RU110430U1

RU110430U1 - WELL BODY PUMP FOR VISCOUS OIL PRODUCTION

Info

Publication number: RU110430U1
Application number: RU2011128023/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Кунеевский; Дмитрий Витальевич Страхов; Владимир Борисович Оснос
Original assignee: Владимир Васильевич Кунеевский
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2011-11-20

Abstract

Скважинный штанговый насос для добычи вязкой нефти, содержащий цилиндр с седлом, связанный верхней частью с колонной насосно-компрессорных труб, плунжер, размещенный в цилиндре с образованием надплунжерной камеры и соединенный с колонной штанг, имеющей упор, нагнетательный клапан, подвижно расположенный на колонне штанг между упором и плунжером и выполненный кольцевым с диаметром, превышающим диаметр плунжера, и всасывающий клапан, сообщающий надплунжерную камеру с внутрискважинным пространством, отличающийся тем, что плунжер выполнен полым, всасывающий клапан оснащен толкателем, жестко соединенным с колонной штанг и вставленным внутрь плунжера с возможностью продольного перемещения, ограниченного сверху наружным выступом толкателя, а снизу - всасывающим клапаном, перекрывающим полость плунжера при перемещении вверх, при этом нагнетательный клапан снабжен дополнительным цилиндром меньшего диаметра, а колонна штанг - дополнительным плунжером меньшего диаметра, вставленным в дополнительный цилиндр для обеспечения герметизации при возвратно-поступательном ходе плунжера в цилиндре. A viscous oil well sucker rod pump comprising a cylinder with a saddle connected with the top to a tubing string, a plunger placed in the cylinder to form a superplunger chamber and connected to a rod string having a stop, a discharge valve movably located on the rod string between emphasis and a plunger and made annular with a diameter greater than the diameter of the plunger, and a suction valve communicating nadplunger chamber with the downhole space, characterized in that the plunger is made n hollow, the suction valve is equipped with a pusher rigidly connected to the rod string and inserted into the plunger with the possibility of longitudinal movement limited from above by the outer protrusion of the pusher, and from the bottom by a suction valve that overlaps the plunger cavity when moving upward, while the discharge valve is equipped with an additional cylinder of a smaller diameter and the rod string with an additional plunger of a smaller diameter inserted into the additional cylinder to provide sealing during the reciprocating stroke unzhera in the cylinder.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к скважинным штанговым насосам, используемым для поднятия вязкой нефти на поверхность.The utility model relates to the oil and gas industry, in particular to well sucker rod pumps used to lift viscous oil to the surface.

Известен скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с всасывающим клапаном, полый плунжер с нагнетательным клапаном, размещенный в цилиндре и разделяющий его полость на всасывающую и нагнетательную полости, и отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера, при этом часть всасывающей полости цилиндра образована его внутренней поверхностью, охватывающей нижний конец плунжера и имеющей диаметр, превышающий диаметр наружной поверхности плунжера, а отверстия для периодического сообщения всасывающей полости цилиндра с полостью плунжера выполнены в стенке нижнего конца плунжера (патент RU №2340792, МПК F04B 47/00, опубл. 10.12.2008).A well-known sucker-rod pump containing a cylinder with a suction valve, a hollow plunger with a discharge valve located in the cylinder and dividing its cavity into the suction and discharge cavities, and openings for periodically communicating the suction cavity of the cylinder with the plunger cavity, while a part of the suction cavity of the cylinder is formed by it the inner surface covering the lower end of the plunger and having a diameter greater than the diameter of the outer surface of the plunger, and the holes for periodic communication suction the cavity of the cylinder with the cavity of the plunger is made in the wall of the lower end of the plunger (patent RU No. 2340792, IPC F04B 47/00, publ. 10.12.2008).

Однако наличие на нижнем конце цилиндра внутренней полости, имеющей больший диаметр, чем у плунжера данного насоса, значительно увеличивает металлоемкость конструкции, следовательно, повышает стоимость изделия и снижает коэффициент полезного действия (КПД) установки, так как при нахождении бокового отверстия плунжера в зоне расширения цилиндра во время рабочего хода работа по поднятию жидкости не осуществляется. При работе с сильногазированными жидкостями (например, летучей нефтью или газоконденсатом) происходит резкое падение пластового давления, что нежелательно для освоения пласта. Кроме того, при необходимости обслуживания и/или ремонта насоса необходимо поднимать на поверхность плунжер и цилиндр с клапанами, что требует дополнительных затрат на обслуживание при работе с высоковязкими нефтями, содержащими парафины, асфальтены и смолы. А работа клапанов только под действием собственного веса и потока жидкости с высоковязкими нефтями приводит к их быстрому выходу из строя (всплытию клапанов и залипанию в верхнем - открытом положении).However, the presence at the lower end of the cylinder of an internal cavity having a larger diameter than the plunger of this pump significantly increases the metal consumption of the structure, therefore, increases the cost of the product and reduces the efficiency (efficiency) of the installation, since when the lateral hole of the plunger is in the expansion zone of the cylinder during the working stroke, work to raise the liquid is not carried out. When working with highly carbonated liquids (for example, volatile oil or gas condensate), a sharp drop in reservoir pressure occurs, which is undesirable for reservoir development. In addition, if it is necessary to service and / or repair the pump, it is necessary to raise the plunger and cylinder with valves to the surface, which requires additional maintenance costs when working with high-viscosity oils containing paraffins, asphaltenes and resins. But the operation of the valves only under the influence of their own weight and fluid flow with highly viscous oils leads to their rapid failure (flooding of the valves and sticking in the upper - open position).

Наиболее близким аналогом является скважинный штанговый насос, содержащий цилиндр с седлом, связанный верхней частью с колонной насосно-компрессорных труб, плунжер, размещенный в цилиндре с образованием надплунжерной и подплунжерной камер и соединенный с колонной штанг, имеющей упор, нагнетательный клапан, подвижно расположенный на колонне штанг между упором и плунжером и выполненный кольцевым, с диаметром, превышающим диаметр плунжера, всасывающий клапан, сообщающий надплунжерную камеру с внутрискважинным пространством, и ограничитель хода вверх нагнетательного клапана, выполненный в виде цанги, установленной в колонне труб (патент RU №1588024, МПК F04B 47/02, опубл. 27.03.1996).The closest analogue is a borehole sucker rod pump containing a cylinder with a saddle connected with the upper part to the tubing string, a plunger placed in the cylinder with the formation of the supra-plunger and sub-plunger chambers and connected to the boom string having a stop, a discharge valve movably located on the string the rod between the stop and the plunger and made annular, with a diameter greater than the diameter of the plunger, a suction valve that communicates the above-plunger chamber with the downhole space, and will limit spruce up the discharge valve, made in the form of a collet installed in the pipe string (patent RU No. 1588024, IPC F04B 47/02, publ. 03/27/1996).

Однако размещение всасывающего клапана известного насоса на боковой поверхности цилиндра с малыми в поперечном сечении пропускными каналами из-за ограниченного внутренним диаметром скважины расстояния от наружной стенки цилиндра приводит к быстрой кольматации при работе с вязкими нефтями, содержащими парафины, асфальтены и смолы, после чего необходимо для обслуживания и/или ремонта насоса поднимать на поверхность плунжер и цилиндр с клапанами, что требует дополнительных затрат на спускоподъемные операции. Кроме того, нагнетательный и всасывающий клапаны работают только под действием собственного веса и потока жидкости, что при работе с высоковязкими нефтями приводит к быстрому их выходу из строя (всплытию клапанов и залипанию в верхнем - открытом положении). Также известный насос не может быть использован в скважинах со сложным, в том числе с наклонным и/или горизонтально-наклонным профилем из-за наличия шарикового самодействующего всасывающего клапана и не отцентрированного нагнетательного клапана, так как самодействующие клапаны в таких условиях работают ненадежно, а штанги располагаются с отклонением от центра цилиндра, что приведет к невозможности герметичного закрытия нагнетательного кольцевого клапана. При этом нагнетательный клапан для герметизации его подвижного соединения с колонной неполированных штанг необходимо использование специального герметизирующего узла, часто требующего обслуживания или замены.However, the placement of the suction valve of the known pump on the side surface of the cylinder with small cross-sectional passages due to the limited internal diameter of the borehole from the distance from the outer wall of the cylinder leads to rapid mudding when working with viscous oils containing paraffins, asphaltenes and resins, after which it is necessary maintenance and / or repair of the pump to lift the plunger and cylinder with valves to the surface, which requires additional costs for tripping. In addition, the discharge and suction valves operate only under the action of their own weight and fluid flow, which when working with high-viscosity oils leads to their rapid failure (flooding of the valves and sticking in the upper - open position). Also, the known pump cannot be used in wells with a complex, including with an inclined and / or horizontally inclined profile due to the presence of a self-acting ball suction valve and an uncentered discharge valve, since self-acting valves in these conditions work unreliably, and rods are located with a deviation from the center of the cylinder, which will lead to the impossibility of a tight closure of the discharge annular valve. In this case, the discharge valve for sealing its movable connection with the column of unpolished rods requires the use of a special sealing unit, often requiring maintenance or replacement.

Задачей настоящего предложения является создание надежного в работе за счет использования унифицированных деталей и простого в обслуживании насоса с высоким КПД и расширенными технологическими возможностями.The objective of this proposal is to create reliable operation through the use of standardized parts and an easy-to-maintain pump with high efficiency and advanced technological capabilities.

Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является высокая надежность за счет использования унифицированных деталей для герметизации подвижных соединений, возможность подъема при ремонте и/или обслуживании только плунжера со всеми принудительно закрывающимися и открывающимися клапанами и ограничителем хода, а также работы с вязкими нефтями и в скважинах со сложным профилем.The technical result achieved by the utility model is high reliability due to the use of standardized parts for sealing movable joints, the ability to lift during repair and / or servicing only a plunger with all forcibly closing and opening valves and a travel stop, as well as working with viscous oils and in wells with a complex profile.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что плунжер выполнен полым, всасывающий клапан оснащен толкателем, жестко соединенным с колонной штанг и вставленным внутрь плунжера с возможностью продольного перемещения, ограниченного сверху наружным выступом толкателя, а снизу - всасывающим клапаном, перекрывающим полость плунжера при перемещении вверх, при этом нагнетательный клапан снабжен дополнительным цилиндром меньшего диаметра, а колонна штанг - дополнительным плунжером меньшего диаметра, вставленным в дополнительный цилиндр для обеспечения герметизации при возвратно-поступательном ходе плунжера в цилиндре.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the plunger is hollow, the suction valve is equipped with a pusher rigidly connected to the rod string and inserted into the plunger with the possibility of longitudinal movement limited from above by the outer protrusion of the pusher, and from the bottom by the suction valve that overlaps the plunger cavity when upward movement, while the discharge valve is equipped with an additional cylinder of a smaller diameter, and the rod string with an additional plunger of a smaller diameter inserted auxiliary cylinder to seal a reciprocating plunger in the course of the cylinder.

Чертеже изображен предлагаемый скважинный штанговый насос.The drawing shows the proposed borehole sucker rod pump.

Скважинный штанговый насос для добычи вязкой нефти содержит цилиндр 1 с седлом 2, связанный верхней частью муфтой 3 с колонной насосно-компрессорных труб 4, полый плунжер 5, размещенный в цилиндре 1 с образованием надплунжерной камеры 6 и соединенный с колонной штанг 7, имеющей упор 8, нагнетательный клапан 9, подвижно расположенный на колонне штанг 7 между упором 8 и плунжером 5 и выполненный кольцевым, с диаметром, превышающим диаметр плунжера 5, всасывающий клапан 10, сообщающий надплунжерную камеру 6 с внутрискважинным пространством 11. Всасывающий клапан 10 оснащен толкателем 12, жестко соединенным с колонной штанг 7 и вставленным внутрь плунжера 5 с возможностью продольного перемещения, ограниченного сверху наружным выступом 13 толкателя 12, а снизу - всасывающим клапаном 10, перекрывающим полость 14 плунжера 5 при перемещении вверх. Кроме того, нагнетательный клапан 9 оснащают дополнительным цилиндром 15 меньшего диаметра, а колонна штанг 7 - дополнительным плунжером 16 меньшего диаметра, вставленным в дополнительный цилиндр 15 для обеспечения герметизации при возвратно-поступательном ходе плунжера 5 в цилиндре 1. Для надежной и герметичной посадки нагнетательного клапана 9 в седло 2 при работе в сильно наклонных (более 75° от вертикали) или горизонтальных скважинах 17 (показана условно) нагнетательный клапан 9 может быть защищен от смещения от оси цилиндра 1 при помощи цетраторов 18, устанавливаемых на дополнительном цилиндре 15 и/или нагнетательном клапане 9 (не показаны).A well pump for producing viscous oil contains a cylinder 1 with a seat 2, connected by the upper part of the sleeve 3 to the tubing string 4, a hollow plunger 5, placed in the cylinder 1 with the formation of a plunger chamber 6 and connected to the rod string 7 having a stop 8 , a discharge valve 9, movably located on the column of rods 7 between the stop 8 and the plunger 5 and made annular, with a diameter greater than the diameter of the plunger 5, a suction valve 10 that communicates the plunger chamber 6 with the downhole space 11. Suction The pressure valve 10 is equipped with a pusher 12, which is rigidly connected to the column of rods 7 and inserted into the plunger 5 with the possibility of longitudinal movement limited from above by the outer protrusion 13 of the pusher 12, and from the bottom by a suction valve 10 that overlaps the cavity 14 of the plunger 5 when moving up. In addition, the discharge valve 9 is equipped with an additional cylinder 15 of smaller diameter, and the rod string 7 is equipped with an additional plunger 16 of a smaller diameter inserted into the additional cylinder 15 to provide sealing during the reciprocating stroke of the plunger 5 in the cylinder 1. For a reliable and tight fit of the discharge valve 9 into the saddle 2 when working in highly deviated (more than 75 ° from the vertical) or horizontal wells 17 (shown conditionally) the discharge valve 9 can be protected from displacement from the axis of the cylinder 1 with the help of a center tori 18 installed on the auxiliary cylinder 15 and / or discharge valve 9 (not shown).

Описываемый насос работает следующим образом.The described pump operates as follows.

В скважину 17 на колонне труб 4 спускают цилиндр 1 с седлом 2 в необходимый интервал установки. Затем в колонну труб 2 на колонне штанг 7 спускают плунжер 5 с толкателем 12, клапаном 10 и клапаном 9 до входа плунжера 5 в цилиндр 1 под действием веса колонны штанг 7 и при помощи упора 8, опирающегося сверху на нагнетательный клапан 9. Спуск колонны штанг 7 осуществляют до взаимодействия нагнетательного клапана 9 с седлом 2 цилиндра 1, что отмечается на индикаторе веса (не показан) на устье скважины 17 снижением веса колонны штанг 7. После чего на устье скважины колонну штанг 7 присоединяют к приводу (например, станок-качалка или цепной привод - не показан), который придает колонне штанг 7 возвратно-поступательное движение, передающееся через толкатель 12 на плунжер 5. При перемещении колонны штанг 7 вверх относительно цилиндра 1 всасывающий клапан 10 перекрывает полость 14 плунжера 5 и тянет его вверх за колонной штанг 7. В результате в надплунжерной камере 6 создается избыточное давление по отношению к столбу жидкости (например, вязкой нефти), находящемуся в колонне труб 4. Нагнетательный клапан 9 под действием перепада давлений открывается - поднимается над седлом 2 цилиндра 1, и жидкость из надплунжерной камеры 6 поступает в колонну труб 4. Во время своего подъема нагнетательный клапан 9 с дополнительным цилиндром 15 перемещается под собственным весом вниз относительно дополнительного плунжера 16 и колонны штанг 7, которые перемещаются вверх, оставляя зазор между нагнетательным клапаном 9 и седлом 2 достаточный для перетока жидкости из надплунжерной камеры 6 в колонну труб 4 с минимальным сопротивлением. При перемещении колонны штанг 7 вниз относительно цилиндра 1 нагнетательный клапан 9 под действием собственного веса и плотной посадки дополнительного плунжера 16 в дополнительном цилиндре 15 вместе с колонной штанг 7 принудительно опускается к седлу 2 цилиндра 1 и закрывается, перекрывая сообщение между колонной труб 4 и надплунжерной камерой 6 и дополнительно прижимаясь к седлу 2 при помощи столба жидкости в колонне труб 4. Одновременно всасывающий клапан 10 перемещается вниз вместе с толкателем 12 и плунжером 5. Затем под действием создаваемого разряжения в надплунжерной камере 6 плунжер 5 останавливается, а всасывающий клапан 10 с колонной штанг 7 перемещается вниз и принудительно открывает полость 14 плунжера 5, сообщая надплунжерную камеру 6 с внутрискважинным пространством 11. После чего наружный выступ 13 толкателя 12 упирается в плунжер 5 (например, через упор-центратор 19) и перемещает его с колонной штанг 7 вниз относительно цилиндра 1. Скважинная жидкость через полость 14 плунжера 5 снизу цилиндра 1 перетекает в надплунжерную камеру 6, заполняя ее. Далее возвратно-поступательное перемещение колонны штанг 7 продолжается. В результате вязкая нефть по колонне труб 4 поднимается на поверхность (не показана).A cylinder 1 with a saddle 2 is lowered into a well 17 on a pipe string 4 in the required installation interval. Then, a plunger 5 with a pusher 12, a valve 10 and a valve 9 is lowered into the pipe string 2 on the rod string 7 until the plunger 5 enters the cylinder 1 under the influence of the weight of the rod string 7 and with the aid of an abutment 8 resting on the discharge valve 9. The descent of the rod string 7 is carried out before the pressure valve 9 interacts with the seat 2 of the cylinder 1, which is indicated on the weight indicator (not shown) at the wellhead 17 by reducing the weight of the rod string 7. Then, at the wellhead, the rod string 7 is connected to the actuator (for example, a rocking machine or chain drive - no pok zan), which gives the column of rods 7 a reciprocating movement transmitted through the pusher 12 to the plunger 5. When moving the column of rods 7 upward relative to cylinder 1, the suction valve 10 closes the cavity 14 of the plunger 5 and pulls it up behind the column of rods 7. As a result, over the plunger chamber 6 creates excessive pressure in relation to a column of liquid (for example, viscous oil) located in the pipe string 4. Pressure valve 9 opens under the action of a differential pressure - rises above the seat 2 of cylinder 1, and the liquid from of the plunger chamber 6 enters the pipe string 4. During its lifting, the pressure valve 9 with the additional cylinder 15 moves under its own weight downward relative to the additional plunger 16 and the rod string 7, which move upward, leaving a gap between the pressure valve 9 and the seat 2 sufficient for overflow fluid from the supra-plunger chamber 6 into the pipe string 4 with minimal resistance. When moving the column of rods 7 downward relative to cylinder 1, the discharge valve 9 under the influence of its own weight and tight fit of the additional plunger 16 in the additional cylinder 15 together with the column of rods 7 is forcibly lowered to the seat 2 of the cylinder 1 and closes, blocking the message between the pipe string 4 and the plunger chamber 6 and additionally pressing against the seat 2 using a column of liquid in the pipe string 4. At the same time, the suction valve 10 moves down together with the pusher 12 and the plunger 5. Then, under the action, of the discharge in the plunger chamber 6, the plunger 5 stops, and the suction valve 10 with the rod string 7 moves down and forcibly opens the cavity 14 of the plunger 5, communicating the plunger chamber 6 with the downhole space 11. After that, the outer protrusion 13 of the pusher 12 abuts the plunger 5 (for example , through the stop-centralizer 19) and moves it with the rod string 7 downward relative to the cylinder 1. The well fluid through the cavity 14 of the plunger 5 from the bottom of the cylinder 1 flows into the above-plunger chamber 6, filling it. Next, the reciprocating movement of the rod string 7 continues. As a result, viscous oil rises to the surface (not shown) along the pipe string 4.

Благодаря принудительному закрытию и открытию клапанов 9 и 10 возможность их выхода из строя (не герметичного закрывания или не открывания из-за всплытия и/или залипания) снижается до трех раз (что было выявлено при стендовых испытаниях).Due to the forced closing and opening of valves 9 and 10, the possibility of their failure (not tight closing or not opening due to ascent and / or sticking) is reduced up to three times (which was revealed during bench tests).

Использование для герметизации подвижного соединения между колонной штанг 7 и нагнетательным клапаном 9 при помощи дополнительных плунжера 16 и цилиндра 15 из-за унификации со стандартными типоразмерами удешевляет изготовление насоса и делает это соединение надежным, так как ресурс плунжеров 5 и 16 и цилиндров 1 и 15 сопоставим.Using for sealing the movable connection between the column of rods 7 and the discharge valve 9 with the help of additional plunger 16 and cylinder 15 due to unification with standard sizes reduces the cost of manufacturing a pump and makes this connection reliable, since the life of the plungers 5 and 16 and cylinders 1 and 15 is comparable .

При необходимости проведения ремонтных работ (до 95% случаев из-за выхода из строя клапанов 9, 10) или при плановом обслуживании насоса из скважины извлекают на колоне штанг 7 дополнительный плунжер 16, плунжер 5 с толкателем 13 и клапанами 9 и 10 при помощи наружного выступа 13, упирающегося в клапан 9 снизу. При этом поднятие цилиндра 1 с колонной труб 4 не обязательно, что убыстряет, упрощает и удешевляет ремонтные работы и/или плановое обслуживание скважинного насоса.If it is necessary to carry out repair work (up to 95% of cases due to the failure of valves 9, 10) or during scheduled maintenance of the pump, an additional plunger 16, plunger 5 with a pusher 13 and valves 9 and 10 are removed from the borehole column 7 using an external protrusion 13, abutting against the valve 9 from the bottom. At the same time, raising the cylinder 1 with the pipe string 4 is not necessary, which speeds up, simplifies and cheapens the repair work and / or scheduled maintenance of the well pump.

Таким образом, предлагаемый скважинный штанговый насос для добычи вязкой нефти надежен в работе из-за принудительно закрывающихся и открывающихся нагнетательного и всасывающего клапанов и из-за использования дополнительных плунжера и цилиндра для герметизации подвижного соединения, прост обслуживании и за счет возможности подъема при ремонте и/или обслуживании только плунжера со всеми клапанами и ограничителем хода и может быть использован при работе в скважинах со сложным профилем.Thus, the proposed borehole sucker rod pump for reliable production of oil is reliable due to forced closing and opening of the discharge and suction valves and due to the use of additional plunger and cylinder to seal the movable joint, easy maintenance and due to the possibility of lifting during repair and / or servicing only a plunger with all valves and a stroke limiter and can be used when working in wells with a complex profile.

Claims

A viscous oil well sucker rod pump comprising a cylinder with a saddle connected with the top to a tubing string, a plunger placed in the cylinder to form a superplunger chamber and connected to a rod string having a stop, a discharge valve movably located on the rod string between emphasis and a plunger and made annular with a diameter greater than the diameter of the plunger, and a suction valve communicating nadplunger chamber with the downhole space, characterized in that the plunger is made n hollow, the suction valve is equipped with a pusher rigidly connected to the rod string and inserted into the plunger with the possibility of longitudinal movement limited from above by the outer protrusion of the pusher, and from the bottom by a suction valve that overlaps the plunger cavity when moving upward, while the discharge valve is equipped with an additional cylinder of a smaller diameter and the rod string with an additional plunger of a smaller diameter inserted into the additional cylinder to provide sealing during the reciprocating stroke unzhera in the cylinder.