RU2807330C1

RU2807330C1 - Downhole deep pumping unit

Info

Publication number: RU2807330C1
Application number: RU2023115604A
Authority: RU
Inventors: Ленар Нафисович Нуриахметов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д.Шашина
Filing date: 2023-06-14
Publication date: 2023-11-14

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates namely to the devices for lifting well fluid to the surface from a well with a complex profile. A downhole deep-well pumping installation includes a housing with spring centralizers on the outside and a working body inside, driven by supplied energy from the wellhead. The body is made in the form of a cylinder with a suction valve, and the working element is in the form of a plunger with a discharge valve. The energy transmitting plunger for reciprocating movement is connected by rods to the wellhead drive. The cylinder is additionally equipped with rigid centralizers at the top and bottom. Spring centralizers are installed outside the cylinder between rigid centralizers evenly along the length, at least one per 1 m of the cylinder, to prevent its interaction with the walls of the well.

EFFECT: it is ensured that the plunger does not jam inside the cylinder when working in a well with a complex profile by installing rigid centralizers along the edges of the cylinder, and spring centralizers evenly along its length.

1 cl, 1 dwg

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для подъема скважинной жидкости на поверхность из скважины со сложным профилем (как минимум с одним отклонением ствола от вертикали более чем на 4º по зенитному углу).The proposal relates to the oil and gas industry, namely to devices for lifting well fluid to the surface from a well with a complex profile (with at least one deviation of the wellbore from the vertical by more than 4º in zenith angle).

Известен скважинный штанговый насос (авторское свидетельство SU № 987175, МПК F04B 47/02, опубл. 07.01.1983 Бюл. № 1), содержащий неподвижный плунжер, связанный с колонной насосных труб и схватываемый подвижным цилиндром, связанным с колонной насосных штанг, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, причем, с целью увеличения коэффициента наполнения при эксплуатации скважин с вязкой и битумной нефтью, плунжер выполнен с прорезями, расположении ми диаметрально противоположно, а связь цилиндра с колонной насосных штанг выполнена в виде размещенного в плунжере стакана с установленным в нем поперечником, пропущенным через прорези.A well known well rod pump (author's certificate SU No. 987175, IPC F04B 47/02, publ. 01/07/1983 Bulletin No. 1), containing a stationary plunger connected to a string of pumping pipes and gripped by a movable cylinder connected to a string of pumping rods, as well as suction and discharge valves, and, in order to increase the filling coefficient when operating wells with viscous and bitumen oil, the plunger is made with slots located diametrically opposite, and the connection of the cylinder with the string of sucker rods is made in the form of a glass placed in the plunger with a diameter installed in it , passed through the slits.

Недостатком основным данного насоса является сложность конструкции и работы, связанная с необходимостью фиксации неподвижного плунжера относительно цилиндра через подвижный плунжер, а работа насоса осуществляется спускоподъёмными операциями подвижного плунжера при помощи колонны насосных труб в фиксацией внутренних штанг на устье, что также снижает надежность и повышает возможность заклинивания подвижного плунжера, расположенного между цилиндром и неподвижным плунжером особенно скважинах со сложным профилем.The main disadvantage of this pump is the complexity of the design and operation associated with the need to fix the fixed plunger relative to the cylinder through a movable plunger, and the pump operates by lowering operations of the movable plunger using a string of pumping pipes in fixing the internal rods at the wellhead, which also reduces reliability and increases the possibility of jamming a movable plunger located between the cylinder and a fixed plunger, especially in wells with a complex profile.

Известна также скважинная плунжерная насосная установка (патент на ПМ RU № 118695, МПК F04B 47/02, опубл. 27.07.2012 Бюл. № 21), включающая установленный в скважине плунжерный насос с всасывающим и нагнетательным клапанами и со штангами, соединенными с полым плунжером, лифтовые трубы со сливным патрубком, соединенные с цилиндром насоса и устьевым приводом, устьевой сальник, размещенный на устье скважины и выполненный с возможностью герметизации лифтовых труб ниже сливного патрубка, при этом штанги расположены снизу плунжера и оснащены якорным узлом, выполненным с возможностью фиксации относительно стенок скважины, причем цилиндр снаружи оснащен центраторами и всасывающим клапаном, расположенным снизу, а снизу изнутри - уплотнительными кольцами для герметизации штанг, выполненных цельными, при этом полость плунжера ниже нагнетательного клапана сообщена каналом с подплунжерным пространством цилиндра, а штанги вставлены в якорный узел с возможностью ограниченного продольного перемещения и/или поворота.A downhole plunger pumping unit is also known (patent for PM RU No. 118695, IPC F04B 47/02, published July 27, 2012 Bulletin No. 21), including a plunger pump installed in a well with suction and discharge valves and with rods connected to a hollow plunger , lift pipes with a drain pipe connected to the pump cylinder and a wellhead drive, a wellhead gland placed at the wellhead and configured to seal the lift pipes below the drain pipe, while the rods are located at the bottom of the plunger and are equipped with an anchor unit configured to be fixed relative to the walls wells, and the cylinder is equipped from the outside with centralizers and a suction valve located below, and from the bottom from the inside - sealing rings for sealing the rods, made in one piece, while the cavity of the plunger below the discharge valve is connected by a channel with the sub-plunger space of the cylinder, and the rods are inserted into the anchor unit with the possibility of limited longitudinal movement and/or rotation.

Недостатком основным данной установки является сложность конструкции и работы, связанная с необходимостью фиксации при помощи якорного узла штанг полого плунжера ниже цилиндра относительно стенок скважины перед началом работы, а работа насоса осуществляется спускоподъёмными операциями цилиндра при помощи лифтовой колонны, что также снижает надежность и повышает возможность заклинивания полого плунжера при неправильной или неполной установки якорного узла в скважине, что очень актуально в скважинах со сложным профилем.The main disadvantage of this installation is the complexity of the design and operation associated with the need to fix the hollow plunger below the cylinder relative to the well walls using the anchor assembly of the rods before starting work, and the pump operation is carried out by hoisting operations of the cylinder using a lift string, which also reduces reliability and increases the possibility of jamming a hollow plunger if the anchor unit is installed incorrectly or incompletely in the well, which is very important in wells with a complex profile.

Наиболее близким по технической сущности является погружной электронасосный агрегат (патент на ПМ RU № 143463, МПК Е21В 43/00, Е21В 17/10, опубл. 20.07.2014 Бюл. № 20), который объединяет электродвигатель с гидрозащитой, насос и кабельную линию, спускаемые в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах, причем в местах максимальной кривизны скважины установлены с помощью винтов центраторы с пружинными рессорами плоского сечения, выполненные из коррозионно-стойкой и высоколегированной стали.The closest in technical essence is a submersible electric pump unit (patent for PM RU No. 143463, MPK E21B 43/00, E21B 17/10, published July 20, 2014 Bulletin No. 20), which combines an electric motor with hydraulic protection, a pump and a cable line, lowered into the well on lifting pump-compressor pipes, and in places of maximum curvature of the well, centralizers with flat-section spring springs, made of corrosion-resistant and high-alloy steel, are installed using screws.

Недостатками данного агрегата являются узкая область применения из-за работы только с электронасосными агрегатами и невозможность использования в скважинах со сложным профилем особенно плунжерных установок, так как наличие пружинных центраторов в местах максимальной кривизны скважины приводит к увеличенной поперечной нагрузке на насос в местах установки центраторов и не исключает взаимодействие со стенками скважины концов агрегата, находящихся в местах не максимальной кривизны скважины.The disadvantages of this unit are a narrow scope of application due to working only with electric pump units and the inability to use especially plunger units in wells with a complex profile, since the presence of spring centralizers in places of maximum curvature of the well leads to an increased lateral load on the pump in places where centralizers are installed and not eliminates interaction with the well walls of the ends of the unit located in places where the well curvature is not maximum.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание скважинной глубинной насосной установки, работающей от устьевого привода при помощи штанг и позволяющей исключить заклинивание плунжера внутри цилиндра при работе в скважине со сложным профилем за счет установки по краям цилиндра жестких центраторов, а равномерно по его длине – пружинных центраторов, как минимум одного на один метр длины цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.The technical result of the proposed invention is the creation of a deep-well deep-well pumping installation that operates from a wellhead drive using rods and makes it possible to prevent jamming of the plunger inside the cylinder when working in a well with a complex profile due to the installation of rigid centralizers along the edges of the cylinder, and spring centralizers evenly along its length, at least one per meter of cylinder length to prevent its interaction with the walls of the well.

Техническим решением является скважинная глубинная насосная установка, включающая корпус с пружинными центраторами снаружи и рабочим органом внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины.The technical solution is a downhole deep-well pumping unit, which includes a housing with spring centralizers on the outside and a working body inside, driven by supplied energy from the wellhead.

Новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с всасывающим клапаном, а рабочий орган – в виде плунжера с нагнетательным клапаном, причем плунжер для передачи энергии для возвратно-поступательного движения соединен штангами с устьевым приводом, цилиндр при этом дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами, а пружинные центраторы установлены снаружи цилиндра между жесткими центраторами равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.What is new is that the body is made in the form of a cylinder with a suction valve, and the working body is in the form of a plunger with a discharge valve, and the plunger for transmitting energy for reciprocating motion is connected by rods to a wellhead drive, the cylinder is additionally equipped with rigid top and bottom centralizers, and spring centralizers are installed outside the cylinder between rigid centralizers evenly along the length, at least one per 1 m of the cylinder to prevent its interaction with the walls of the well.

На чертеже изображена схема скважинной глубинной насосной установки.The drawing shows a diagram of a deep well pumping installation.

Скважинная глубинная насосная установка включает в себя корпус в виде цилиндра 1 с пружинными центраторами 2 снаружи и рабочим органом в виде плунжера (не показан) внутри, приводимым в движение подаваемой энергией с устья скважины через штанги 3 при помощи устьевого привода (не показан – станок-качалка, цепной привод, гидравлический привод или т.п.). Цилиндр 1 снабжен всасывающим клапаном (не показан – шариковый, подпружиненный или т.п.), а плунжер – нагнетательным клапаном (не показан – шариковый, подпружиненный или т.п.). Цилиндр 1 дополнительно оснащен сверху и снизу жесткими центраторами 4, а пружинные центраторы 2 установлены снаружи цилиндра 1 между жесткими центраторами 4 равномерно по длине, как минимум один на 1 м цилиндра 1 для исключения его взаимодействия со стенками скважины 5. Такое расположение пружинных центраторов 2 на цилиндре 1 выбрано эмпирическим путем в ходе испытаний на месторождениях Республики Татарстан (РТ) для исключения взаимодействия цилиндра 1 со стенками скважины 5. На конструкцию и вид крепления центраторов 2 и 4 на цилиндре автор не претендует, так как они известны в большом количестве из открытых источников.A deep well pumping unit includes a housing in the form of a cylinder 1 with spring centralizers 2 on the outside and a working body in the form of a plunger (not shown) inside, driven by the supplied energy from the wellhead through rods 3 using a wellhead drive (not shown - machine-tool) rocker, chain drive, hydraulic drive, etc.). Cylinder 1 is equipped with a suction valve (not shown - ball, spring-loaded, or the like), and the plunger is equipped with a discharge valve (not shown - ball, spring-loaded, or the like). Cylinder 1 is additionally equipped with rigid centralizers 4 at the top and bottom, and spring centralizers 2 are installed outside the cylinder 1 between rigid centralizers 4 evenly along the length, at least one per 1 m of cylinder 1 to prevent its interaction with the walls of the well 5. This arrangement of spring centralizers 2 on cylinder 1 was chosen empirically during tests in the fields of the Republic of Tatarstan (RT) to exclude interaction of cylinder 1 with the walls of well 5. The author does not claim the design and type of fastening of centralizers 2 and 4 on the cylinder, since they are known in large quantities from open sources .

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертеже не показаны или показаны условно.Structural elements, technological connections, seals that do not affect the performance of the device are not shown in the drawing or are shown conditionally.

Предварительно проводят исследование ствола скважины геофизическими мероприятиями, определяющими профиль ствола скважины. В случае наличия как минимум одного отклонения ствола от вертикали более чем на 4º по зенитному углу α (α ≥ 4º), цилиндр 1 снаружи оснащают жесткими центраторами 4, а между ними равномерно по длине цилиндра 1 – пружинные центраторы 2, как минимум один на 1 м цилиндра 1 (шаг 1 м). Например, для цилиндра 1, имеющего длину 6 м, сверху и снизу – два жестких центратора 4, а по длине – пять пружинных центратора 2. При 7º ≥α ≥ 4º рекомендуется ставить пружинные центраторы 2 с шагом 0,75 м по длине цилиндра 1, 9º ≥α≥ 7º - 0,5 м. При отклонении α ˃ 9º - не рекомендуется спускать скважинную глубинную насосную установку, так как это может привести к аварийной ситуации – застреванию цилиндра 1 в скважине 5.The wellbore is first examined using geophysical measures that determine the wellbore profile. If there is at least one deviation of the barrel from the vertical by more than 4º along the zenith angle α (α ≥ 4º), the outside of cylinder 1 is equipped with rigid centralizers 4, and between them, evenly along the length of cylinder 1, there are spring centralizers 2, at least one per 1 m of cylinder 1 (step 1 m). For example, for cylinder 1, which has a length of 6 m, there are two rigid centralizers 4 at the top and bottom, and five spring centralizers 2 along the length. At 7º ≥α ≥ 4º it is recommended to install spring centralizers 2 in increments of 0.75 m along the length of cylinder 1 , 9º ≥α≥ 7º - 0.5 m. If the deviation is α ˃ 9º, it is not recommended to lower the deep-well pumping unit, as this can lead to an emergency - cylinder 1 getting stuck in well 5.

После оснащения цилиндра 1 центраторами 2 и 4, его с плунжером и соответствующими клапанами спускают в скважину 5 на штангах 3 или лифтовых трубах 6. При этом центраторы 2 и 4 исключают взаимодействие цилиндра 1 со стенками скважины 5 при прохождении отклонений 7, сглаживая (уменьшая угол отклонения цилиндра 1 от вертикали) изгибы отклонений 7 за счет пружинных центраторов 2.After equipping the cylinder 1 with centralizers 2 and 4, it with a plunger and corresponding valves is lowered into the well 5 on rods 3 or lift pipes 6. In this case, the centralizers 2 and 4 eliminate the interaction of the cylinder 1 with the walls of the well 5 when passing deviations 7, smoothing (reducing the angle deviations of cylinder 1 from the vertical) bends of deviations 7 due to spring centralizers 2.

При достижении интервала работы в скважине 5 скважинной глубинной насосной установки штанги 3 соединяют с устьевым приводом, который передавая через штанги 3 возвратно-поступательное движение плунжеру цилиндра 1, обеспечивает подъем скважинной жидкости на поверхность.When the operating interval in the well 5 of the deep-well pumping unit is reached, the rods 3 are connected to a wellhead drive, which, by transmitting a reciprocating movement through the rods 3 to the plunger of the cylinder 1, ensures the rise of the well fluid to the surface.

Предполагаемая скважинная глубинная насосная установка работает от устьевого привода при помощи штанг и позволяет исключить заклинивание плунжера внутри цилиндра при работе в скважине со сложным профилем за счет установки по краям цилиндра жестких центраторов и равномерно по его длине – пружинных центраторов, как минимум одного на один метр длины цилиндра для исключения его взаимодействия со стенками скважины.The proposed downhole deep pumping installation operates from a wellhead drive using rods and makes it possible to eliminate jamming of the plunger inside the cylinder when working in a well with a complex profile due to the installation of rigid centralizers along the edges of the cylinder and evenly along its length - spring centralizers, at least one per meter of length cylinder to prevent its interaction with the walls of the well.

Claims

A downhole deep-well pumping installation, including a housing with spring centralizers on the outside and a working body inside, driven by supplied energy from the wellhead, characterized in that the housing is made in the form of a cylinder with a suction valve, and the working body is in the form of a plunger with a discharge valve, and a plunger for transmitting energy for reciprocating motion is connected by rods to a wellhead drive, the cylinder is additionally equipped with rigid centralizers at the top and bottom, and spring centralizers are installed outside the cylinder between the rigid centralizers evenly along the length, at least one per 1 m of the cylinder, to eliminate it interaction with the walls of the well.