WO2015104465A1 - Hydrocarbon extraction pump with an improved plunger - Google Patents

Hydrocarbon extraction pump with an improved plunger Download PDF

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WO2015104465A1
WO2015104465A1 PCT/FR2014/050023 FR2014050023W WO2015104465A1 WO 2015104465 A1 WO2015104465 A1 WO 2015104465A1 FR 2014050023 W FR2014050023 W FR 2014050023W WO 2015104465 A1 WO2015104465 A1 WO 2015104465A1
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WO
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ring
opening
plunger
pump according
rings
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/050023
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French (fr)
Inventor
Igor POLIATCKII
Original Assignee
Maxoil
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/46—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings
    • F16J15/48—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings influenced by the pressure within the member to be sealed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/56—Other sealings for reciprocating rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/08—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction with expansion obtained by pressure of the medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J9/00—Piston-rings, e.g. non-metallic piston-rings, seats therefor; Ring sealings of similar construction
    • F16J9/12—Details
    • F16J9/14—Joint-closures
    • F16J9/16—Joint-closures obtained by stacking of rings

Definitions

  • the invention relates to the field of pumps for the extraction of hydrocarbons.
  • the extraction of hydrocarbons and in particular the oil extraction generally involves diver pumps accessing via a well to hydrocarbon fluids located in the basement.
  • a cylinder forming an outer casing for the plunger is arranged in the lower part of the vertical well in the basement.
  • the plunger is configured to slide inside the outer casing.
  • a diver is connected by a wire rope to the main arm, also called a rocker, located on the surface. This arm, driven by a counterweight powered by a motor, performs a rocking movement.
  • the outer envelope In the basement, the outer envelope is closed, in its lower part, by a sealed wall provided with a first unidirectional valve, forming a so-called suction valve, to control the arrival of the fluid to be extracted.
  • a first unidirectional valve forming a so-called suction valve
  • the plunger slides downwardly within the outer casing, it exerts pressure on the fluid. This pressure is communicated to the sealed wall, keeping the valve closed.
  • a depression opens the valve and allows the fluid to fill the space formed between the plunger and the sealed wall.
  • the plunger may also be closed in its lower part by a watertight wall provided with a second unidirectional valve, forming a delivery valve, held in closed position when the plunger slides upwards in order to prevent a backflow of the fluid to be extracted. .
  • the plunger includes a central tube having a conduit connecting the space below the lower part of the plunger to the space above the upper part of the plunger.
  • the fluid rises along the duct under the effect of the pressure exerted by the plunger on the fluid.
  • the fluid then rises to the surface as the plunger slides to its upper position.
  • the document RU 2 195 592 describes a stack of metal rings surrounding the central tube. Each ring is in partial contact with the outer envelope, and off-center with respect to the other rings. Thus, the contact surface between the plunger and the outer casing is reduced, limiting the friction, and the free space between the plunger and the outer casing defines a sinuous path through which the fluid, then entering a low pressure zone , can hardly escape.
  • wear of the rings occurs during use.
  • the wear may, for example, come from abrasion by particles contained in the fluid and which gradually become lodged in the interstices between the plunger and the outer casing.
  • a particle of a given size which passes between the ring and the outer envelope can create, by abrasion, a gap sufficient to allow thereafter to pass a larger particle still abrading the ring.
  • the initiation of wear by small particles can evolve in an exponential pattern, involving particles larger and larger until a total destruction of the seal.
  • the leakage drop causes a decrease in the amount of fluid extracted, and the efficiency of the pump drops drastically. It is therefore sought a hydrocarbon extraction pump in which the seal between the plunger and the outer casing is more resistant to wear and in which the seal can be maintained without loss of productivity over a long period.
  • the present invention provides a hydrocarbon extraction pump, comprising an outer casing housing a plunger.
  • the plunger comprises at least one ring surrounding a central tube for conveying a fluid under pressure.
  • the plunger of this pump comprises at least one spacer piece between the central tube and the ring.
  • the spacer piece is arranged, that is to say mechanically shaped, to maintain the ring against the outer casing and thus ensure a contact seal.
  • the invention compensates for the loss of sealing due to progressive wear of the ring. Indeed, the force exerted by the spacer part on the ring moves or deforms it, as will be seen in a further embodiment, so as to force the ring against the outer casing.
  • the invention thus makes it possible to maintain a permanent seal throughout the operating life of the pump. Indeed, instead of following an exponential evolution, the wear between the plunger and the outer shell could follow a more linear evolution, with a slow degradation of sealing. As a result, the pump can operate until splitting by wear of the ring.
  • a volumetric efficiency in known plunger pumps is on average around 60% to 70%. That is to say that, on average, before wear-resistant degradation, 60% to 70% of the fluid is extracted from the pump after a return trip of the plunger.
  • the invention improves this extraction efficiency and achieves a volumetric efficiency of between 85% and 95%, and maintain this high efficiency for a period of operation greater than six months.
  • the plunger pump described above also makes it possible to limit the passage between the plunger and the outer casing of abrasive particles such as sand, which may be present in the extracted fluid. In this way, the extraction of hydrocarbons is not handicapped by the possible presence of solid residues in the extracted fluid.
  • the pump can operate with a similar volumetric efficiency both during the first phases of exploitation of a deposit than during the advanced phases of operation. Indeed, the pump can extract hydrocarbons with a high volumetric efficiency despite the possible presence of solid residues in the deposit.
  • the central tube of the plunger may comprise at least one opening from which the spacer piece projects outwards. The spacer piece can thus, in use, communicate at least a portion of the pressure of the fluid to the ring to maintain the ring against the outer casing and thus ensure a contact seal, which is a function of said pressure, between the ring and envelope.
  • This embodiment proposes to use the pressure of the extracted fluid to force the ring against the outer shell.
  • the spacer piece acts as a piston in the opening of the central tube. This piece communicates to the ring the pressure that the fluid exerts on it.
  • the pressure of the fluid is permanent in the well and therefore represents a reliable and effective means for exerting a sufficient and permanent contact force on the ring. This pressure depends on the characteristics of the well, especially the depth at which the diver is located, and can typically be around 20 MPa, or 200 bar.
  • the movements of the plunger induce small variations in the fluid pressure typically between 0.1 bar and 5 bar around the average value of the permanent pressure of the fluid.
  • the ring and the spacer may typically be made of a material adapted to the fluid pressures involved in the use of the pump. Examples are presented in detail below with reference to the figures.
  • the ring may comprise at least one opening intended to accommodate at least partially the spacer part, the ring being able to deform by spacing under the effect of the pressure exerted by the spacer part. on said opening.
  • this gap can be created by abrasion and erosion by friction back and forth as indicated above.
  • the spacer part cooperates with the opening of the ring by inserting it for example. It exerts pressure to maintain the spacing of the ring at a level ensuring sealing with the outer casing.
  • the spacer piece can be beveled forming a wedge intended to cooperate with the opening of the ring, inserting it for example.
  • This particular shape at the corner of the spacer piece optimizes the distribution of the contact force on the ring.
  • the opening of the ring may have a recess for ensuring contact with the walls of the corner of the spacer piece.
  • the recess can typically be made opposite the spacer part, so as to provide a sufficiently wide opening allowing the spacer to engage the opening of the ring.
  • the recess also makes it possible to adapt the shape of the zones of the ring intended to come into contact with the spacer part.
  • the opening of the ring may have tapered walls tapered inwards to cooperate with the spacer part.
  • inclined flanks of the spacer piece can cooperate with inclined flanks of the ring. This ensures a greater contact area between these two elements and reduce wear due to friction against each other.
  • an area of the ring farthest from the opening may be able to retain its shape when the ring is spaced apart.
  • the spacing of the ring limits the buckling in areas of the ring distant from the opening, stressed in compression under the effect of the spacing.
  • the ring may be of decreasing section from the zone furthest from opening to an area near opening.
  • section is to be interpreted as designating the ring crown, generally of rectangular shape in a plunger pump. Such a decreasing section reinforces the areas of the ring away from the opening.
  • the ring may be of constant thickness.
  • a constant thickness reduces the contact area with the outer shell, thus reducing the friction of the ring against this envelope. It may also be easier to make a stack of rings in contact with each other when the thickness of each ring is constant.
  • the ring may comprise a ratio between a width in an area furthest from the opening, on the one hand, and a width in an area near the opening, on the other hand, including between 1.01 and 1.5.
  • a ratio of widths of the ring is advantageously chosen in this range as a function of the elasticity of the ring and hence of the material in which it is made as well as as a function of the diameter of the ring.
  • the plunger may comprise a plurality of rings forming a stack of rings, each ring being intended to be pushed by the spacer part against the outer casing.
  • a stack consisting of several rings ensures a better seal, each ring being held in contact against the outer casing.
  • the spacer piece may comprise a projection intended to engage in the opening of each of the rings of the stack.
  • each ring cooperates with a different spacer piece so as to avoid overlap of the different openings of the rings.
  • the opening of a ring forms a slot, and the slots of two adjacent rings are spaced apart from one another in a contact face between these two neighboring rings, in order to ensure a seal between neighboring rings.
  • the slots are thus closed on each ring by a neighboring ring in a contact face between these two rings.
  • the slots thus define a discontinuous path in the stack of rings which ensures the seal between the plunger and the outer casing. Indeed, no fluid can escape through the opening of a ring because the latter is covered by a neighboring ring.
  • the opening of a ring forms an oblique slot, and that the oblique slots of all the rings are aligned on an axis parallel to the axis of the central tube.
  • Oblique slots make it possible to close the opening of a ring by the neighboring ring in the contact face of these two rings, while maintaining an alignment of the openings along an axis parallel to the axis of the central tube.
  • an opening having a recess or an opening with bevelled flanks at an inwardly flared angle contributes to a good engagement of the projection in the opening.
  • the projection may also advantageously be beveled forming a wedge.
  • the spacer part may comprise a piston in contact with the pressurized fluid and a projection in contact with the ring.
  • the projection may typically be wider than the piston, to engage the openings of the different rings.
  • the piston and the projection may be mechanically integral or form two separate parts, the piston being in abutment with the projection.
  • the composition of the ring may comprise a steel alloy comprising materials selected from the list consisting of silicon, manganese, nickel, phosphorus, and chromium, the alloy being intended to have a Rockwell hardness of the order of fifty HRC.
  • the HRC unit corresponds to a Rockwell hardness which can typically be measured by embedding in a diamond cone material of circular section with 0.2 mm spherical rounded tip.
  • Such a composition of materials provides wear resistance enabling the pump to be used with sufficient sealing for a period of time greater than one year. Nevertheless, it is optimum because less than a usual hardness of an outer envelope.
  • FIG. 1 is a schematic representation in side view of a longitudinal section of a plunger pump portion
  • FIG. 2 is a schematic side view of a longitudinal section of a plunger pump portion according to a second embodiment
  • FIGS. 3a to 3c are diagrammatic representations in plan view of a plunger according to three embodiments.
  • FIG. 4 is a schematic representation in plan view of a deformable ring
  • FIG. 5 is a diagrammatic side view of a plunger pump portion comprising a plurality of deformable rings in accordance with one embodiment
  • FIG. 6 is a diagrammatic perspective view of a spacer part according to one embodiment
  • FIG. 7 is a schematic side view of a plunger pump portion including a plurality of deformable rings
  • FIG. 8 is a diagrammatic side view of a longitudinal section of a plunger pump portion comprising a plurality of deformable rings according to one embodiment
  • FIG. 9 is a diagrammatic perspective view of a plunger pump portion comprising a plurality of rings offset from one another; and - Figure 10 is a schematic representation in plan view of a plunger portion comprising a plurality of rings offset from each other.
  • the invention relates to a plunger pump with a high hydrocarbon extraction efficiency and a continuous operating life of at least one year.
  • the present plunger pump can extract between 85% and 95% of fluid pumped at the end of a displacement cycle of the plunger.
  • a plunger pump comprises an outer casing 1 closed in its lower part by a leaktight wall 10.
  • the sealed wall comprises a one-way valve 4. This valve can typically be opened by a pressure drop in the chamber delimited by the outer casing 1.
  • a plunger 20 slides along the walls of the outer casing 1 by going back and forth. Each round trip of the diver corresponding to a pumping cycle.
  • the plunger may comprise, in its lower part, a second unidirectional valve 41 maintained in the closed position when the plunger slides upwards to prevent reflux of the fluid 2 to be extracted.
  • the plunger 20 consists of a central tube 5 and at least one ring 7 surrounding the central tube 5.
  • the ring 7 seals between the plunger 20 and the outer casing 1.
  • FIG. arrows indicate the thrust exerted by the plunger 20 on the fluid 2 extracted from a deposit.
  • the pressure exerted by the plunger 20 forces the fluid 2 to escape through the duct 3 of the central tube 5 after opening the second one-way valve 41.
  • the presence of the ring 7 prevents the fluid 2 from entering directly into the space between the plunger 20 and the outer casing 1.
  • Various mechanical means for applying a force pressing the ring 7 against the outer casing 1 can be envisaged, as will be described below.
  • FIG. 2 represents an embodiment in which the spacer part is a piston 61.
  • This piston 61 is in contact with the fluid 2 under pressure rising along the duct 3 of the central tube 5.
  • the piston 61 closes a through opening made in the central tube 5.
  • the fluid 2 exerts a pressing force F 'on the piston 61.
  • the piston 61 in turn exerts a pressing force F "against the ring 7 intended to press against the outer casing 1 .
  • the piston 61 may have a cylindrical shape. It may also comprise an enlarged end near the ring 7, forming a stop preventing a backward movement of the piston 61 in the event of a drop in pressure in the fluid 2.
  • the pressure of the fluid 2 is permanent and may be close to 20 MPa, or 200 bar.
  • the piston 61 is permanently subjected to a high pressure. Therefore, it moves in the through opening of the central tube 5 only very gradually. Indeed, the piston 61 continuously presses on the ring 7 so that a displacement of the piston 61 occurs only in case of wear of the ring 7. The wear of the ring 7 tends to thin it. This thinning is followed by a spacing of the ring 7 under the effect of the pressure force F "exerted by the piston 61. Thus, the movement of the piston 61 compensates for this thinning.
  • the spacing can continue until a complete abrasion of at least a portion of the ring 7.
  • the duration of operation of the pump can typically be correlated to the life of the ring 7 to its complete abrasion. This duration has been tested for more than one year.
  • the fluid pressure 2 is permanent.
  • the use of a piston 61 pushed by the fluid 2 may require no additional installation to exert a permanent force F "pressing the ring 7 against the outer casing 1.
  • Displacements of the plunger 20 in the outer casing 1 induce small fluid pressure variations 2. These variations may typically be between 0.1 bar and 5 bar.
  • the increase in pressure of the fluid 2 in the duct 3 of the central tube 5 may cause an increase in the force exerted by the spacer part 60 on the ring 7. This may contribute to increasing the sealing of the contact between the plunger 20 and the outer casing 1.
  • FIGS. 3a to 3c show three exemplary embodiments of a deformable ring 7 comprising an opening 71.
  • the spacer piece 62, 63, 64 is intended to then engage the opening 71 of the ring 7.
  • the pressure force exerted at the contact between the spacer part 62, 63, 64 and the opening 71 of the ring 7 causes a spacing of the ring. This spacing has the effect of widening the opening 71 and increasing the outer diameter of the ring 7.
  • the opening 71 of the ring 7 can be closed in various ways to ensure the seal between the plunger 20 and the outer casing 1. It is for example possible to provide sealing disks on or in below the ring, as described in document RU 2 422 708 Cl. Such additional sealing may be particularly advantageous when a single ring 7 comprising an opening 71 is used. It is also possible to block the passage of the fluid 2 through the opening 71 of the ring 7 by closing the opening 71 with other rings 7, as will be described later.
  • the spacer piece 62, 63, 64 can engage the opening 71 of the ring 7 in different ways.
  • the spacer piece 62 can be beveled. It can then comprise flanks 601 forming an angle of 45 ° with respect to the direction of the pressure force F 'exerted by the fluid 2 on the spacer part 62.
  • the inclined flanks 601 of the spacer piece 62 can each exert a pressure force on the ring 7 whose direction forms an angle of 45 ° with respect to the pressure force F 'exerted by the fluid 2 on the spacer piece 62.
  • the pressure stresses ensuring the spacing of the ring 7 are then distributed identically for any degree of depression of the spacer part 62 in the opening 71 of the ring 7.
  • FIG. 3b illustrates a ring 7 comprising a recess 72 in its inner part near the opening 71.
  • This recess 72 widens the opening 71 of the ring 7. This allows a projection 602 of the spacer piece 63 to cooperate more easily with the ring 7 in order to spread it.
  • the recess 72 also makes it possible to reduce the size of the opening 71 to the point where the ring can simply be split and closed in a non-spaced position.
  • the spacer piece 63 may have a projection 602 widened relative to the piston in contact with the fluid 2 under pressure. This difference in size makes it possible to provide smaller openings in the central tube 5 of the plunger 20.
  • FIG. 3c shows a ring 7 comprising beveled walls 73 at an angle flared inwards near the opening 71.
  • the spacer part 64 can not be tapered.
  • the bevelled walls of the ring 7 perform the same function as the bevelled walls 601 of the spacer part 62 described above.
  • the zones of the ring 7 remote from the opening 71 may be subjected to compressive stresses that may lead to deformation of the buckling type.
  • Buckling of the ring 7 can give rise to a loss of tightness. This buckling is all the more likely to occur that the diameter of the ring 7 is large. Therefore, it may be useful to reinforce the structure of the ring 7 in the areas remote from the opening 71 subjected to this type of deformation stresses.
  • FIG. 4 represents a ring 7 whose crown, also called section, is reinforced in a zone remote from the opening 71.
  • the zone remote from the opening 71 has a width 720 greater than the width 710 of the area near the opening.
  • the term "width" here refers to a dimension of the ring perpendicular to the axis of the ring 7.
  • the ratio between the two widths 720, 710 can be between 1.01 and 1.5, and be a function of the diameter of the ring 7. It is possible to increase this width progressively from the opening 71 to the zone of the ring 7 furthest from the opening 71.
  • An effective means for improving the seal between the plunger 20 and the outer casing 1 is to use a plurality of stacked rings 7 in contact with one another.
  • FIG. 5 shows a particularly advantageous embodiment in which all the openings 7101 are oblique slots aligned on an axis parallel to the axis of the plunger 20.
  • the inclination of the slots 7101 makes it possible to close the opening 7101 by the ring 7 neighbor and thus guarantee the seal between the plunger 20 and the outer casing 1.
  • the rings 7 are in contact with each other and have plane faces perpendicular to the axis of the plunger 20.
  • This embodiment makes it possible to reduce the number of spacers 60 used in one piece engaging with a single projection all the slots 7101. The number of openings made in the central tube 5 can thus also be reduced to a single opening.
  • the sealed contact between the rings 7 makes it possible to hide the ends of the slots 7101 of a ring 7 by means of the neighboring rings.
  • FIG. 6 represents an example of a spacer piece 600 for simultaneously engaging all the rings 7 of the stack 70.
  • the piston 610 and the projection 620 of such a spacer piece 600 can be linked mechanically or exist as two separate rooms.
  • the piston 610 may advantageously be smaller than the bead 620, in order to reduce the size of the opening made in the central tube 5.
  • the shape of the protrusion 620 may differ from that shown. This shape may depend on the shape of the opening of the ring 7 in which it is intended to engage. In relation to FIGS. 5 and 6, it is possible, for example, to provide sloping protuberances of shape corresponding to oblique slits 7102. These protuberances may themselves be beveled as described above.
  • FIG. 7 represents another example of stack 70 of rings 7.
  • the openings 7102 of the rings 7 are vertical and offset with respect to each other, so as to guarantee the tightness of the stack 70d. rings.
  • each ring is engaged by a spacer part 600 different. This possibility may arise, for example, in the case shown in Figure 7. In this way, it is easy to shift the opening 7102 of a ring 7 relative to that of the next ring.
  • Each spacer piece can engage the opening 7102 with a protrusion of suitable shape to ensure the spacing of the ring 7, as described above.
  • each ring 7 makes it possible to ensure a partial seal between the plunger 20 and the outer casing 1.
  • the set of rings 701, 702, 703, 704 then ensures the seal between the plunger 20 and the outer casing 1, each ring contacting a different area of the wall of the outer casing 1.
  • the central tube 5 may have recesses for accommodating the rings
  • each ring can be pushed by a different piston 61.
  • Each piston 61 exerts a force F1, F2, F3, F4 in a direction proper to the ring 701, 702, 703, 704 that it pushes.
  • Another aspect of the invention relates to the alloy used to make the rings
  • the wear of the rings 7 by friction against the outer casing 1 and their abrasion by particles contained in the extracted fluid, for example sand, can be limited by using resistant materials.
  • the invention has been tested with rings made of a steel alloy comprising a mixture of: silicon, manganese, nickel, phosphorus, and chromium. Such an alloy may have a Rockwell hardness of 52 HRC, suitable for the intended applications. Tested under laboratory conditions, the wear of these rings makes it possible to envisage a use of the pump over a period of well over a year in real conditions.
  • the spacer piece exerting a force on the ring may for example be a tensioned spring, a shim or another mechanism for example hydraulic, pneumatic or electromagnetic provided to exert a pressure force against the ring.
  • the central tube may not include a through opening to accommodate the spacer part.
  • the ring can be planned to achieve two diametrically opposed openings in the ring, thus forming two half-rings. Each half-ring can then be pushed by a spacer piece without inducing deformation in the ring. Alternatively, two separate spacer pieces can engage the two openings of the ring. The ring pressed against the outer envelope may also not include an opening. In this way, the sealing of a single ring can be improved. Instead of widening by separation, the ring can be deformed or expander under the effect of the pressure it undergoes. To do this, it is possible to choose an alloy of materials allowing sufficient deformation of the ring compensating for its wear.

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Abstract

Hydrocarbon extraction pump with an improved plunger. The invention relates to a hydrocarbon extraction pump comprising an outer envelope (1) housing a plunger (20). The plunger comprises at least one ring (7) surrounding a central tube (5) for transporting a fluid (2) under pressure. The plunger of the pump also comprises at least one strut (60) between the central tube and the ring, the strut being arranged so as to hold the ring against the outer envelope, and thereby ensure contact sealing.

Description

Pompe d'extraction d'hydrocarbures à plongeur perfectionné  Hydrocarbon extraction pump with advanced plunger
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
L'invention se rapporte au domaine des pompes pour l'extraction d'hydrocarbures. The invention relates to the field of pumps for the extraction of hydrocarbons.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE TECHNOLOGICAL BACKGROUND
L'extraction d'hydrocarbures et notamment l'extraction pétrolière, fait généralement intervenir des pompes à plongeur accédant via un puits aux hydrocarbures fluides situés en sous-sol. The extraction of hydrocarbons and in particular the oil extraction, generally involves diver pumps accessing via a well to hydrocarbon fluids located in the basement.
Typiquement, dans une telle pompe, un cylindre formant une enveloppe externe pour le plongeur est agencé dans la partie inférieure du puits vertical dans le sous-sol. Le plongeur est configuré pour coulisser à l'intérieur de l'enveloppe externe. Généralement, un plongeur est relié par un câble métallique au bras principal, aussi appelé balancier, situé en surface. Ce bras, entraîné par un contrepoids actionné par un moteur, effectue un mouvement de balancier. Typically, in such a pump, a cylinder forming an outer casing for the plunger is arranged in the lower part of the vertical well in the basement. The plunger is configured to slide inside the outer casing. Generally, a diver is connected by a wire rope to the main arm, also called a rocker, located on the surface. This arm, driven by a counterweight powered by a motor, performs a rocking movement.
En sous-sol, l'enveloppe externe est fermée, dans sa partie inférieure, par une paroi étanche munie d'une première vanne unidirectionnelle, formant une vanne dite d'aspiration, pour contrôler l'arrivée du fluide à extraire. Lorsque le plongeur coulisse vers le bas à l'intérieur de l'enveloppe externe, il exerce une pression sur le fluide. Cette pression est communiquée à la paroi étanche, maintenant la vanne fermée. Lorsque le plongeur coulisse vers le haut, une dépression ouvre la vanne et permet au fluide de remplir l'espace formé entre le plongeur et la paroi étanche. Le plongeur peut également être fermé dans sa partie inférieure par une paroi étanche munie d'une seconde vanne unidirectionnelle, formant une vanne dite de livraison, maintenue en position fermée lorsque le plongeur coulisse vers le haut afin d'éviter un reflux du fluide à extraire. In the basement, the outer envelope is closed, in its lower part, by a sealed wall provided with a first unidirectional valve, forming a so-called suction valve, to control the arrival of the fluid to be extracted. When the plunger slides downwardly within the outer casing, it exerts pressure on the fluid. This pressure is communicated to the sealed wall, keeping the valve closed. When the plunger slides upwards, a depression opens the valve and allows the fluid to fill the space formed between the plunger and the sealed wall. The plunger may also be closed in its lower part by a watertight wall provided with a second unidirectional valve, forming a delivery valve, held in closed position when the plunger slides upwards in order to prevent a backflow of the fluid to be extracted. .
La récupération du fluide ainsi pompé intervient lorsque le plongeur redescend à sa position basse. Pour extraire le fluide vers la surface, le plongeur comprend un tube central comportant un conduit reliant l'espace situé sous la partie inférieure du plongeur à l'espace situé au-dessus de la partie supérieure du plongeur. Le fluide remonte le long du conduit sous l'effet de la pression exercée par le plongeur sur le fluide. Le fluide remonte ensuite vers la surface lorsque le plongeur coulisse vers sa position haute. The recovery of the fluid thus pumped occurs when the plunger goes down to its low position. To extract the fluid to the surface, the plunger includes a central tube having a conduit connecting the space below the lower part of the plunger to the space above the upper part of the plunger. The fluid rises along the duct under the effect of the pressure exerted by the plunger on the fluid. The fluid then rises to the surface as the plunger slides to its upper position.
Le fonctionnement d'une pompe à plongeur requiert une bonne étanchéité entre les parois extérieures du plongeur et l'enveloppe externe. Pour ce faire les parois extérieures du plongeur sont en contact avec l'enveloppe externe. Cette étanchéité permet au plongeur d'exercer une pression sur le fluide pour le faire remonter le long du conduit du tube central lorsque le plongeur coulisse vers sa position basse. Une surface de contact large entre plongeur et enveloppe externe pourrait cependant donner naissance à des forces de frottement importantes rendant difficile la translation du plongeur dans l'enveloppe externe. The operation of a plunger pump requires a good seal between the outer walls of the plunger and the outer casing. To do this, the outer walls of the plunger are in contact with the outer casing. This seal allows the plunger to exert pressure on the fluid to make it up along the pipe of the central tube when the plunger slides to its lower position. A wide contact surface between the plunger and the outer casing, however, could give rise to significant frictional forces making it difficult for the plunger to be translated into the outer casing.
Pour assurer à la fois une étanchéité suffisante entre le plongeur et l'enveloppe externe, et garantir une translation adéquate du plongeur, le document RU 2 195 592 décrit un empilement d'anneaux métalliques entourant le tube central. Chaque anneau est en contact partiel avec l'enveloppe externe, et décentré par rapport aux autres anneaux. Ainsi, la surface de contact entre le plongeur et l'enveloppe externe est réduite, limitant les frottements, et l'espace libre entre le plongeur et l'enveloppe externe définit un parcours sinueux par lequel le fluide, entrant alors dans une zone basse pression, peut difficilement s'échapper. To ensure both a sufficient seal between the plunger and the outer casing, and ensure proper translation of the plunger, the document RU 2 195 592 describes a stack of metal rings surrounding the central tube. Each ring is in partial contact with the outer envelope, and off-center with respect to the other rings. Thus, the contact surface between the plunger and the outer casing is reduced, limiting the friction, and the free space between the plunger and the outer casing defines a sinuous path through which the fluid, then entering a low pressure zone , can hardly escape.
Cependant, quelle que soit la petitesse de l'espace libre entre le plongeur et l'enveloppe externe, une usure des anneaux intervient en cours d'utilisation. L'usure peut par exemple provenir d'une abrasion par des particules contenues dans le fluide et qui se logent progressivement dans les interstices entre le plongeur et l'enveloppe externe. Une particule de taille donnée qui passe entre l'anneau et l'enveloppe externe peut créer, par abrasion, un interstice suffisant pour laisser passer ensuite une particule de plus grande taille abrasant encore l'anneau. Ainsi, l'amorçage de l'usure par de petites particules peut évoluer selon un schéma exponentiel, en faisant intervenir des particules de plus en plus grosses jusqu'à une destruction totale de l'étanchéité. La chute d'étanchéité provoque une diminution de la quantité de fluide extraite, et le rendement de la pompe chute drastiquement. II est par conséquent recherché une pompe d'extraction d'hydrocarbures dans laquelle l'étanchéité entre le plongeur et l'enveloppe externe résiste mieux à l'usure et dans laquelle l'étanchéité peut être maintenue sans baisse de productivité sur une longue durée. EXPOSE DE L'INVENTION However, whatever the smallness of the free space between the plunger and the outer casing, wear of the rings occurs during use. The wear may, for example, come from abrasion by particles contained in the fluid and which gradually become lodged in the interstices between the plunger and the outer casing. A particle of a given size which passes between the ring and the outer envelope can create, by abrasion, a gap sufficient to allow thereafter to pass a larger particle still abrading the ring. Thus, the initiation of wear by small particles can evolve in an exponential pattern, involving particles larger and larger until a total destruction of the seal. The leakage drop causes a decrease in the amount of fluid extracted, and the efficiency of the pump drops drastically. It is therefore sought a hydrocarbon extraction pump in which the seal between the plunger and the outer casing is more resistant to wear and in which the seal can be maintained without loss of productivity over a long period. SUMMARY OF THE INVENTION
Pour répondre aux problèmes exposés ci-avant, la présente invention propose une pompe d'extraction d'hydrocarbures, comportant une enveloppe externe logeant un plongeur. Le plongeur comprend au moins un anneau entourant un tube central destiné à véhiculer un fluide sous pression. En particulier, le plongeur de cette pompe comporte au moins une pièce entretoise entre le tube central et l'anneau. La pièce entretoise est agencée, c'est-à-dire conformée mécaniquement, pour maintenir en force l'anneau contre l'enveloppe externe et assurer ainsi une étanchéité de contact. To meet the problems described above, the present invention provides a hydrocarbon extraction pump, comprising an outer casing housing a plunger. The plunger comprises at least one ring surrounding a central tube for conveying a fluid under pressure. In particular, the plunger of this pump comprises at least one spacer piece between the central tube and the ring. The spacer piece is arranged, that is to say mechanically shaped, to maintain the ring against the outer casing and thus ensure a contact seal.
En plaquant l'anneau contre l'enveloppe externe, l'invention compense la baisse d' étanchéité due à l'usure progressive de l'anneau. En effet, la force exercée par la pièce entretoise sur l'anneau le déplace ou le déforme, comme on le verra dans une forme de réalisation plus loin, de manière à plaquer en force l'anneau contre l'enveloppe externe.  By plating the ring against the outer casing, the invention compensates for the loss of sealing due to progressive wear of the ring. Indeed, the force exerted by the spacer part on the ring moves or deforms it, as will be seen in a further embodiment, so as to force the ring against the outer casing.
L'invention permet ainsi de maintenir une étanchéité permanente tout au long de la durée d'exploitation de la pompe. En effet, au lieu de suivre une évolution exponentielle, l'usure entre le plongeur et l'enveloppe externe pourrait suivre une évolution davantage linéaire, avec une dégradation lente de étanchéité. Par conséquent, la pompe peut fonctionner jusqu'à un morcellement par usure de l'anneau.  The invention thus makes it possible to maintain a permanent seal throughout the operating life of the pump. Indeed, instead of following an exponential evolution, the wear between the plunger and the outer shell could follow a more linear evolution, with a slow degradation of sealing. As a result, the pump can operate until splitting by wear of the ring.
Un rendement volumétrique dans les pompes à plongeur connues se situe en moyenne autour de 60% à 70%. C'est-à-dire qu'en moyenne, avant dégradation de étanchéité par usure, 60% à 70% du fluide est extrait de la pompe après un aller-retour du plongeur. L'invention améliore ce rendement d'extraction et permet d'atteindre un rendement volumétrique compris entre 85% et 95%, et de maintenir ce rendement élevé pendant une durée d'exploitation supérieure à six mois.  A volumetric efficiency in known plunger pumps is on average around 60% to 70%. That is to say that, on average, before wear-resistant degradation, 60% to 70% of the fluid is extracted from the pump after a return trip of the plunger. The invention improves this extraction efficiency and achieves a volumetric efficiency of between 85% and 95%, and maintain this high efficiency for a period of operation greater than six months.
La pompe à plongeur décrite ci-avant permet en outre de limiter le passage, entre le plongeur et l'enveloppe externe, de particules abrasives telles le sable, qui peuvent être présentes dans le fluide extrait. De cette manière, l'extraction d'hydrocarbures n'est pas handicapée par la présence éventuelle de résidus solides dans le fluide extrait. En particulier, la pompe peut fonctionner avec un rendement volumétrique similaire aussi bien lors des premières phases d'exploitation d'un gisement que lors des phases avancées d'exploitation. En effet, la pompe peut extraire des hydrocarbures avec un rendement volumétrique élevé malgré la présence éventuelle de résidus solides dans le gisement. Dans une forme de réalisation, le tube central du plongeur peut comporter au moins une ouverture dont fait saillie vers l'extérieur la pièce entretoise. La pièce entretoise peut ainsi, en service, communiquer au moins une partie de la pression du fluide à l'anneau pour maintenir l'anneau contre l'enveloppe externe et assurer ainsi une étanchéité de contact, qui est fonction de ladite pression, entre l'anneau et l'enveloppe. The plunger pump described above also makes it possible to limit the passage between the plunger and the outer casing of abrasive particles such as sand, which may be present in the extracted fluid. In this way, the extraction of hydrocarbons is not handicapped by the possible presence of solid residues in the extracted fluid. In particular, the pump can operate with a similar volumetric efficiency both during the first phases of exploitation of a deposit than during the advanced phases of operation. Indeed, the pump can extract hydrocarbons with a high volumetric efficiency despite the possible presence of solid residues in the deposit. In one embodiment, the central tube of the plunger may comprise at least one opening from which the spacer piece projects outwards. The spacer piece can thus, in use, communicate at least a portion of the pressure of the fluid to the ring to maintain the ring against the outer casing and thus ensure a contact seal, which is a function of said pressure, between the ring and envelope.
Ce mode de réalisation propose d'utiliser la pression du fluide extrait pour forcer l'anneau contre l'enveloppe externe. La pièce entretoise agit comme un piston dans l'ouverture du tube central. Cette pièce communique à l'anneau la pression que le fluide exerce sur elle. La pression du fluide est permanente dans le puits et représente donc un moyen fiable et efficace pour exercer une force de contact suffisante et permanente sur l'anneau. Cette pression dépend des caractéristiques du puits, notamment la profondeur à laquelle se situe le plongeur, et peut typiquement avoisiner les 20 MPa, soit 200 bars. Les déplacements du plongeur induisent de faibles variations de la pression du fluide typiquement comprises entre 0,1 bar et 5 bars autour de la valeur moyenne de la pression permanente du fluide. L'anneau et la pièce entretoise peuvent typiquement être fabriqués en un matériau adapté aux pressions de fluide intervenant lors de l'utilisation de la pompe. Des exemples sont présentés en détail plus loin, en référence aux figures.  This embodiment proposes to use the pressure of the extracted fluid to force the ring against the outer shell. The spacer piece acts as a piston in the opening of the central tube. This piece communicates to the ring the pressure that the fluid exerts on it. The pressure of the fluid is permanent in the well and therefore represents a reliable and effective means for exerting a sufficient and permanent contact force on the ring. This pressure depends on the characteristics of the well, especially the depth at which the diver is located, and can typically be around 20 MPa, or 200 bar. The movements of the plunger induce small variations in the fluid pressure typically between 0.1 bar and 5 bar around the average value of the permanent pressure of the fluid. The ring and the spacer may typically be made of a material adapted to the fluid pressures involved in the use of the pump. Examples are presented in detail below with reference to the figures.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anneau peut comporter au moins une ouverture destinée à loger au moins partiellement la pièce entretoise, l'anneau étant apte à se déformer par écartement sous l'effet de la pression exercée par la pièce entretoise sur ladite ouverture. According to another characteristic of the invention, the ring may comprise at least one opening intended to accommodate at least partially the spacer part, the ring being able to deform by spacing under the effect of the pressure exerted by the spacer part. on said opening.
De cette manière, il est possible d'obtenir un contact étanche entre l'anneau et l'enveloppe externe en faisant en sorte que l'anneau, en s'écartant, augmente son diamètre et comble l'interstice avec l'enveloppe externe, cet interstice pouvant être créé par l'abrasion et l'érosion par frottements de va-et-vient comme indiqué précédemment. La pièce entretoise coopère avec l'ouverture de l'anneau en s'y insérant par exemple. Elle exerce une pression permettant de maintenir l'écartement de l'anneau à un niveau assurant l'étanchéité avec l'enveloppe externe. In this way, it is possible to obtain a sealed contact between the ring and the outer casing by causing the ring, apart, to increase its diameter and fill the gap with the outer casing, this gap can be created by abrasion and erosion by friction back and forth as indicated above. The spacer part cooperates with the opening of the ring by inserting it for example. It exerts pressure to maintain the spacing of the ring at a level ensuring sealing with the outer casing.
Selon un mode de réalisation, la pièce entretoise peut être biseautée en formant un coin destiné à coopérer avec l'ouverture de l'anneau, en s'y insérant par exemple. Cette forme particulière en coin de la pièce entretoise permet d'optimiser la répartition de la force de contact sur l'anneau. En engageant l'ouverture de l'anneau avec les flancs formés par le biseau, la pièce entretoise peut exercer une force sur une même zone de l'anneau. According to one embodiment, the spacer piece can be beveled forming a wedge intended to cooperate with the opening of the ring, inserting it for example. This particular shape at the corner of the spacer piece optimizes the distribution of the contact force on the ring. By engaging the opening of the ring with the flanks formed by the bevel, the spacer piece can exert a force on the same area of the ring.
Selon un autre mode de réalisation, l'ouverture de l'anneau peut présenter un évidement destiné à assurer un contact avec des parois du coin de la pièce entretoise. According to another embodiment, the opening of the ring may have a recess for ensuring contact with the walls of the corner of the spacer piece.
L'évidement peut typiquement être réalisé en regard de la pièce entretoise, de manière à offrir une ouverture suffisamment large permettant à la pièce entretoise d'engager l'ouverture de l'anneau. L'évidement permet également d'adapter la forme des zones de l'anneau destinées à rentrer en contact avec la pièce entretoise. The recess can typically be made opposite the spacer part, so as to provide a sufficiently wide opening allowing the spacer to engage the opening of the ring. The recess also makes it possible to adapt the shape of the zones of the ring intended to come into contact with the spacer part.
Selon un autre mode de réalisation, l'ouverture de l'anneau peut présenter des parois biseautées en biais évasées vers l'intérieur pour coopérer avec la pièce entretoise. De cette manière, des flancs inclinés de la pièce entretoise peuvent coopérer avec des flancs inclinés de l'anneau. Ceci permet d'assurer une surface de contact plus importante entre ces deux éléments et réduire l'usure due au frottement de l'un contre l'autre. According to another embodiment, the opening of the ring may have tapered walls tapered inwards to cooperate with the spacer part. In this way, inclined flanks of the spacer piece can cooperate with inclined flanks of the ring. This ensures a greater contact area between these two elements and reduce wear due to friction against each other.
Notamment, une zone de l'anneau la plus éloignée de l'ouverture peut être apte à conserver sa forme lors de l'écartement de l'anneau. In particular, an area of the ring farthest from the opening may be able to retain its shape when the ring is spaced apart.
De cette manière, l'écartement de l'anneau limite le flambage en des zones de l'anneau distantes de l'ouverture, sollicitées en compression sous l'effet de l'écartement. In this way, the spacing of the ring limits the buckling in areas of the ring distant from the opening, stressed in compression under the effect of the spacing.
Notamment, l'anneau peut être de section diminuant de la zone la plus éloignée de Γ ouverture jusqu' à une zone à proximité de ouverture. In particular, the ring may be of decreasing section from the zone furthest from opening to an area near opening.
Le terme « section » est à interpréter comme désignant la couronne de l'anneau, généralement de forme rectangulaire dans une pompe à plongeurs. Une telle section diminuante permet de renforcer les zones de l'anneau éloignées de l'ouverture. Selon un mode de réalisation, l'anneau peut être d'épaisseur constante. The term "section" is to be interpreted as designating the ring crown, generally of rectangular shape in a plunger pump. Such a decreasing section reinforces the areas of the ring away from the opening. According to one embodiment, the ring may be of constant thickness.
Une épaisseur constante permet de réduire la surface de contact avec l'enveloppe externe, réduisant ainsi les frottements de l'anneau contre cette enveloppe. Il peut également être plus aisé de réaliser un empilement d'anneaux en contact les uns avec les autres lorsque l'épaisseur de chaque anneau est constante. A constant thickness reduces the contact area with the outer shell, thus reducing the friction of the ring against this envelope. It may also be easier to make a stack of rings in contact with each other when the thickness of each ring is constant.
Dans une forme de réalisation, l'anneau peut comporter un rapport entre une largeur dans une zone la plus éloignée de l'ouverture, d'une part, et une largeur dans une zone à proximité de l'ouverture d'autre part, comprise entre 1,01 et 1,5. In one embodiment, the ring may comprise a ratio between a width in an area furthest from the opening, on the one hand, and a width in an area near the opening, on the other hand, including between 1.01 and 1.5.
Un rapport de largeurs de l'anneau est avantageusement choisi dans cette gamme en fonction de l'élasticité de l'anneau et, de là, en fonction du matériau dans lequel il est réalisé ainsi qu'en fonction du diamètre de l'anneau. A ratio of widths of the ring is advantageously chosen in this range as a function of the elasticity of the ring and hence of the material in which it is made as well as as a function of the diameter of the ring.
Selon un mode de réalisation, le plongeur peut comporter une pluralité d'anneaux formant un empilement d'anneaux, chaque anneau étant destiné à être poussé par la pièce entretoise contre l'enveloppe externe. According to one embodiment, the plunger may comprise a plurality of rings forming a stack of rings, each ring being intended to be pushed by the spacer part against the outer casing.
Un empilement constitué de plusieurs anneaux permet d'assurer une meilleure étanchéité, chaque anneau étant maintenu en contact contre l'enveloppe externe. A stack consisting of several rings ensures a better seal, each ring being held in contact against the outer casing.
Notamment, selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la pièce entretoise peut comporter une saillie destinée à s'engager dans l'ouverture de chacun des anneaux de l'empilement. In particular, according to an additional feature of the invention, the spacer piece may comprise a projection intended to engage in the opening of each of the rings of the stack.
La saillie coopérant avec l'ouverture de chaque anneau est ainsi configurée pour engager chaque anneau de l'empilement de manière à assurer son écartement. Il est par exemple envisageable que chaque anneau coopère avec une pièce entretoise différente de manière à éviter un recouvrement des différentes ouvertures des anneaux. Selon un mode de réalisation particulier, l'ouverture d'un anneau forme une fente, et les fentes de deux anneaux voisins sont espacées l'une de l'autre dans une face de contact entre ces deux anneaux voisins, en vue d'assurer une étanchéité entre anneaux voisins. The projection cooperating with the opening of each ring is thus configured to engage each ring of the stack so as to ensure its spacing. It is for example possible that each ring cooperates with a different spacer piece so as to avoid overlap of the different openings of the rings. According to a particular embodiment, the opening of a ring forms a slot, and the slots of two adjacent rings are spaced apart from one another in a contact face between these two neighboring rings, in order to ensure a seal between neighboring rings.
Les fentes sont ainsi fermées sur chaque anneau par un anneau voisin dans une face de contact entre ces deux anneaux. Les fentes définissent donc un parcours discontinu dans l'empilement d'anneaux ce qui assure l'étanchéité entre le plongeur et l'enveloppe externe. En effet, aucun fluide ne peut s'échapper par l'ouverture d'un anneau car cette dernière est recouverte par un anneau voisin. The slots are thus closed on each ring by a neighboring ring in a contact face between these two rings. The slots thus define a discontinuous path in the stack of rings which ensures the seal between the plunger and the outer casing. Indeed, no fluid can escape through the opening of a ring because the latter is covered by a neighboring ring.
Notamment, il peut être prévu que l'ouverture d'un anneau forme une fente oblique, et que les fentes obliques de tous les anneaux soient alignées sur un axe parallèle à l'axe du tube central. In particular, it may be provided that the opening of a ring forms an oblique slot, and that the oblique slots of all the rings are aligned on an axis parallel to the axis of the central tube.
Lorsque toutes les fentes obliques sont alignées sur un même axe parallèle à l'axe du tube central, il est possible d'engager toutes les ouvertures à l'aide d'une unique pièce entretoise. Des fentes obliques permettent de fermer l'ouverture d'un anneau par l'anneau voisin dans la face de contact de ces deux anneaux, tout en maintenant un alignement des ouvertures selon un axe parallèle à l'axe du tube central. Dans ce mode de réalisation, il est avantageux de prévoir une ouverture structurée de la manière décrite ci-avant. Par exemple, une ouverture présentant un évidement ou une ouverture avec des parois biseautées en biais évasées vers l'intérieur contribuent à assurer un bon engagement de la saillie dans l'ouverture. Comme décrit ci-avant, la saillie peut aussi avantageusement être biseautée en formant un coin. When all the oblique slots are aligned on the same axis parallel to the axis of the central tube, it is possible to engage all the openings with a single spacer part. Oblique slots make it possible to close the opening of a ring by the neighboring ring in the contact face of these two rings, while maintaining an alignment of the openings along an axis parallel to the axis of the central tube. In this embodiment, it is advantageous to provide a structured opening as described above. For example, an opening having a recess or an opening with bevelled flanks at an inwardly flared angle contributes to a good engagement of the projection in the opening. As described above, the projection may also advantageously be beveled forming a wedge.
Selon un mode de réalisation, la pièce entretoise peut comporter un piston en contact avec le fluide sous pression et une saillie en contact avec l'anneau. According to one embodiment, the spacer part may comprise a piston in contact with the pressurized fluid and a projection in contact with the ring.
En séparant ainsi la pièce entretoise en deux parties, il est possible de réduire la taille du piston, et donc de l'ouverture dans le tube central. La saillie peut typiquement être plus large que le piston, afin d'engager les ouvertures des différents anneaux. Le piston et la saillie peuvent être solidaires mécaniquement ou bien former deux pièces distinctes, le piston étant en appui avec la saillie. De manière avantageuse, la composition de l'anneau peut comprendre un alliage d'acier comprenant des matériaux choisis parmi la liste constituée du silicium, manganèse, nickel, phosphore, et chrome, l'alliage étant destiné à avoir une dureté Rockwell de l'ordre de cinquante HRC. L'unité HRC correspond à une dureté Rockwell qui peut typiquement être mesurée par enfoncement dans un matériau d'un cône de diamant de section circulaire à pointe arrondie sphérique de 0,2 mm. By thus separating the spacer part into two parts, it is possible to reduce the size of the piston, and thus the opening in the central tube. The projection may typically be wider than the piston, to engage the openings of the different rings. The piston and the projection may be mechanically integral or form two separate parts, the piston being in abutment with the projection. Advantageously, the composition of the ring may comprise a steel alloy comprising materials selected from the list consisting of silicon, manganese, nickel, phosphorus, and chromium, the alloy being intended to have a Rockwell hardness of the order of fifty HRC. The HRC unit corresponds to a Rockwell hardness which can typically be measured by embedding in a diamond cone material of circular section with 0.2 mm spherical rounded tip.
Une telle composition de matériaux assure une résistance à l'usure permettant d'utiliser la pompe avec une étanchéité suffisante pendant une durée supérieure à un an. Néanmoins, elle est optimum car inférieure à une dureté habituelle d'une enveloppe externe. Such a composition of materials provides wear resistance enabling the pump to be used with sufficient sealing for a period of time greater than one year. Nevertheless, it is optimum because less than a usual hardness of an outer envelope.
DESCRIPTIF DES FIGURES DESCRIPTION OF FIGURES
Le procédé objet de l'invention sera mieux compris à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations présentés à titre illustratif, aucunement limitatifs, et à l'observation des dessins ci-après sur lesquels : The method which is the subject of the invention will be better understood on reading the following description of exemplary embodiments presented for illustrative purposes, in no way limiting, and on the observation of the following drawings in which:
- la figure 1 est une représentation schématique en vue de côté d'une coupe longitudinale d'une portion de pompe à plongeur; et - Figure 1 is a schematic representation in side view of a longitudinal section of a plunger pump portion; and
- la figure 2 est une représentation schématique en vue de côté d'une coupe longitudinale d'une portion de pompe à plongeur selon un second mode de réalisation; et FIG. 2 is a schematic side view of a longitudinal section of a plunger pump portion according to a second embodiment; and
- les figures 3a à 3c sont des représentations schématiques en vue de dessus d'un plongeur selon trois modes de réalisation; et FIGS. 3a to 3c are diagrammatic representations in plan view of a plunger according to three embodiments; and
- la figure 4 est une représentation schématique en vue de dessus d'un anneau déformable; et - la figure 5 est une représentation schématique en vue de côté d'une portion de pompe à plongeur comprenant une pluralité d'anneaux déformables selon un mode de réalisation; et - la figure 6 est une représentation schématique en perspective cavalière d'une pièce entretoise selon un mode de réalisation ; et - Figure 4 is a schematic representation in plan view of a deformable ring; and FIG. 5 is a diagrammatic side view of a plunger pump portion comprising a plurality of deformable rings in accordance with one embodiment; and FIG. 6 is a diagrammatic perspective view of a spacer part according to one embodiment; and
- la figure 7 est une représentation schématique en vue de côté d'une portion de pompe à plongeur comprenant une pluralité d'anneaux déformables; et - la figure 8 est une représentation schématique en vue de côté d'une coupe longitudinale d'une portion de pompe à plongeur comprenant une pluralité d'anneaux déformables selon un mode de réalisation; et Figure 7 is a schematic side view of a plunger pump portion including a plurality of deformable rings; and FIG. 8 is a diagrammatic side view of a longitudinal section of a plunger pump portion comprising a plurality of deformable rings according to one embodiment; and
- la figure 9 est une vue en perspective schématique d'une portion de pompe à plongeur comprenant plusieurs anneaux décentrés les uns par rapport aux autres; et - la figure 10 est une représentation schématique en vue de dessus d'une portion de plongeur comprenant plusieurs anneaux décentrés les uns par rapport aux autres. FIG. 9 is a diagrammatic perspective view of a plunger pump portion comprising a plurality of rings offset from one another; and - Figure 10 is a schematic representation in plan view of a plunger portion comprising a plurality of rings offset from each other.
Pour des raisons de clarté, les dimensions des différents éléments représentés sur ces figures ne sont pas nécessairement en proportion avec leurs dimensions réelles. Sur les figures, des références identiques correspondent à des éléments identiques. For the sake of clarity, the dimensions of the various elements shown in these figures are not necessarily in proportion to their actual dimensions. In the figures, identical references correspond to identical elements.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DETAILED DESCRIPTION
L'invention se rapporte à une pompe à plongeur offrant un rendement d'extraction d'hydrocarbures élevé et une durée d'exploitation en continu supérieure à au moins un an. Typiquement, la présente pompe à plongeur permet d'extraire entre 85% et 95% de fluide pompé à l'issue d'un cycle de déplacement du plongeur. The invention relates to a plunger pump with a high hydrocarbon extraction efficiency and a continuous operating life of at least one year. Typically, the present plunger pump can extract between 85% and 95% of fluid pumped at the end of a displacement cycle of the plunger.
Tel que représenté sur la figure 1, une pompe à plongeur comprend une enveloppe externe 1 fermée dans sa partie inférieure par une paroi étanche 10. La paroi étanche comprend une vanne unidirectionnelle 4. Cette vanne peut typiquement être ouverte par une baisse de pression dans la chambre délimitée par l'enveloppe externe 1. Un plongeur 20 coulisse le long des parois de l'enveloppe externe 1 en effectuant des allers-retours. Chaque aller-retour du plongeur correspondant à un cycle de pompage. Le plongeur peut comprendre, dans sa partie inférieure, une seconde vanne unidirectionnelle 41 maintenue en position fermée lorsque le plongeur coulisse vers le haut afin d'éviter un reflux du fluide 2 à extraire. As represented in FIG. 1, a plunger pump comprises an outer casing 1 closed in its lower part by a leaktight wall 10. The sealed wall comprises a one-way valve 4. This valve can typically be opened by a pressure drop in the chamber delimited by the outer casing 1. A plunger 20 slides along the walls of the outer casing 1 by going back and forth. Each round trip of the diver corresponding to a pumping cycle. The plunger may comprise, in its lower part, a second unidirectional valve 41 maintained in the closed position when the plunger slides upwards to prevent reflux of the fluid 2 to be extracted.
Le plongeur 20 se compose d'un tube central 5 et d'au moins un anneau 7 entourant le tube central 5. L'anneau 7 assure l'étanchéité entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. Sur la figure 1, des flèches indiquent la poussée exercée par le plongeur 20 sur le fluide 2 extrait d'un gisement. La pression exercée par le plongeur 20 force le fluide 2 à s'échapper par le conduit 3 du tube central 5 après ouverture de la seconde vanne unidirectionnelle 41. La présence de l'anneau 7 empêche le fluide 2 de pénétrer directement dans l'espace entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. The plunger 20 consists of a central tube 5 and at least one ring 7 surrounding the central tube 5. The ring 7 seals between the plunger 20 and the outer casing 1. In FIG. arrows indicate the thrust exerted by the plunger 20 on the fluid 2 extracted from a deposit. The pressure exerted by the plunger 20 forces the fluid 2 to escape through the duct 3 of the central tube 5 after opening the second one-way valve 41. The presence of the ring 7 prevents the fluid 2 from entering directly into the space between the plunger 20 and the outer casing 1.
Une pièce entretoise 60 située entre le tube central 5 et l'anneau 7 exerce une force de pression contre la paroi intérieure de l'anneau 7 afin de le plaquer contre la paroi de l'enveloppe externe 1. Différents moyens mécaniques permettant d'appliquer une force plaquant l'anneau 7 contre l'enveloppe externe 1 peuvent être envisagés, comme il sera décrit ci-après. A spacer piece 60 located between the central tube 5 and the ring 7 exerts a pressing force against the inner wall of the ring 7 to press against the wall of the outer casing 1. Various mechanical means for applying a force pressing the ring 7 against the outer casing 1 can be envisaged, as will be described below.
La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel la pièce entretoise est un piston 61. Ce piston 61 est en contact avec le fluide 2 sous pression remontant le long du conduit 3 du tube central 5. Le piston 61 obture une ouverture traversante réalisée dans le tube central 5. Ainsi, le fluide 2 exerce une force de pression F' sur le piston 61. Le piston 61 exerce à son tour une force de pression F" contre l'anneau 7 destinée à le plaquer contre l'enveloppe externe 1. FIG. 2 represents an embodiment in which the spacer part is a piston 61. This piston 61 is in contact with the fluid 2 under pressure rising along the duct 3 of the central tube 5. The piston 61 closes a through opening made in the central tube 5. Thus, the fluid 2 exerts a pressing force F 'on the piston 61. The piston 61 in turn exerts a pressing force F "against the ring 7 intended to press against the outer casing 1 .
Le piston 61 peut avoir une forme cylindrique. Il peut également comprendre une extrémité élargie à proximité de l'anneau 7, formant une butée empêchant un retour en arrière du piston 61 en cas de baisse de pression dans le fluide 2. The piston 61 may have a cylindrical shape. It may also comprise an enlarged end near the ring 7, forming a stop preventing a backward movement of the piston 61 in the event of a drop in pressure in the fluid 2.
Typiquement, la pression du fluide 2 est permanente et peut être voisine de 20 MPa, soit 200 bars. Le piston 61 est en permanence soumis à une pression élevée. Par conséquent, il ne se déplace dans l'ouverture traversante du tube central 5 que très progressivement. En effet, le piston 61 appuie en continu sur l'anneau 7 de sorte qu'un déplacement du piston 61 n'intervient qu'en cas d'usure de l'anneau 7. L'usure de l'anneau 7 tend à l'amincir. Cet amincissement est suivi d'un écartement de l'anneau 7 sous l'effet de la force de pression F" exercée par le piston 61. Ainsi, le déplacement du piston 61 compense cet amincissement. Typically, the pressure of the fluid 2 is permanent and may be close to 20 MPa, or 200 bar. The piston 61 is permanently subjected to a high pressure. Therefore, it moves in the through opening of the central tube 5 only very gradually. Indeed, the piston 61 continuously presses on the ring 7 so that a displacement of the piston 61 occurs only in case of wear of the ring 7. The wear of the ring 7 tends to thin it. This thinning is followed by a spacing of the ring 7 under the effect of the pressure force F "exerted by the piston 61. Thus, the movement of the piston 61 compensates for this thinning.
L'écartement peut se poursuivre jusqu'à une abrasion complète d'au moins une portion de l'anneau 7. La durée d'exploitation de la pompe peut typiquement être corrélée à la durée de vie de l'anneau 7 jusqu'à son abrasion complète. Cette durée a été testée comme pouvant être supérieure à un an. The spacing can continue until a complete abrasion of at least a portion of the ring 7. The duration of operation of the pump can typically be correlated to the life of the ring 7 to its complete abrasion. This duration has been tested for more than one year.
Dans une pompe en service, la pression du fluide 2 est permanente. Ainsi, de manière avantageuse, l'utilisation d'un piston 61 poussé par le fluide 2 peut ne nécessiter aucune installation supplémentaire pour exercer une force F" permanente plaquant l'anneau 7 contre l'enveloppe externe 1. In a pump in use, the fluid pressure 2 is permanent. Thus, advantageously, the use of a piston 61 pushed by the fluid 2 may require no additional installation to exert a permanent force F "pressing the ring 7 against the outer casing 1.
La pression voisine de 200 bars du fluide 2 permet de prévoir un piston 61 exerçant une force considérable sur l'anneau 7. Par conséquent, il est possible d'utiliser des anneaux particulièrement résistants à l'usure, sans privilégier l'élasticité du matériau au détriment de sa dureté. The pressure close to 200 bar of the fluid 2 makes it possible to provide a piston 61 exerting a considerable force on the ring 7. Therefore, it is possible to use rings that are particularly resistant to wear, without favoring the elasticity of the material. at the expense of its hardness.
Les déplacements du plongeur 20 dans l'enveloppe externe 1 induisent de faibles variations de pression du fluide 2. Ces variations peuvent typiquement être comprises entre 0,1 bar et 5 bars. Lorsque le plongeur 20 se déplace vers le haut, l'augmentation de pression du fluide 2 dans le conduit 3 du tube central 5 peut provoquer une augmentation de la force exercée par la pièce entretoise 60 sur l'anneau 7. Ceci peut contribuer à augmenter l'étanchéité du contact entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. Displacements of the plunger 20 in the outer casing 1 induce small fluid pressure variations 2. These variations may typically be between 0.1 bar and 5 bar. When the plunger 20 moves upwards, the increase in pressure of the fluid 2 in the duct 3 of the central tube 5 may cause an increase in the force exerted by the spacer part 60 on the ring 7. This may contribute to increasing the sealing of the contact between the plunger 20 and the outer casing 1.
Les figures 3a à 3c représentent trois exemples de réalisation d'un anneau 7 déformable comprenant une ouverture 71. La pièce entretoise 62, 63, 64, est prévue pour engager alors l'ouverture 71 de l'anneau 7. Tel que représenté sur les figures 3a à 3c, la force de pression exercée au niveau du contact entre la pièce entretoise 62, 63, 64 et l'ouverture 71 de l'anneau 7 entraîne un écartement de l'anneau. Cet écartement a pour effet d'élargir l'ouverture 71 et augmenter le diamètre extérieur de l'anneau 7. FIGS. 3a to 3c show three exemplary embodiments of a deformable ring 7 comprising an opening 71. The spacer piece 62, 63, 64 is intended to then engage the opening 71 of the ring 7. As shown in FIGS. Figures 3a to 3c, the pressure force exerted at the contact between the spacer part 62, 63, 64 and the opening 71 of the ring 7 causes a spacing of the ring. This spacing has the effect of widening the opening 71 and increasing the outer diameter of the ring 7.
L'ouverture 71 de l'anneau 7 peut être obturée de différentes manières en vue d'assurer l'étanchéité entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. Il est par exemple possible de prévoir des disques d'étanchéité sur ou en-dessous de l'anneau, tel que décrit dans le document RU 2 422 708 Cl. Un tel complément d'étanchéité peut s'avérer particulièrement avantageux lorsqu'un seul anneau 7 comprenant une ouverture 71 est utilisé. Il est également possible de bloquer le passage du fluide 2 par l'ouverture 71 de l'anneau 7 en fermant l'ouverture 71 avec d'autres anneaux 7, comme il sera décrit plus loin. The opening 71 of the ring 7 can be closed in various ways to ensure the seal between the plunger 20 and the outer casing 1. It is for example possible to provide sealing disks on or in below the ring, as described in document RU 2 422 708 Cl. Such additional sealing may be particularly advantageous when a single ring 7 comprising an opening 71 is used. It is also possible to block the passage of the fluid 2 through the opening 71 of the ring 7 by closing the opening 71 with other rings 7, as will be described later.
La pièce entretoise 62, 63, 64 peut engager l'ouverture 71 de l'anneau 7 de différentes manières. Par exemple, comme représenté sur la figure 3a, la pièce entretoise 62 peut être biseautée. Elle peut alors comprendre des flancs 601 formant un angle de 45° par rapport à la direction de la force de pression F' exercée par le fluide 2 sur la pièce entretoise 62. The spacer piece 62, 63, 64 can engage the opening 71 of the ring 7 in different ways. For example, as shown in Figure 3a, the spacer piece 62 can be beveled. It can then comprise flanks 601 forming an angle of 45 ° with respect to the direction of the pressure force F 'exerted by the fluid 2 on the spacer part 62.
Ainsi, les flancs inclinés 601 de la pièce entretoise 62 peuvent chacun exercer une force de pression sur l'anneau 7 dont la direction forme un angle de 45° par rapport à la force de pression F' exercée par le fluide 2 sur la pièce entretoise 62. Les contraintes de pression assurant l'écartement de l'anneau 7 sont alors réparties de manière identique pour tout degré d'enfoncement de la pièce entretoise 62 dans l'ouverture 71 de l'anneau 7. Thus, the inclined flanks 601 of the spacer piece 62 can each exert a pressure force on the ring 7 whose direction forms an angle of 45 ° with respect to the pressure force F 'exerted by the fluid 2 on the spacer piece 62. The pressure stresses ensuring the spacing of the ring 7 are then distributed identically for any degree of depression of the spacer part 62 in the opening 71 of the ring 7.
La figure 3b illustre un anneau 7 comprenant un évidement 72 dans sa partie intérieure à proximité de l'ouverture 71. Cet évidement 72 élargit l'ouverture 71 de l'anneau 7. Ceci permet à une saillie 602 de la pièce entretoise 63 de coopérer plus facilement avec l'anneau 7 en vue de l'écarter. L'évidement 72 permet également de réduire la taille de l'ouverture 71 au point que l'anneau peut simplement être fendu et refermé en position non écartée. FIG. 3b illustrates a ring 7 comprising a recess 72 in its inner part near the opening 71. This recess 72 widens the opening 71 of the ring 7. This allows a projection 602 of the spacer piece 63 to cooperate more easily with the ring 7 in order to spread it. The recess 72 also makes it possible to reduce the size of the opening 71 to the point where the ring can simply be split and closed in a non-spaced position.
La pièce entretoise 63 peut présenter une saillie 602 élargie par rapport au piston en contact avec le fluide 2 sous pression. Cette différence de taille permet de prévoir des ouvertures plus petites dans le tube central 5 du plongeur 20. La figure 3c représente un anneau 7 comprenant des parois biseautées 73 en biais évasées vers l'intérieur à proximité de l'ouverture 71. La pièce entretoise 64 peut alors ne pas être biseautée. Les parois biseautées de l'anneau 7 remplissent la même fonction que les parois biseautées 601 de la pièce entretoise 62 décrites ci-avant. The spacer piece 63 may have a projection 602 widened relative to the piston in contact with the fluid 2 under pressure. This difference in size makes it possible to provide smaller openings in the central tube 5 of the plunger 20. FIG. 3c shows a ring 7 comprising beveled walls 73 at an angle flared inwards near the opening 71. The spacer part 64 can not be tapered. The bevelled walls of the ring 7 perform the same function as the bevelled walls 601 of the spacer part 62 described above.
Il est également possible de prévoir des parois biseautées 73 sur la partie intérieure l'anneau 7 à proximité de l'ouverture 71, ainsi que sur la pièce entretoise 62. De cette manière, la force de pression exercée par la pièce entretoise 62 sur l'anneau 7 peut être répartie sur une surface plus grande, permettant de réduire l'usure des deux pièces en leurs points de contact. It is also possible to provide bevelled walls 73 on the inner part of the ring 7 near the opening 71, as well as on the spacer part 62. In this way, the pressure force exerted by the spacer piece 62 on the ring 7 can be distributed over a larger surface, making it possible to reduce the wear of the two parts at their points of contact.
Lors de l'écartement de l'anneau 7, les zones de l'anneau 7 éloignées de l'ouverture 71 peuvent être soumises à des tensions en compression pouvant conduire à une déformation de type flambage. Un flambage de l'anneau 7 peut donner lieu à une perte d'étanchéité. Ce flambage est d'autant plus susceptible d'intervenir que le diamètre de l'anneau 7 est grand. Par conséquent, il peut être utile de renforcer la structure de l'anneau 7 dans les zones éloignées de l'ouverture 71 soumises à ce type de contraintes en déformation. During the separation of the ring 7, the zones of the ring 7 remote from the opening 71 may be subjected to compressive stresses that may lead to deformation of the buckling type. Buckling of the ring 7 can give rise to a loss of tightness. This buckling is all the more likely to occur that the diameter of the ring 7 is large. Therefore, it may be useful to reinforce the structure of the ring 7 in the areas remote from the opening 71 subjected to this type of deformation stresses.
La figure 4 représente un anneau 7 dont la couronne, aussi appelée section, est renforcée dans une zone éloignée de l'ouverture 71. Sur la figure 5, la zone éloignée de l'ouverture 71 possède une largeur 720 supérieure à la largeur 710 de la zone située à proximité de l'ouverture. Le terme « largeur » se réfère ici à une dimension de la couronne perpendiculairement à l'axe de l'anneau 7. De manière avantageuse, le ratio entre les deux largeurs 720, 710 peut être compris entre 1,01 et 1,5, et être fonction du diamètre de l'anneau 7. Il est possible d'augmenter cette largeur de manière progressive depuis l'ouverture 71 jusqu'à la zone de l'anneau 7 la plus éloignée de l'ouverture 71. FIG. 4 represents a ring 7 whose crown, also called section, is reinforced in a zone remote from the opening 71. In FIG. 5, the zone remote from the opening 71 has a width 720 greater than the width 710 of the area near the opening. The term "width" here refers to a dimension of the ring perpendicular to the axis of the ring 7. Advantageously, the ratio between the two widths 720, 710 can be between 1.01 and 1.5, and be a function of the diameter of the ring 7. It is possible to increase this width progressively from the opening 71 to the zone of the ring 7 furthest from the opening 71.
D'autres modes de réalisation permettent de renforcer l'anneau 7 en sa zone éloignée de l'ouverture 71. Il est ainsi possible de prévoir une augmentation de l'épaisseur 7200 de l'anneau 7, l'utilisation d'un alliage de matériaux plus résistants ou bien la combinaison des différents modes de renforcement proposés. Le terme « épaisseur » se réfère ici à une dimension de la couronne considérée le long de l'axe de l'anneau 7. Other embodiments make it possible to reinforce the ring 7 in its zone remote from the opening 71. It is thus possible to provide an increase in the thickness 7200 of the ring 7, the use of an alloy of more resistant materials or the combination of the different modes of reinforcement proposed. The term "thickness" here refers to a dimension of the ring considered along the axis of the ring 7.
Un moyen efficace pour améliorer l'étanchéité entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1 consiste à utiliser plusieurs anneaux 7 empilés, en contact les uns avec les autres. An effective means for improving the seal between the plunger 20 and the outer casing 1 is to use a plurality of stacked rings 7 in contact with one another.
La figure 5 représente un mode de réalisation particulièrement avantageux dans lequel toutes les ouvertures 7101 sont des fentes obliques alignées sur un axe parallèle à l'axe du plongeur 20. L'inclinaison des fentes 7101 permet de fermer l'ouverture 7101 par l'anneau 7 voisin et garantir ainsi l'étanchéité entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. Les anneaux 7 sont en contact les uns avec les autres et possèdent des faces planes perpendiculairement à l'axe du plongeur 20. FIG. 5 shows a particularly advantageous embodiment in which all the openings 7101 are oblique slots aligned on an axis parallel to the axis of the plunger 20. The inclination of the slots 7101 makes it possible to close the opening 7101 by the ring 7 neighbor and thus guarantee the seal between the plunger 20 and the outer casing 1. The rings 7 are in contact with each other and have plane faces perpendicular to the axis of the plunger 20.
Ce mode de réalisation permet de réduire le nombre de pièces entretoises 60 utilisées à une seule pièce engageant avec une seule saillie toutes les fentes 7101. Le nombre d'ouvertures réalisées dans le tube central 5 peut ainsi également se réduire à une seule ouverture. This embodiment makes it possible to reduce the number of spacers 60 used in one piece engaging with a single projection all the slots 7101. The number of openings made in the central tube 5 can thus also be reduced to a single opening.
Le contact étanche entre les anneaux 7 permet de masquer les extrémités des fentes 7101 d'un anneau 7 grâce aux anneaux voisins. The sealed contact between the rings 7 makes it possible to hide the ends of the slots 7101 of a ring 7 by means of the neighboring rings.
La figure 6 représente un exemple de pièce entretoise 600 permettant d'engager simultanément l'ensemble des anneaux 7 de l'empilement 70. Le piston 610 et la saillie 620 d'une telle pièce entretoise 600 peuvent être liés mécaniquement ou bien exister comme deux pièces séparées. Le piston 610 peut avantageusement être plus petit que la saille 620, en vue de réduire la taille de l'ouverture réalisée dans le tube central 5. FIG. 6 represents an example of a spacer piece 600 for simultaneously engaging all the rings 7 of the stack 70. The piston 610 and the projection 620 of such a spacer piece 600 can be linked mechanically or exist as two separate rooms. The piston 610 may advantageously be smaller than the bead 620, in order to reduce the size of the opening made in the central tube 5.
La forme de la saillie 620 peut différer de celle représentée. Cette forme peut dépendre de la forme de l'ouverture de l'anneau 7 dans laquelle elle est destinée à s'engager. En relation avec les figures 5 et 6, il est par exemple possible de prévoir des excroissances inclinées de forme correspondant aux fentes obliques 7102. Ces excroissances peuvent elles-mêmes être biseautées comme décrit précédemment. The shape of the protrusion 620 may differ from that shown. This shape may depend on the shape of the opening of the ring 7 in which it is intended to engage. In relation to FIGS. 5 and 6, it is possible, for example, to provide sloping protuberances of shape corresponding to oblique slits 7102. These protuberances may themselves be beveled as described above.
La figure 7 représente un autre exemple d'empilement 70 d'anneaux 7. Sur cette figure, les ouvertures 7102 des anneaux 7 sont verticales et décalées les unes par rapport aux autres, de manière à garantir l'étanchéité de l'empilement 70 d'anneaux. FIG. 7 represents another example of stack 70 of rings 7. In this figure, the openings 7102 of the rings 7 are vertical and offset with respect to each other, so as to guarantee the tightness of the stack 70d. rings.
Comme illustré schématiquement sur la figure 8, il est possible que chaque anneau soit engagé par une pièce entretoise 600 différente. Cette éventualité peut se présenter, par exemple, dans le cas représenté sur la figure 7. De la sorte, il est aisé de décaler l'ouverture 7102 d'un anneau 7 par rapport à celle de l'anneau suivant. Chaque pièce entretoise peut engager l'ouverture 7102 avec une saillie de forme adaptée pour assurer l'écartement de l'anneau 7, comme décrit précédemment. As illustrated schematically in Figure 8, it is possible that each ring is engaged by a spacer part 600 different. This possibility may arise, for example, in the case shown in Figure 7. In this way, it is easy to shift the opening 7102 of a ring 7 relative to that of the next ring. Each spacer piece can engage the opening 7102 with a protrusion of suitable shape to ensure the spacing of the ring 7, as described above.
Selon un autre mode de réalisation représenté sur les figures 9 et 10, il est possible d'utiliser un empilement de plusieurs anneaux décentrés les uns par rapport aux autres. Chaque anneau 7 permet d'assurer une étanchéité partielle entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1. L'ensemble des anneaux 701, 702, 703, 704 assure alors l'étanchéité entre le plongeur 20 et l'enveloppe externe 1, chaque anneau contactant une zone différente de la paroi de l'enveloppe externe 1. Le tube central 5 peut présenter des évidements permettant d'accueillir les anneauxAccording to another embodiment shown in Figures 9 and 10, it is possible to use a stack of several rings off center with respect to each other. Each ring 7 makes it possible to ensure a partial seal between the plunger 20 and the outer casing 1. The set of rings 701, 702, 703, 704 then ensures the seal between the plunger 20 and the outer casing 1, each ring contacting a different area of the wall of the outer casing 1. The central tube 5 may have recesses for accommodating the rings
701, 702, 703, 704 destinés à être poussés par une pièce entretoise 60. Tel que représenté sur la figure 10, chaque anneau peut être poussé par un piston 61 différent. Chaque piston 61 exerce une force Fl, F2, F3, F4 selon une direction propre à l'anneau 701, 702, 703, 704 qu'il pousse. Un autre aspect de l'invention se rapporte à l'alliage utilisé pour réaliser les anneaux701, 702, 703, 704 to be pushed by a spacer part 60. As shown in Figure 10, each ring can be pushed by a different piston 61. Each piston 61 exerts a force F1, F2, F3, F4 in a direction proper to the ring 701, 702, 703, 704 that it pushes. Another aspect of the invention relates to the alloy used to make the rings
7. L'usure des anneaux 7 par frottement contre l'enveloppe externe 1 et leur abrasion par des particules contenues dans le fluide extrait, par exemple du sable, peut être limitée en utilisant des matériaux résistants. L'invention a été testée avec des anneaux réalisés dans un alliage d'acier comprenant un mélange constitué de : silicium, manganèse, nickel, phosphore, et chrome. Un tel alliage peut présenter une dureté Rockwell de 52 HRC, adaptée pour les applications visées. Testée en conditions de laboratoire, l'usure de ces anneaux permet d'envisager une utilisation de la pompe sur une durée largement supérieure à un an en conditions réelles. 7. The wear of the rings 7 by friction against the outer casing 1 and their abrasion by particles contained in the extracted fluid, for example sand, can be limited by using resistant materials. The invention has been tested with rings made of a steel alloy comprising a mixture of: silicon, manganese, nickel, phosphorus, and chromium. Such an alloy may have a Rockwell hardness of 52 HRC, suitable for the intended applications. Tested under laboratory conditions, the wear of these rings makes it possible to envisage a use of the pump over a period of well over a year in real conditions.
La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemple ; elles s'étendent à d'autres variantes. The present invention is not limited to the embodiments described above by way of example; they extend to other variants.
Contrairement à l'utilisation de la pression permanente du fluide, des procédés alternatifs d'exercice d'une force de pression sur l'anneau peuvent impliquer l'installation d'un autre dispositif sur la pompe. Ainsi, la pièce entretoise exerçant une force sur l'anneau peut par exemple être un ressort tendu, une cale ou bien un autre mécanisme par exemple hydraulique, pneumatique ou électromagnétique prévu pour exercer une force de pression contre l'anneau. Dans ces modes de réalisation, le tube central peut ne pas comprendre d'ouverture traversante pour accueillir la pièce entretoise. Contrary to the use of the permanent fluid pressure, alternative methods of exerting a pressure force on the ring may involve the installation of another device on the pump. Thus, the spacer piece exerting a force on the ring may for example be a tensioned spring, a shim or another mechanism for example hydraulic, pneumatic or electromagnetic provided to exert a pressure force against the ring. In these embodiments, the central tube may not include a through opening to accommodate the spacer part.
Pour limiter le risque d'un flambage de l'anneau, il est par exemple possible de prévoir plus d'une ouverture dans ce dernier. Notamment, il peut être prévu de réaliser deux ouvertures diamétralement opposées dans l'anneau, formant ainsi deux demi- anneaux. Chaque demi-anneau peut alors être poussé par une pièce entretoise sans induire de déformation dans l'anneau. Alternativement, deux pièces entretoise distinctes peuvent engager les deux ouvertures de l'anneau. L'anneau plaqué contre l'enveloppe externe peut également ne pas comprendre d'ouverture. De cette manière, l'étanchéité d'un seul anneau peut être améliorée. Au lieu de s'élargir par écartement, l'anneau peut se déformer ou s'expandre sous l'effet de la pression qu'il subit. Pour ce faire, il est possible de choisir un alliage de matériaux permettant une déformation suffisante de l'anneau compensant son usure. To limit the risk of buckling of the ring, it is for example possible to provide more than one opening in the latter. In particular, it can be planned to achieve two diametrically opposed openings in the ring, thus forming two half-rings. Each half-ring can then be pushed by a spacer piece without inducing deformation in the ring. Alternatively, two separate spacer pieces can engage the two openings of the ring. The ring pressed against the outer envelope may also not include an opening. In this way, the sealing of a single ring can be improved. Instead of widening by separation, the ring can be deformed or expander under the effect of the pressure it undergoes. To do this, it is possible to choose an alloy of materials allowing sufficient deformation of the ring compensating for its wear.

Claims

Revendications claims
1. Pompe d'extraction d'hydrocarbures, comportant une enveloppe externe (1) logeant un plongeur (20) , le plongeur (20) comprenant au moins un anneau (7) entourant un tube central (5) destiné à véhiculer un fluide (2) sous pression, A hydrocarbon extraction pump, comprising an outer casing (1) housing a plunger (20), the plunger (20) comprising at least one ring (7) surrounding a central tube (5) intended to convey a fluid ( 2) under pressure,
la pompe étant caractérisée en ce que le plongeur (20) comporte au moins une pièce entretoise (60) entre le tube central (5) et l'anneau (7), la pièce entretoise (60) étant agencée pour maintenir en force l'anneau (7) contre l'enveloppe externe (1) et assurer ainsi une étanchéité de contact.  the pump being characterized in that the plunger (20) comprises at least one spacer part (60) between the central tube (5) and the ring (7), the spacer part (60) being arranged to maintain the force ring (7) against the outer casing (1) and thus ensure a contact seal.
2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube central (5) comporte au moins une ouverture dont fait saillie vers l'extérieur ladite pièce entretoise (60), et en ce que la pièce entretoise (60) est destinée à communiquer au moins une partie de la pression du fluide (2) à l'anneau (7) pour maintenir l'anneau (7) contre l'enveloppe externe (1) et assurer ainsi une étanchéité de contact, qui est fonction de ladite pression (2), entre l'anneau (7) et l'enveloppe (1). 2. Pump according to claim 1, characterized in that the central tube (5) comprises at least one opening which projects outwardly said spacer piece (60), and in that the spacer piece (60) is intended for communicating at least a portion of the pressure of the fluid (2) to the ring (7) to maintain the ring (7) against the outer shell (1) and thus provide a contact seal, which is a function of said pressure (2), between the ring (7) and the envelope (1).
3. Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'anneau (7) comporte au moins une ouverture (71) destinée à loger au moins partiellement la pièce entretoise (62-64, 600), ledit anneau (7) étant apte à se déformer par écartement sous l'effet de la pression (2) exercée par la pièce entretoise (62-64, 600) sur ladite ouverture (71). 3. Pump according to one of claims 1 or 2, characterized in that the ring (7) comprises at least one opening (71) intended to accommodate at least partially the spacer part (62-64, 600), said ring (7) being able to deform by spacing under the effect of the pressure (2) exerted by the spacer part (62-64, 600) on said opening (71).
4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que la pièce entretoise (6) est biseautée en formant un coin (601) destiné à coopérer avec l'ouverture (71) de l'anneau (7). 4. Pump according to claim 3, characterized in that the spacer part (6) is tapered forming a wedge (601) intended to cooperate with the opening (71) of the ring (7).
5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'ouverture (71) de l'anneau (7) présente un évidement (72) destiné à assurer un contact avec des parois du coin de la pièce entretoise (63). 5. Pump according to claim 4, characterized in that the opening (71) of the ring (7) has a recess (72) intended to ensure contact with the walls of the corner of the spacer piece (63).
6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'ouverture (71) de l'anneau (7) présente des parois biseautées en biais (73) évasées vers l'intérieur pour coopérer avec la pièce entretoise (64). 6. Pump according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the opening (71) of the ring (7) has angled bevelled walls (73) flared inward to cooperate with the room spacer (64).
7. Pompe selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'une zone de l'anneau (7) la plus éloignée de l'ouverture (71) est apte à conserver sa forme lors de l'écartement de l'anneau (7). 7. Pump according to any one of claims 3 to 6, characterized in that a zone of the ring (7) farthest from the opening (71) is able to retain its shape during the separation of the ring (7).
8. Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau (7) est de section diminuant de la zone la plus éloignée de l'ouverture (71) jusqu'à une zone à proximité de l'ouverture (71). 8. Pump according to claim 7, characterized in that the ring (7) is of decreasing section of the area farthest from the opening (71) to a zone near the opening (71).
9. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'anneau (7) est d'épaisseur constante. 9. Pump according to claim 8, characterized in that the ring (7) is of constant thickness.
10. Pompe selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que l'anneau (7) comporte un rapport entre une largeur (720) dans une zone la plus éloignée de l'ouverture (71), d'une part, et une largeur (710) dans une zone à proximité de l'ouverture (71) d'autre part, comprise entre 1,01 et 1,5. 10. Pump according to one of claims 3 to 9, characterized in that the ring (7) has a ratio between a width (720) in an area furthest from the opening (71), on the one hand , and a width (710) in an area near the opening (71) on the other hand, between 1.01 and 1.5.
11. Pompe selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce que le plongeur (20) comporte une pluralité d'anneaux formant un empilement (70) d'anneaux, chaque anneau (7) étant destiné à être poussé par la pièce entretoise (60) contre l'enveloppe externe (1). 11. Pump according to any one of claims 3 to 10, characterized in that the plunger (20) comprises a plurality of rings forming a stack (70) of rings, each ring (7) being intended to be pushed by the spacer part (60) against the outer casing (1).
12. Pompe selon la revendication 11, caractérisée en ce que la pièce entretoise (600) comporte une saillie (620) destinée à s'engager dans l'ouverture (71) de chacun des anneaux de l'empilement (70). 12. Pump according to claim 11, characterized in that the spacer part (600) comprises a projection (620) intended to engage in the opening (71) of each of the rings of the stack (70).
13. Pompe selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que l'ouverture (7102) d'un anneau (7) forme une fente, et en ce que les fentes (7102) de deux anneaux voisins sont espacées l'une de l'autre dans une face de contact entre ces deux anneaux voisins, en vue d'assurer une étanchéité entre anneaux voisins. 13. Pump according to one of claims 11 or 12, characterized in that the opening (7102) of a ring (7) forms a slot, and in that the slots (7102) of two adjacent rings are spaced apart. one of the other in a contact face between these two neighboring rings, to ensure a seal between neighboring rings.
14. Pompe selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'ouverture d'un anneau (7) forme une fente oblique (7102), et en ce que les fentes obliques (7102) de tous les anneaux sont alignées sur un axe parallèle à l'axe du tube central (5). 14. Pump according to claim 13, characterized in that the opening of a ring (7) forms an oblique slot (7102), and in that the oblique slots (7102) of all the rings are aligned on a parallel axis to the axis of the central tube (5).
15. Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce entretoise (600) comporte un piston (610) en contact avec le fluide (2) sous pression et une saillie (620) en contact avec l'anneau (7). 15. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer part (600) comprises a piston (610) in contact with the fluid (2) under pressure and a projection (620) in contact with the ring ( 7).
16. Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition de l'anneau (7) comprend un alliage d'acier comprenant des matériaux choisis parmi la liste constituée du silicium, manganèse, nickel, phosphore, et chrome, l'alliage étant destiné à avoir une dureté Rockwell de l'ordre de cinquante HRC. 16. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the composition of the ring (7) comprises a steel alloy comprising materials selected from the list consisting of silicon, manganese, nickel, phosphorus, and chromium, the alloy being intended to have a Rockwell hardness of the order of fifty HRC.
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