохранительном клапане после его срабатывания на прямую поступают в насос, что приводит к быстрому засорению узлов штангового насоса. The disadvantage of this filter is its low efficiency, since mechanical impurities through the holes in the safety valve, after its operation, directly enter the pump, which leads to a rapid clogging of the rod pump units.

Известен штанговый насос (И.Т. Мищенко «Скважинная добыча нефти» М., «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003, с. 588), включающий цилиндр с основным всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб. К приему насоса закреплен хвостовик. Газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса. При работе скважинного насоса, приводимого в действие приводом станка-качалки через колонну насосных штанг, жидкость поступает в газопесочный якорь, в котором за счет изменения скоростей потока происходит гравитационное осаждение механических примесей и всплытие пузырьков газа.Known rod pump (I.T. Mishchenko "Well oil production" M., "Oil and gas" Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkin, 2003, p. 588), including a cylinder with a main suction valve, a plunger with discharge valve, while the rod pump is configured to be connected to the tubing string. A shank is attached to the pump intake. The gas-sand anchor with tubing container is placed below the pump. During the operation of the downhole pump, driven by the drive of the pumping unit through the string of pumping rods, the liquid enters the gas-sand anchor, in which, due to a change in flow rates, gravitational sedimentation of mechanical impurities and the ascent of gas bubbles occur.

Недостатками данного штангового насоса являются ограниченные функциональные возможности насоса, связанные с невозможностью размещения насоса максимально близко к продуктивному пласту, при отсутствии или малом зумпфе скважины, т.к. газопесочный якорь с контейнером из НКТ размещен ниже насоса, а подъем насоса выше для возможности размещения газопесочного якоря с контейнером приводит к уменьшению погружения насоса под динамический уровень и давления на приеме насоса, уменьшению коэффициентов наполнения и подачи, уменьшению дебита нефти.The disadvantages of this rod pump are the limited functionality of the pump associated with the impossibility of placing the pump as close as possible to the productive formation, in the absence or small sump of the well, tk. the gas-sand anchor with a tubing container is placed below the pump, and the pump lift is higher to accommodate the gas-sand anchor with the container, which leads to a decrease in the pump submergence under the dynamic level and pressure at the pump intake, a decrease in the filling and delivery coefficients, and a decrease in oil production.

Наиболее близким по конструкции является штанговый насос для добычи нефти из скважин с малым зумпфом в условиях высокого газового фактора (патент RU №215129, МПК E21B 17/00, F04B 47/02, опубл. 30.11.2022 в бюл. №34), включающий цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб, а цилиндр снабжен полым цилиндрическим кожухом, неподвижно закрепленным в верхней части с цилиндром, при этом выше основного всасывающего клапана полый цилиндрический кожух выполнен по меньшей мере с двумя входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой и чашеобразным полукожухом, обращенным открытой частью к устью скважины, притом в верхней части цилиндрического кожуха выполнены газоперепускные клапаны, по меньшей мере два.The closest in design is a rod pump for oil production from wells with a small sump under high GOR conditions (patent RU No. 215129, IPC E21B 17/00, F04B 47/02, publ. 30.11.2022 in bull. No. 34), including a cylinder with a suction valve, a plunger with a discharge valve, while the rod pump is configured to be connected to the tubing string, and the cylinder is equipped with a hollow cylindrical casing fixed in the upper part with the cylinder, while above the main suction valve the hollow cylindrical casing is made at least at least with two inlet slotted filtration holes covered with a metal mesh and a bowl-shaped half-casing facing the wellhead with its open part, moreover, gas bypass valves, at least two, are made in the upper part of the cylindrical casing.

Недостатком данного насоса является низкий ресурс при забивании сетки мусором и механическими примесями, в результате чего коэффициент подачи насоса и дебит жидкости снижаются, что требует проведение подземного ремонта по замене насосного оборудования.The disadvantage of this pump is a low resource when the mesh is clogged with debris and mechanical impurities, as a result of which the pump flow rate and fluid flow rate decrease, which requires underground repairs to replace pumping equipment.

Техническим результатом изобретения является повышение функциональных возможностей, увеличение ресурса работы штангового насоса за счет учета перепада давления среды, разворота потока жидкости на приеме насоса, осаждения механических примесей в контейнер, а также повышения межремонтного периода работы скважины, снижения количества подземных ремонтов скважинного оборудования.The technical result of the invention is to increase the functionality, increase the service life of the rod pump by taking into account the pressure drop of the medium, reversal of the fluid flow at the pump intake, sedimentation of mechanical impurities in the container, as well as increasing the overhaul period of the well, reducing the number of underground repairs of downhole equipment.

Технический результат достигается штанговым насосом для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, включающим цилиндр с всасывающим клапаном, плунжер с нагнетательным клапаном, полый цилиндрический кожух, неподвижно закрепленный в верхней части с цилиндром, выполненный с входными щелевыми фильтрационными отверстиями, перекрытыми металлической сеткой, и газоперепускным клапаном, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб.The technical result is achieved by a rod pump for oil production from wells complicated by the removal of mechanical impurities, including a cylinder with a suction valve, a plunger with a discharge valve, a hollow cylindrical casing, fixed in the upper part with a cylinder, made with inlet slotted filtration holes covered with a metal mesh, and a gas bypass valve, while the rod pump is configured to be connected to the tubing string.

Новым является то, что в верхней части цилиндрический кожух выполнен с предохранительным клапаном, срабатывающий на перепад давления 0,2 МПа, а в нижней части цилиндрический кожух снабжен контейнером с заглушкой, выполненный по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб, цилиндр оснащен патрубком с расширяющейся воронкой, при этом длина патрубка не менее 1 м, входные щелевые фильтрационные отверстия на цилиндрическом кожухе расположены на уровне между всасывающим клапаном и расширяющейся воронкой.What is new is that in the upper part the cylindrical casing is made with a safety valve that responds to a pressure drop of 0.2 MPa, and in the lower part the cylindrical casing is equipped with a container with a plug, made of at least two tubing pipes, the cylinder is equipped with a branch pipe with expanding funnel, while the length of the branch pipe is not less than 1 m, the inlet slotted filtration holes on the cylindrical casing are located at the level between the suction valve and the expanding funnel.

На фигуре изображена схема предлагаемого насоса, где колонна лифтовых труб – 1, цилиндр – 2, всасывающий клапан – 3, плунжер – 4, нагнетательный клапан – 5, полый цилиндрический кожух – 6, входные щелевые фильтрационные отверстия – 7, металлическая сетка – 8, газоперепускной клапан – 9, предохранительный клапан – 10, контейнер – 11, заглушка – 12, патрубок – 13, расширяющаяся воронка – 14.The figure shows a diagram of the proposed pump, where the column of lift pipes is 1, the cylinder is 2, the suction valve is 3, the plunger is 4, the discharge valve is 5, the hollow cylindrical casing is 6, the inlet slotted filtration holes are 7, the metal mesh is 8, gas bypass valve - 9, safety valve - 10, container - 11, plug - 12, branch pipe - 13, expanding funnel - 14.

Штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей содержит цилиндр 2 с всасывающим клапаном 3, плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5, полый цилиндрический кожух 6, неподвижно закрепленный в верхней части с цилиндром 2, выполненный с входными щелевыми фильтрационными отверстиями 7, перекрытыми металлической сеткой 8, и газоперепускным клапаном 9, при этом штанговый насос выполнен с возможностью присоединения к колонне лифтовых труб 1.A rod pump for oil production from wells complicated by the removal of mechanical impurities contains a cylinder 2 with a suction valve 3, a plunger 4 with a discharge valve 5, a hollow cylindrical casing 6, fixed in the upper part with a cylinder 2, made with inlet slotted filtration holes 7, blocked metal mesh 8, and a gas bypass valve 9, while the sucker rod pump is made with the possibility of attaching to the tubing string 1.

В верхней части цилиндрический кожух 6 выполнен с предохранительным клапаном 10, срабатывающий на перепад давления 0,2 МПа.In the upper part, the cylindrical casing 6 is made with a safety valve 10, which responds to a pressure drop of 0.2 MPa.

В нижней части цилиндрический кожух 6 снабжен контейнером 11 с заглушкой 12, выполненный по меньшей мере из двух насосно-компрессорных труб.In the lower part of the cylindrical casing 6 is provided with a container 11 with a plug 12, made of at least two tubing.

Цилиндр 2 оснащен патрубком 13 с расширяющейся воронкой 14. При этом длина патрубка 13 не менее 1 м.Cylinder 2 is equipped with a nozzle 13 with an expanding funnel 14. At the same time, the length of the nozzle 13 is at least 1 m.

Входные щелевые фильтрационные отверстия 7 на цилиндрическом кожухе 6 расположены на уровне между всасывающим клапаном 3 и расширяющейся воронкой 14.The inlet slotted filtration holes 7 on the cylindrical casing 6 are located at the level between the suction valve 3 and the expanding funnel 14.

Предлагаемый штанговый насос работает следующим образом.The proposed rod pump works as follows.

При работе штангового глубинного насоса, приводимого в действие приводом через колонну насосных штанг, производят подъем продукции по колонне насосно-компрессорных труб. При этом поток жидкости с газом проходит через сетку 8 и входные щелевые фильтрационные отверстия 7 в пространство между полым цилиндрическим кожухом 6 и цилиндром 2 насоса.During operation of a sucker rod pump, driven by a drive through a string of sucker rods, products are lifted along the string of tubing. In this case, the flow of liquid with gas passes through the grid 8 and the inlet slotted filtration holes 7 into the space between the hollow cylindrical casing 6 and the cylinder 2 of the pump.

В штанговом насосе реализован принцип многоступенчатой сепарации с использованием гидродинамических эффектов разворота струй жидкости, изменение скорости потока со сменой направления течения. При повороте потока жидкости в зоне расширяющаяся воронки 14 патрубка 13, за счет разности плотности газа и жидкости, происходит разделение потока жидкости. Более легкий газ под действием архимедовой силы поднимается по кольцевому зазору между кожухом 6 и цилиндром 2 насоса и далее через газоперепускной клапан 9 в затрубное пространство скважины, что повышает эффективность работы насоса.The sucker-rod pump implements the principle of multi-stage separation using the hydrodynamic effects of turning liquid jets, changing the flow rate with a change in flow direction. When turning the liquid flow in the zone of the expanding funnel 14 of the nozzle 13, due to the difference in the density of the gas and liquid, the liquid flow is separated. Lighter gas under the action of the Archimedean force rises through the annular gap between casing 6 and cylinder 2 of the pump and further through the gas bypass valve 9 into the annulus of the well, which increases the efficiency of the pump.

В случае полного засорения сетки 8 на входных щелевых фильтрационных отверстиях 7 при возникновении перепада давления 0,2 МПа предохранительный клапан 10 открывается, и продукция скважины поступает внутрь кожуха 6 через клапан 10. Наличие предохранительного клапана 10, срабатывающего при перепаде давления повышает функциональные возможности и надежность насоса даже в случае полного засорения сетки, что также повышает межремонтный период работы скважины, снижает количество подземных ремонтов скважинного оборудования.In the event of a complete clogging of the grid 8 at the inlet slotted filtration holes 7, when a pressure drop of 0.2 MPa occurs, the safety valve 10 opens, and the well production enters the casing 6 through the valve 10. The presence of the safety valve 10, which operates when the pressure drop increases the functionality and reliability pump even in the event of a complete clogging of the grid, which also increases the turnaround time of the well, reduces the number of underground repairs of downhole equipment.

При этом механические примеси благодаря развороту потока жидкости в зоне воронки 14 патрубка 13 осаждаются в контейнере 11 с заглушкой 12, что увеличивает ресурс работы насоса в сравнении с аналогами.At the same time, mechanical impurities due to the reversal of the fluid flow in the zone of the funnel 14 of the pipe 13 are deposited in the container 11 with the plug 12, which increases the service life of the pump in comparison with analogues.

Таким образом, предлагаемый штанговый насос для добычи нефти из скважин, осложненных выносом механических примесей, повышает функциональные возможности, увеличивает ресурс работы штангового насоса за счет учета перепада давления среды, разворота потока жидкости на приеме насоса, осаждения механических примесей в контейнер, а также повышает межремонтный период работы скважины, снижает количество подземных ремонтов скважинного оборудования.Thus, the proposed rod pump for oil production from wells, complicated by the removal of mechanical impurities, increases the functionality, increases the service life of the rod pump by taking into account the pressure drop of the medium, reversal of the fluid flow at the pump intake, sedimentation of mechanical impurities into the container, and also increases the turnaround time. the period of operation of the well, reduces the number of underground repairs of downhole equipment.

Claims

Rod pump for oil production from wells complicated by the removal of mechanical impurities, including a cylinder with a suction valve, a plunger with a discharge valve, a hollow cylindrical casing, fixed in the upper part with a cylinder, made with inlet slotted filtration holes covered with a metal mesh, and a gas bypass valve , wherein the rod pump is configured to be connected to a column of lift pipes, characterized in that in the upper part the cylindrical casing is made with a safety valve that responds to a pressure drop of 0.2 MPa, and in the lower part the cylindrical casing is equipped with a container with a plug made according to of at least two tubings, the cylinder is equipped with a branch pipe with an expanding funnel, while the length of the branch pipe is at least 1 m, the inlet slotted filtration holes on the cylindrical casing are located at the level between the suction valve and the expanding funnel.