WO2019143310A1 - Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия и способ ее работы - Google Patents
Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия и способ ее работы Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019143310A1 WO2019143310A1 PCT/UA2019/000003 UA2019000003W WO2019143310A1 WO 2019143310 A1 WO2019143310 A1 WO 2019143310A1 UA 2019000003 W UA2019000003 W UA 2019000003W WO 2019143310 A1 WO2019143310 A1 WO 2019143310A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- plunger
- well fluid
- volume
- fluid
- linear
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
- F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
-
- 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
- F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
-
- 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
- F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
- F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
Definitions
- the invention relates to reciprocating reciprocating pumps, in particular, to a reciprocating two-way borehole pump driven by a linear valve submersible electric motor.
- a general approach to raising the produced well fluid to the surface involves the use of a mechanically driven displacement pump.
- the sucker-rod pumping unit consists of a volumetric pump located in the lower part of the production tubing.
- the installation includes a piston that moves linearly in the tubing by means of steel or fiberglass rods. Linear movement of the pump rods is transmitted from the surface by means of a rocker arm design, which serves to alternately raise and lower the pump rods, thereby providing a reciprocating movement of the pump piston.
- This problem is solved by applying borehole pumps installed in the bottom of the tubing string.
- This type of equipment includes downhole two-way reciprocating pumps.
- the main feature of such pumps is that in order to maximize the efficiency of the electric motor during the reciprocating movement of the well pump, both strokes of the pump plunger are working.
- the main disadvantage of currently known pumping stations include significant losses of well fluid, malfunctions associated with the presence of gas and mechanical impurities in the well fluid, and limitations associated with the ability to work in wells with a tilt angle of more than 40 °.
- a well pump for reciprocating a reciprocating action, which is connected to a motor connector, for example, a threaded or bolted flange connection.
- the pump includes a housing that is cylindrical and concentric with respect to the axis.
- the pump includes an upper valve assembly, which contains an upper intake passage and a lower valve assembly, the cylinder is located concentrically between the upper valve assembly and the lower valve assembly inside the pump casing.
- the upper valve assembly is connected to the production tubing and has a pump outlet channel that communicates with the inside of the pipeline.
- the housing and the cylinder form the annular space of the pump between them.
- the pump piston or plunger interacts with the possibility of sliding with the inner diameter of the cylinder.
- the connecting rod is connected to the lower end of the plunger, forcing the plunger to reciprocate with the moving part of the engine.
- the upper or lower valve assembly is activated, providing flow downhole fluid into the cavity of the pump cylinder with subsequent output to the surface through an annular channel into the tubing string.
- the disadvantages of the described technical solutions include the complexity of the design with the device of four valves and additional connecting rod elements, which increases the size of the installation and makes it difficult to manufacture.
- IPC F04B11 / 00 is known a two-way piston pump installed in a well bore, driven by a linear actuator, comprising a housing, a rocking plunger pair inside the cylinder, with an annular cavity between them.
- the pump is designed to displace the volume of the cylinder of the swinging plunger pair by reciprocating the plunger with a movable valve connected to the movable part of the linear actuator, while both plunger strokes are working.
- the pump comprises a plunger moving in response to the reciprocating movement of the linear actuator.
- the specified pump is designed to supply one volume of fluid in the wellbore during the pump stroke up, and the second volume of fluid during the stroke down.
- the pump piston is installed between the housing and the plunger in such a way as to form an annular space between the plunger and the piston, and an annular space between the housing and the piston.
- the plunger design provides at least one through hole between the piston and the lower part of the housing to create a fluid communication, between the piston channel and the annular space arranged between the housing and the piston.
- the fluid during the stroke of the plunger is pushed out of the annular space through at least one through hole of the plunger into the tubing string.
- IPC F04B47 / 08 is known a double-acting downhole pump, driven by a linear actuator that contains a pumping unit, with check and inlet valves, as well as two series-installed plunger pairs of different diameters, driven by a linear actuator and configured to displace the internal volume of the well fluid, by reciprocating linear actuator.
- One of the plunger pairs is equipped with a movable valve and forms an annular cavity with the pumping unit housing, with both strokes of the plungers being operational.
- Plunger couples of the pumping unit are interconnected by a rod. The diameter of the upper cylinder with the plunger is larger than the diameter of the lower cylinder with the plunger.
- the upper plunger of a larger diameter is hollow with a pressure valve installed in it, the lower plunger of a smaller diameter is made monolithic and connected by a polished rod to the drive of the working pump.
- the cavity above the hollow plunger of a larger diameter through the suction valve is connected with the annular annulus.
- the cavity under the monolithic plunger of a smaller diameter is constantly connected with the annular annular space.
- the cavity under the upper hollow plunger of a larger diameter is connected to the cavity above the lower monolithic plunger of a smaller diameter and to the bypass line formed by means of a sheath, from the outside that covers the upper larger cylinder, the bypass line is connected to the pump discharge line.
- the technical challenge to which the invention is directed is the creation of a linear electrophoreses pumping unit of bi-directional action, increased productivity and simplified design, driven by a linear actuator in the form of a moving part (slider) of a linear submersible electric motor, with the possibility of raising the borehole fluid without idling the course of the movable part and the possibility of operation in horizontal wells.
- the technical result achieved from the implementation of the invention is to simplify the design while increasing the productivity of the pumping unit, reducing the concentration of mechanical impurities of the well fluid and free gas at the intake of the pumping unit, as well as expanding the operating possibilities of the pumping unit in wells with a tilt angle of more than 40 ° particular in horizontal wells.
- the upper pumping plunger pair of pumping unit linear electric submersible pumping unit of double-directional operation, is made with the possibility of collecting a double volume of well fluid sufficient for one working cycle and contains injection mobile and inlet fixed valves with guide rod-tolktelem, closed direct flow of the well fluid.
- a separator of the descending and ascending flows of the well fluid with low and high pressure channels is installed above the cylinder of the pumping plunger pair.
- the low pressure channels are made in fluid communication with the channel for supplying well fluid from the annulus, containing a filtration zone and a zone of gravitational gas separation.
- the volume of the gravitational gas separation zone is greater than or equal to the volume of one working cycle of the pump unit.
- the plunger of the lower plunger pair is partially placed in the cavity of the rocking plunger pair with the formation of an annular cavity and made with the possibility of a labyrinth seal of the movable part of the linear actuator.
- the annular cavity between the body of the pump unit and the outer surface of the cylinder of the oscillating plunger pair is connected to the annular cavity formed by the plunger lower plunger pair by means of the total volume arranged between the plunger pairs.
- High-pressure channels are arranged in a downward and ascending fluid flow separator installed above the cylinder of the swinging plunger pair.
- the well fluid flows in the direction of the total volume between the plunger couples and, by analogy with the stroke, is fed in the direction of the tubing string pipes.
- the movable, inlet and reverse spool valves are closed by direct incoming flow of well fluid.
- figure 1 - functional diagram of the pump unit with the "move up"
- FIG. 2 is a functional diagram of a pump unit with a “down stroke”
- a pumping unit 1 a two-way linear electric submersible pumping unit, installed in a well bore and driven by a linear drive, represented as a movable part (slider) 2, of a linear submersible electric motor (not shown, is shown) ).
- Pump unit 1 includes a housing 3, a high pressure cylindrical shape with a reverse 4 and inlet 5 valves placed Two consecutive plunger pairs 6.7 are placed inside the body, driven by a linear actuator and adapted to displace the internal volume of the well fluid due to the reciprocating motion of the linear actuator.
- the upper, pumping plunger pair 6 contains a forcing movable 8 and installed in the upper part of its cylinder, inlet fixed 4 valves with a movable push rod, which are closed by the direct incoming flow of well fluid.
- the swinging plunger pair forms an annular cavity 9 with a pumping unit housing. The movement of the plungers pump unit in both directions is working.
- the upper pumping plunger pair 6 with an integrated movable pressure 8 and immovable inlet 5 valves is connected with the lower, plunger pair 7, of smaller diameter by means of its plunger.
- This plunger pair is also made as a labyrinth seal to prevent the loss of well fluid and protect the linear actuator from abrasive wear due to the impact of mechanical impurities and allows you to increase the stroke of the pumping plunger pair with increasing pumping unit capacity.
- Plunger pair 7 is connected with a linear actuator 2, and its plunger 10 is partially placed in the cavity of the cylinder 11, the swing of the plunger pair 6 with the formation of the annular cavity 12 under its plunger 13.
- the annular cavity 12 is in fluid communication with the annular cavity 9 formed between pump body and the outer surface of the cylinder rocking plunger pairs, through a total volume of 14 arranged between the plunger pairs.
- a distributor 15 of downward 16 and upward 17 downhole fluid flows with channels of low 18 and high pressure 19 is installed, respectively.
- the low pressure channel is in fluid communication with the channel 20 of the well fluid supply from the annulus, which includes a filtration zone with installed filters 21 and an area gravitational gas separation 22, the volume of which is greater than or equal to the volume of one working cycle of the pump unit 1.
- the volume of one working cycle is determined by the volume of the displaced fluid with a single movement of the plungers of the pump unit up and down.
- an additional check valve 4 is installed at the outlet of the pump unit at the junction with the tubing tubing (not shown).
- the movable 8, the inlet 5 and the reverse 4 valves are designed with spool valves with the possibility of instantaneous closing with a direct incoming flow of well fluid, thereby ensuring reliable operation of the shut-off valves.
- a well fluid filtration zone is arranged with filters 23 periodically filled cavity 24 in the pump unit housing, formed due to the difference in the radial sizes of the plunger 10 and the associated linear actuator 2.
- the radial dimensions of the plunger pairs 6 and 7 are chosen in such a way that the volumes of the pumped-out liquid are approximately equal during the upward and downward stroke.
- the check valve 4 and the inlet valve 5 can be implemented in two versions, according to which the valve (FIG. 3) comprises a cylindrical body 25, with connecting threaded elements 26 along the ends in which the locking element 27 is placed in the form of a ball with a saddle 28 driven by a rod-pusher 29.
- the said rod 29 is hollow and contains a plurality of bypass holes 30 intersecting the body of the rod at an angle to its central axis, while in the cavity of the rod-pusher a region 31 st increased hydraulic resistance, creating the necessary hydraulic pressure for its translational motion.
- the locking element 27 of the valve assembly is made of a material with a hardness greater than the hardness of the material of the pusher 29.
- the pusher is made or coated with an inert, corrosion-resistant material with antifriction properties, which ensures reliability and reliability in operation.
- the pusher can be made from polymeric material.
- valve (figure 4), contains a cylindrical straight-through body 32 with connecting elements on the ends 33 with a locking element 34 placed in the form of a cone with a guide part 35, providing axial reciprocating movement of the locking element.
- the specified locking element 34 made in the form of a cylindrical rod with a conical sealing surface 36, mating in the closed position with the counter conical surface of the valve seat 37 which is part of the housing.
- the valve locking element 34 can be made all-metal and divided into parts with a variable radial cross-section, and contains a sealing cone-shaped part with the largest cross-section, orienting the part with a reduced cross-section relative to the sealing and the guide part with the smallest section.
- the implementation of the locking element allows you to provide the necessary value of the orifice 38 with minimal stroke, which reduces wear and extends the service life of the valve.
- the method of operation of a linear double-sided electric submersible pumping unit using a pumping unit of the described construction consists in the fact that the specified pumping unit, together with the installation, is lowered into the well and filled with the wellbore fluid with its the subsequent displacement into the cavity of the tubing string (tubing) due to the reciprocating movement of a pair of plungers 6, 7 with a movable slide valve 8 connected to the movable part of the linear actuator 2, while both plunger strokes are working.
- the well fluid When downward (Fig. 2), with the inlet 5 open and the movable 8 valve of the swinging plunger pair open, the well fluid is drawn from the annulus, filling double the volume of the plunger pair swinging cylinder 6, sufficient for one working cycle.
- the well fluid is passed through a filtration zone with installed filters 21 and a gravitational gas separation zone 22 arranged in the well fluid supply channel 20.
- the volume of the gravitational gas separation zone 22 is performed greater than or equal to the volume of one working cycle of the pump unit, which effectively separates gas particles from fluid particles and bring them into the annulus, as shown in (Fig. 2).
- Implementation of the claimed invention contributes to the achievement of this technical result, providing a simplified design with a simultaneous increase in the performance of the pumping unit through the use of a set of slide valves with the absence of a complex system of channels for passing a wellbore fluid, which allows lossless control of the movement of fluid in the cavity of the pump unit even when horizontal positioning in the well. Also, the device zones of filtration and gravitational gas separation allows you to protect against the harmful effects of gas and mechanical impurities contained in the well fluid.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к поршневым насосам возвратно-поступательного действия, в частности двухходовому скважинному насосу, с линейным погружным электродвигателем. Сущность заключается в том, что верхняя качающая плунжерная пара насосного узла насосной установки выполнена с возможностью забора двойного объема скважинной жидкости, достаточного для одного рабочего цикла и содержит нагнетающий подвижный и впускной неподвижный клапаны с подвижным штоком толкателем, закрываемых прямым набегающим потоком скважинной жидкости. Над цилиндром качающей плунжерной пары установлен разделитель нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости с каналами низкого и высокого давления. Каналы низкого давления выполнены в жидкостной связи с каналом подачи скважинной жидкости из затрубного пространства, содержащим зону фильтрации и зону гравитационной газосепарации. Объем зоны гравитационной газосепарации больше, либо равен объему одного рабочего цикла насосного узла. Плунжер нижней плунжерной пары частично помещен в полость качающей плунжерной пары с образованием кольцевой полости и выполнен с возможностью лабиринтного уплотнения подвижной части линейного привода.
Description
Название изобретения: Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия и способ ее работы
Область техники:
Изобретение относится к поршневым насосам возвратно- поступательного действия, в частности, к возвратно-поступательному двухходовому скважинному насосу, приводимому в действие линейным вентильным погружным электродвигателем.
Общий подход к подъему добываемой скважинной жидкости на поверхность, включает в себя использование, приводимого в действие механическим приводом объемного насоса.
Различают штанговые насосные установки, возвратно-поступательное движение которых, обеспечивается посредством колонны насосных штанг. Штанговая насосная установка состоит из объемного насоса, расположенного в нижней части эксплуатационной насосно-компрессорной колонны. Установка включает в себя поршень, который линейно перемещается в насосно-компрессорной трубе посредством стальных или стекловолоконных стержней. Линейное перемещение насосных штанг передается от поверхности с помощью конструкции типа коромысла, которая служит для поочередного подъема и опускания насосных штанг, обеспечивая, тем самым, возвратно-поступательное движение поршня насоса.
Основной недостаток такой конструкции заключается в том, что большинство скважин не являются прямолинейными и могут отклоняться в различных направлениях на пути к зоне добычи. Наличие отклонений в направлении скважины вызывает трение между насосной штангой и эксплуатационной насосно-компрессорной трубой, что приводит к их чрезмерному износу. Результатом чего является дорогостоящая замена элементов конструкции. Кроме того, наличие трения между насосной
штангой и насосно-компрессорными трубами требует использования двигателей с более высокой производительностью.
Указанную проблему решают путем применения скважинных насосов, устанавливаемых в нижней части колонны насосно-компрессорных труб. К такому виду оборудования относятся скважинные двухходовые насосы возвратно-поступательного действия. Основной особенностью таких насосов является то, что с целью максимально эффективной работы электродвигателя при возвратно-поступательном перемещении скважинного насоса, оба хода плунжера насоса являются рабочими. К оосновным недостатком известных на данный момент насосных установок относят значительные потери скважинной жидкости, сбои в работе связанные с наличием газа и механических примесей в скважинной жидкости, а также ограничения связаны с возможностью работы в скважинах с углом наклона более 40 °.
Из заявки на изобретение US20150176574A1 от 25.06.2015 известен скважинный штанговый насос возвратно-поступательного действия, который соединен с соединителем двигателя, например резьбовым или болтовым фланцевым соединением. Насос содержит корпус, который является цилиндрическим и концентрическим относительно оси. Насос включает верхний клапанный узел, который содержит верхний впускной канал и нижний клапанный узел, цилиндр расположен концентрично между верхним клапанным узлом и нижним клапанным узлом внутри корпуса насоса. Верхний клапанный узел соединен с эксплуатационной насосно- компрессорной трубой и имеет выпускной канал насоса, который сообщается с внутренней частью трубопровода. Корпус и цилиндр образуют кольцевое пространство насоса между ними. Поршень насоса или плунжер взаимодействует с возможностью скольжения с внутренним диаметром цилиндра. Шатун соединяется с нижним концом плунжера, заставляя плунжер совершать возвратно-поступательное движение с подвижной частью двигателя. В зависимости от направления хода плунжера задействуется верхняя или нижний клапанный узел, обеспечиваю подачу
скважинной жидкости в полость цилиндра насоса с последующим выводом на поверхность посредством кольцевого канала, в колону насосно- компрессорных труб.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести сложность конструкции с устройством четырех клапанов и дополнительных шатунных элементов, что увеличивает габариты установки и делает ее сложной в изготовлении.
Из патента на изобретение US6817409 от 16.11.2004 МПК F04B11/00 известен двухходовой поршневой насос, устанавливаемый в стволе скважины, приводимый в действие посредством линейного привода, содержащий корпус, помещенный внутрь цилиндр качающей плунжерной пары, с кольцевой полостью между ними. Насос выполнен с возможностью вытеснения объема цилиндра качающей плунжерной пары, посредством возвратно-поступательного движения плунжера с подвижным клапаном, связанным с подвижной частью линейного привода, при этом оба хода плунжера являются рабочими. Согласно описанной конструкции, насос содержит плунжер, перемещающийся в ответ на возвратно-поступательное движение линейного привода. Указанный насос выполнен с возможностью подачи одного объема жидкости, в ствол скважины во время рабочего хода насоса вверх, и второго объема жидкости во время хода вниз. Поршень насоса, установлен между корпусом и плунжером таким образом, чтобы образовать кольцевое пространство между плунжером и поршнем, и кольцевое пространство между корпусом и поршнем. Также, конструкцией плунжера предусмотрено, по меньшей мере, одно сквозное отверстие между поршнем и нижней частью корпуса для создания сообщения по текучей среде, между каналом поршня и кольцевым пространством, устроенным между корпусом и поршнем. Таким образом, текучая среда во время рабочего хода плунжера, выталкивается из кольцевого пространства через, по меньшей мере, одно сквозное отверстие плунжера, в колонну насосно-компрессорных труб.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести наличие сложной системы каналов для пропускания текучей среды, а также малый объем подаваемой скважинной жидкости, через отверстия плунжера. К недостаткам также можно отнести забор скважинной жидкости без отвода газов и фильтрации.
Из патента на полезную модель RU 139596 от 20.04.2014, МПК F04B47/08 известен скважинный насос двойного действия, приводимый в движение посредством линейного привода, который содержит насосный узел, с обратным и впускным клапанами, а также две последовательно установленные плунжерные пары разного диаметра, приводимые в действие посредством линейного привода и выполненные с возможностью вытеснения внутреннего объема скважинной жидкости, посредством возвратно- поступательного движения линейного привода. Одна из плунжерных пар оснащена подвижным клапаном и образует кольцевую полость с корпусом насосного узла, при этом оба хода плунжеров являются рабочими. Плунжерные пары насосного узла соединены между собой штоком. Диаметр верхнего цилиндра с плунжером больше диаметра нижнего цилиндра с плунжером. Верхний плунжер большего диаметра полый с установленным в нем нагнетающим клапаном, нижний плунжер меньшего диаметр выполнен монолитным и соединен полированным штоком с приводом рабочего насоса. Полость над полым плунжером большего диаметра через всасывающий клапан соединена с затрубным кольцевым пространством. Полость под монолитным плунжером меньшего диаметра постоянно соединена с затрубным кольцевым пространством. Полость под верхним полым плунжером большего диаметра соединена с полостью над нижним монолитным плунжером меньшего диаметра и с перепускной магистралью, образованной посредством оболочки, с внешней стороны, охватывающей верхний больший цилиндр, перепускная магистраль соединена с выкидной линией насоса.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести наличие вредного воздействия газа и механических примесей содержащихся в скважинной жидкости за счет отсутствия фильтрации и газосепарации, сложность конструкции за счет устройства разнесенных по длине плунжерных пар с системой каналов в клапанных узлах для пропускания текучей среды, что может привести к их парафинизации, также конструкция насосной установки не допускает ее использование в скважинах с углом наклона более 40°.
Техническая задача:
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание линейной электропогружной насосной установки двунаправленного действия, увеличенной продуктивности и упрощенной конструкции, приводимой в действие от линейного привода в виде, подвижной части (слайдера) линейного вентильного погружного электродвигателя, с возможностью поднятия скважинной жидкости без холостого хода подвижной части и возможностью эксплуатации в горизонтальных скважинах.
Технический результат
Технический результат, достигнутый от реализации изобретения заключается в упрощении конструкции с одновременным увеличением производительности насосной установки, снижении концентрации механических примесей скважинной жидкости и свободного газа на приеме насосного узла, а также в расширении возможностей эксплуатации насосной установки в скважинах с углом наклона более 40°, в частности в горизонтальных скважинах.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что верхняя качающая плунжерная пара насосный узел, линейной электропогружной насосной установки двунаправленного действия, выполнена с возможностью забора двойного объема скважинной жидкости, достаточного для одного рабочего цикла и содержит нагнетающий подвижный и впускной
неподвижный клапаны с направляющим штоком-толктелем , закрываемые прямым набегающим потоком скважинной жидкости. Также над цилиндром качающей плунжерной пары установлен разделитель нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости с каналами низкого и высокого давления. Причем каналы низкого давления выполнены в жидкостной связи с каналом подачи скважинной жидкости из затрубного пространства, содержащим зону фильтрации и зону гравитационной газосепарации. Объем зоны гравитационной газосепарации, больше либо равен объему одного рабочего цикла насосного узла. При этом плунжер нижней плунжерной пары частично помещен в полость качающей плунжерной пары с образованием кольцевой полости и выполнен с возможностью лабиринтного уплотнения подвижной части линейного привода.
Кольцевая полость между корпусом насосного узла и внешней поверхностью цилиндра качающей плунжерной пары связана с кольцевой полостью образованной плунжером нижней плунжерной пары посредством общего объема устроенного между плунжерными парами.
В пределах нижней плунжерной пары устроена зона фильтрации скважинной жидкости, периодически заполняющей полость в корпусе насосного узла, образующуюся за счет разности радиальных размеров плунжера и связанного с ним линейного привода.
Способ работы линейной электропогружной насосной установки двунаправленного действия согласно которому, при ходе вниз с открытым впускным и закрытым подвижным клапанам качающей плунжерной пары, выполняют забор скважинной жидкости из затрубного пространства, заполняя двойной объем цилиндра качающей плунжерной пары, необходимый для одного рабочего цикла. При этом скважинную жидкость пропускают через зону фильтрации и зону гравитационной газосепарации, устроенную в канале подачи скважинной жидкости, объем которой больше либо равен объему одного рабочего цикла насосного узла. В то же время, при ходе вниз, вытесняют жидкость из кольцевой полсти под плунжером
качающей плунжерной пары, посредством общего объема, устроенного между плунжерными парами и связанной с ним кольцевой полости между корпусом насосного узла и внешней поверхностью цилиндра качающей плунжерной пары в направлении каналов высокого давления и дальше через обратный клапан в колонну насосно-компрессорных труб. Каналы высокого давления устроены в разделителе нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости, установленном над цилиндром качающей плунжерной пары. На обратном ходе, вверх при закрытом впускном и открытом подвижном клапане качающей плунжерной пары, под действием давления, создаваемого в полости ее цилиндра, разворачивают поток скважинной жидкости в направлении общего объема между плунжерными парами и по аналогии с ходом вниз подают в направлении колонны насосно- компрессорных труб. При этом, подвижный, впускной и обратный золотниковые клапаны закрываются прямым набегающим потоком скважинной жидкости.
Краткое описание чертежей:
Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 - функциональная схема насосного узла при «ходе вверх»;
фиг.2 - функциональная схема насосного узла при «ходе вниз»;
фиг.З - клапан насосного узла (вариант 1);
фиг.4 - клапан насосного узла (вариант 2).
Описание осуществления изобретения:
На (фиг.1,2) представлен насосный узел 1, линейной электропогружной насосной установки двухстороннего действия, устанавливаемый в стволе скважины и приводимый в действие посредством линейного привода, представленного в виде подвижной части (слайдера) 2 линейного вентильного погружного электродвигателя (на иллюстрации не показан).
Насосный узел 1 содержит корпус 3, высокого давления цилиндрической формы с обратным 4 и впускным 5 клапанами, помещенные
внутрь корпуса две последовательно размещены плунжерные пары 6,7, приводимые в движение линейным приводом и выполненные с возможностью вытеснения внутреннего объема скважинной жидкости за счет возвратно-поступательного движения линейного привода. Верхняя, качающая плунжерная пара 6 содержит нагнетающий подвижный 8 и установленный в верхней части ее цилиндра, впускной неподвижный 4 клапаны с подвижным штоком-толкателем, которые закрываются прямым набегающим потоком скважинной жидкости. Также качающая плунжерная пара образует кольцевую полость 9 с корпусом насосного узла. Движение плунжеров насосного узла в обоих направлениях является рабочим.
Верхняя качающая плунжерная пара 6 со встроенным подвижным нагнетающим 8 и недвижимым впускным 5 клапанами, связана с нижней, плунжерной парой 7, меньшего диаметра посредством ее плунжера. Указанная плунжерная пара, также выполнена в качестве лабиринтного уплотнения для предотвращения потерь скважинной жидкости и защиты линейного привода от абразивного износа вследствие воздействия механических примесей и позволяет увеличить ход поршня качающей плунжерной пары с увеличением производительности насосной установки.
Плунжерная пара 7 связана с линейным приводом 2, а ее плунжер 10 частично размещен в полости цилиндра 11 качание плунжерной пары 6 с образованием кольцевой полости 12 под ее плунжером 13. При этом, кольцевая полость 12 находится в жидкостной связи с кольцевой полостью 9, образованной между корпусом насоса и внешней поверхностью цилиндра качающей плунжерной пары, посредством общего объема 14 устроенного между плунжерными парами. Над цилиндром качающей плунжерной пары 6 установлен распределитель 15 нисходящего 16 и восходящего 17 потоков скважинной жидкости с каналами низкого 18 и высокого 19 давления соответственно. Причем канал низкого давления находится в жидкостной связи с каналом 20 подачи скважинной жидкости из затрубного пространства, который включает зону фильтрации с установленными фильтрами 21 и зону
гравитационного газосепарации 22, объем которой, больше или равен объему одного рабочего цикла насосного узла 1. Объем одного рабочего цикла определяется объемом вытесненной жидкости при однократном перемещении плунжеров насосного узла вверх и вниз. На выходе насосного узла в месте соединения с колонной насосно-компрессорных труб НКТ (на изображениях не показана) установлен дополнительный обратный клапан 4, предотвращающий обратный отток скважинной жидкости с НКТ. Подвижный 8, впускной 5 и обратной 4 клапаны выполнены золотниковыми с возможностью мгновенного закрытия прямым набегающим потоком скважинной жидкости, за счет чего обеспечивается надежная работа запорной арматуры. Таким образом, удается значительно упростить конструкцию насосного узла и избежать потерь скважинной жидкости по сравнению с использованием гравитационных клапанов, которые использованы в патентах аналогах.
В пределах нижней плунжерной пары устроена зона фильтрации скважинной жидкости с фильтрами 23 периодически заполняемой полость 24 в корпусе насосного узла, образованной за счет разницы радиальных размеров плунжера 10 и связанного с ним линейного привода 2.
Также следует отметить, что радиальные размеры плунжерных пар 6 и 7, подобраны таким образом, что объемы откачиваемой жидкости при ходе вверх и ходе вниз примерно равны.
Согласно описанным вариантам реализации изобретения обратный 4 и впускной 5 клапаны могут быть реализованы в двух вариантах, согласно которым клапан (фиг.З) содержит цилиндрический корпус 25, с соединительными резьбовыми элементами 26 по торцам в котором размещены запирающий элемент 27 в виде шара с седлом 28, приводимый в движение посредством штока-толкателя 29. Указанный шток 29, выполнен полым и содержит множество перепускных отверстий 30, пересекающих тело штока под углом к его центральной оси, при этом в полости штока- толкателя устроена область 31 увеличенного гидравлического сопротивления,
создающая необходимое гидравлическое давление для его поступательного движения.
Запирающий элемент 27 клапанного узла выполнен из материала с твердостью большей, чем твердость материала толкателя 29. При этом толкатель выполнен либо покрыт инертным, коррозионностойким материалом с антифрикционными свойствами, что обеспечивает надежность и безотказность в работе, в одном из возможных вариантов реализации толкатель может быть выполнен из полимерного материала.
Также возможен вариант реализации при котором клапан (фиг.4), содержит цилиндрический прямоточный корпус 32 соединительными элементами по торцам 33 с помещенным внутрь запирающим элементом 34 выполненным в виде конуса с направляющей частью 35, обеспечивающей осевое возвратно поступательное перемещение запирающего элемента. Указанный запирающий элемент 34, выполнен в виде цилиндрического штока с конической уплотнительной поверхностью 36, сопрягаемой в закрытом положении с ответной конической поверхностью седла 37 клапана являющегося частью корпуса.
Запирающий элемент 34 клапана может быть выполнен цельнометаллическим и разделен на части с переменным радиальным сечением, и содержит уплотнительную конусообразную часть с наибольшим сечением, ориентирующую часть с уменьшенным сечением по отношению к уплотнительной и направляющую часть с наименьшим сечением.
Также описанное выполнение запирающего элемента позволяет обеспечить необходимую величину пропускного отверстия 38 при минимальном ходе, что обеспечивает уменьшение износа продление срока службы клапана.
Способ работы линейной электропогружной насосной установка двустороннего действия с использованием насосного узла описанной конструкции заключается в том, что указанный насосной узел вместе с установкой, опускают в скважину и заполняют скважинной жидкостью с ее
последующим вытеснением в полость колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) за счет возвратно поступательное движения пары плунжеров 6, 7 с подвижным золотниковым клапаном 8, связанных с подвижной частью линейного привода 2, при этом оба хода плунжеров являются рабочими.
При ходе вниз (фиг. 2), с открытым впускным 5 и закрытым подвижным 8 клапаном качающей плунжерной пары, выполняют забор скважинной жидкости из затрубного пространства, заполняя двойной объем, цилиндра качающей 6 плунжерной пары, достаточный для одного рабочего цикла. При этом скважинную жидкость пропускают через зону фильтрации с установленными фильтрами 21 и зону гравитационного газосепарации 22, устроенную в канале подачи скважинной жидкости 20. Объем зоны гравитационного газосепарации 22 выполняют больше, либо равным объему одного рабочего цикла насосного узла, что позволяет эффективно отделять частицы газа от частиц жидкости и выводить их в затрубное пространство, как это показано на (рис. 2). Одновременно, при ходе вниз, вытесняют жидкость из кольцевой полости 12 под плунжером 13 качающей плунжерной пары 6, за счет общего объема 14 устроенного между плунжерными парами и соединенной с ним кольцевой полости 9, в направлении каналов 19 высокого давления, устроенных в распределителе 15 нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости, и далее через обратный клапан 4 в колонну НКТ. На обратном ходе вверх (фиг.1), при закрытом 5 впускном и открытом подвижном 8 клапане качающей плунжерной пары, под действием давления в полости цилиндра 11, разворачивают поток жидкости в направлении общего объема 14 между плунжерными парами и по аналогии с ходом вниз (фиг.2) подают в направлении колонны НКТ. При этом подвижный 8, впускной 5 и обратный 4 золотниковые клапаны закрываются прямым набегающим потоком скважинной жидкости.
Также при ходе вверх и вниз происходит постоянная циркуляция скважинной жидкости в пределах нижней плунжерной пары 7, на (фиг.1.2) за счет периодического заполнения полости 24 в корпусе насосного узла,
образованной за счет разницы радиальных размеров плунжера 10 и связанного с ним линейного привода 2. С целью обеспечения защиты линейного привода от механических примесей устраивают зону фильтрации скважинной жидкости с набором фильтров 23.
Реализация заявленного изобретения, способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая упрощение конструкции с одновременным увеличением производительности работы насосной установки за счет использования набора золотниковых клапанов с отсутствием сложной системе каналов для пропуска скважинной жидкости, что позволяет без потерь регулировать движение жидкости в полости насосного узла даже при его горизонтальном позиционировании в скважине. Также устройство зон фильтрации и гравитационной газосепарации позволяет обеспечить защиту от вредного воздействия газа и механических примесей, содержащихся в скважинной жидкости.
Заявленное техническое решение предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления раскрыт в описании и показан с помощью приведенных графических материалов. Описанный вариант реализации изобретения не ограничивается конкретной раскрытой формой и может включать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы, в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле.
Claims
1. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия, которая содержит насосный узел, с обратным и впускным клапанами, а также с двумя последовательно установленными плунжерными парами разного диаметра, приводимыми в действие посредством линейного привода и выполненные с возможностью вытеснения внутреннего объема скважинной жидкости, посредством возвратно-поступательного движения линейного привода, одна из которых оснащена подвижным клапаном и образует кольцевую полость с корпусом насосного узла, при этом оба хода плунжеров являются рабочими отличающаяся тем, что верхняя качающая плунжерная пара выполнена с возможностью забора двойного объема скважинной жидкости, достаточного для одного рабочего цикла и содержит нагнетающий подвижный и впускной неподвижный золотниковые клапаны с направляющим штоком, закрываемые прямым набегающим потоком скважинной жидкости, также над цилиндром качающей плунжерной пары установлен разделитель нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости с каналами низкого и высокого давления, причем каналы низкого давления выполнены в жидкостной связи с каналом подачи скважинной жидкости из затрубного пространства, содержащим зону фильтрации и зону гравитационной газосепарации, объем которой больше либо равен объему одного рабочего цикла насосного узла, при этом плунжер нижней плунжерной пары частично помещен в полость цилиндра качающей плунжерной пары с образованием кольцевой полости и выполнен с возможностью лабиринтного уплотнения подвижной части линейного привода.
2. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия по пЛ отличается тем, что кольцевая полость между корпусом насосного узла и внешней поверхностью цилиндра качающей плунжерной пары связана с кольцевой полостью образованной плунжером нижней плунжерной пары посредством общего объема устроенного между плунжерными парами.
3. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия по п.1 отличается тем, что в пределах нижней плунжерной пары устроена зона фильтрации скважинной жидкости, периодически заполняющей полость в корпусе насосного узла, образующуюся за счет разности радиальных размеров плунжера и связанного с ним линейного привода.
4. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия отличающееся тем, что обратный впускной и выпускной клапан насосного узла, содержит цилиндрический корпус, в котором размещены запирающий элемент с седлом, выполняющий возвратно-поступательное движение запирающий элемент выполненный в виде шара, приводимого в движение посредством полого штока-толкателя с множеством перепускных отверстий, пересекающих тело штока-толкателя под углом к его центральной оси, при этом в полости штока-тлкателя устроена область увеличенного гидравлического сопротивления, создающая необходимое гидравлическое давление для его поступательного движения.
5. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действи по п.4 отличающееся тем, что запирающий элемент выполнен в виде цельного штока и поделен на части с переменным радиальным сечением, где смена сечения одной части относительно другой выполнена в месте ее сопряжения с конической поверхностью седла клапана, с образованием кольцевой полости между поверхностью запирающего элемента и внутренней поверхностью корпуса клапана, а переход к наименьшему сечению запирающего элемента выполнен в его направляющей части.
6. Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действи по п.4 отличающееся тем, что шток-толкатель выполнен, либо покрыт инертным, коррозионностойким материалом с антифрикционными свойствами.
7. Способ работы линейной электропогружной насосной установки двунаправленного действия согласно которому, связанный с линейным приводом насосный узел опускают в скважину и заполняют скважинной жидкостью с последующим вытеснением в полость колонны насосно- компрессорных труб, посредством возвратно-поступательного движения пары плунжеров с подвижным клапаном, связанных с подвижной частью линейного привода, при этом оба хода плунжеров являются рабочими отличающийся тем, что при ходе вниз с открытым впускным и закрытым подвижным клапанами качающей плунжерной пары, выполняют забор скважинной жидкости из затрубного пространства, заполняя двойной объем цилиндра качающей плунжерной пары, необходимый для одного рабочего цикла, при этом скважинную жидкость пропускают через зону фильтрации и зону гравитационной газосепарации, устроенную в канале подачи скважинной жидкости, объем которой больше либо равен объему одного рабочего цикла насосного узла, в то же время, при ходе вниз, вытесняют жидкость из кольцевой полости под плунжером качающей плунжерной пары, посредством общего объема, устроенного между плунжерными парами и связанного с ним кольцевой полости между корпусом насосного узла и внешней поверхностью цилиндра качающей плунжерной пары, в направлении каналов высокого давления, устроенных в разделителе нисходящего и восходящего потоков скважинной жидкости установленного над цилиндром качающей плунжерной пары и дальше через обратный клапан в колонну насосно-компрессорных труб, на обратном ходе, вверх при закрытом впускном и открытом подвижном клапане качающей плунжерной пары, под действием давления, создаваемого в полости ее цилиндра, разворачивают поток скважинной жидкости в направлении общего объема
между плунжерными парами и по аналогии с ходом вниз подают жидкость в направлении колонны насосно-компрессорных труб, при этом, подвижный впускной и обратный золотниковые клапаны закрываются прямым набегающим потоком скважинной жидкости.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201800500 | 2018-01-17 | ||
| UAU201800501U UA125608U (ru) | 2018-01-18 | 2018-01-18 | Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия |
| UAU201800501 | 2018-01-18 | ||
| UAA201800500 | 2018-01-29 | ||
| UAU201808930U UA132059U (uk) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | Клапанний пристрій насосного модуля |
| UAU201808930 | 2018-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2019143310A1 true WO2019143310A1 (ru) | 2019-07-25 |
Family
ID=67302441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2019/000003 WO2019143310A1 (ru) | 2018-01-18 | 2019-01-14 | Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия и способ ее работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2019143310A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111379683A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-07 | 董建平 | 气动泵和具有其的气动泵组件 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233995C1 (ru) * | 2003-03-13 | 2004-08-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Глубинный штанговый насос |
| RU139596U1 (ru) * | 2013-07-15 | 2014-04-20 | Николай Владимирович Шенгур | Скважинный насос двойного действия |
| RU2615775C1 (ru) * | 2015-12-24 | 2017-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "РУССКИЕ СТАНДАРТЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ" | Скважинная насосная установка |
-
2019
- 2019-01-14 WO PCT/UA2019/000003 patent/WO2019143310A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2233995C1 (ru) * | 2003-03-13 | 2004-08-10 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Глубинный штанговый насос |
| RU139596U1 (ru) * | 2013-07-15 | 2014-04-20 | Николай Владимирович Шенгур | Скважинный насос двойного действия |
| RU2615775C1 (ru) * | 2015-12-24 | 2017-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "РУССКИЕ СТАНДАРТЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ" | Скважинная насосная установка |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111379683A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-07 | 董建平 | 气动泵和具有其的气动泵组件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8192181B2 (en) | Double standing valve sucker rod pump | |
| US10995587B2 (en) | Reversing valve for hydraulic piston pump | |
| US20160369788A1 (en) | Positive Displacement Plunger Pump with Gas Escape Valve | |
| US5797452A (en) | Double-acting, deep-well fluid extraction pump | |
| CA2618934C (en) | Gas anchor and solids separator assembly for use with sucker rod pump | |
| CN110939426B (zh) | 一种离心分离机构及应用其的同井注采装置 | |
| US5651666A (en) | Deep-well fluid-extraction pump | |
| WO2019143310A1 (ru) | Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия и способ ее работы | |
| US11022109B2 (en) | Double acting linear electrical submersible pump and method for its operation | |
| RU183876U1 (ru) | Линейная электропогружная насосная установка двунаправленного действия | |
| US7610930B2 (en) | Discharge valve for downhole pumps | |
| US20090196779A1 (en) | Bypass valve and downhole pump | |
| CN112065697B (zh) | 一种双通道滑阀全程抽油泵及专用滑阀 | |
| RU2677772C1 (ru) | Скважинный штанговый насос | |
| RU179973U1 (ru) | Скважинная гидроштанговая установка | |
| RU92487U1 (ru) | Штанговый насос для добычи высоковязкой нефти | |
| CN110617203B (zh) | 泵筒倒置悬挂上下冲程进排液抽油泵 | |
| CN210769263U (zh) | 泵筒倒置悬挂上下冲程进排液抽油泵 | |
| RU2704088C1 (ru) | Глубинное газоперепускное устройство для скважины, эксплуатируемой штанговым насосом | |
| CN211397844U (zh) | 一种浅层水平井用液力反馈抽油泵 | |
| CN112832993B (zh) | 一种位置交换式减载抽油泵 | |
| RU2246636C2 (ru) | Скважинный штанговый насос | |
| RU2293216C1 (ru) | Штанговая насосная установка с двухцилиндровым насосом | |
| RU26606U1 (ru) | Скважинный штанговый насос | |
| CN203867866U (zh) | 抽油泵换向阀 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19741425 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19741425 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |