RU2728114C1

RU2728114C1 - Downhole pumping unit

Info

Publication number: RU2728114C1
Application number: RU2019136239A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Эдуард Олегович Тимашев; Юрий Халифович Кутлуяров; Александр Олегович Борисов
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-07-28

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.SUBSTANCE: invention relates to production of oil and, in particular, to installations of borehole sucker-rod pumps. Downhole sucker-rod pump unit comprises wellhead accessories, a string of pump pipes and a rod, bottom-hole sucker-rod pump. Wellhead spherical pneumatic compensator is arranged on the wellhead reinforcement flowline and installed in sealed heat-insulated from the environment chamber. Inside the chamber pit is drilled with depth exceeding depth of ground freezing. Working chamber of the air compensator is hydraulically connected to the well flushing line by means of quick-detachable connections. Bearing case of pneumatic compensator is installed on flange of pipe by means of screw with possibility of adjusting height of bearing case. Pipe is cemented in pit, depth of which exceeds depth of soil freezing, and has perforated holes in upper part of pipe, above ground surface.EFFECT: technical result is reduction of metal consumption, simplification of assembly and improvement of stability due to combination of support functions and adjustment in single unit, higher efficiency of pneumatic compensator due to reduction of heated volume.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти и, в частности, к установкам скважинных штанговых насосов.The invention relates to oil production techniques and, in particular, to installations of downhole sucker rod pumps.

Известна штанговая насосная установка, содержащая насос, колонны насосных труб и штанг, компенсатор, выполненный в виде патрубка, коаксиально установленного относительно колонны насосных труб и образующего с ней камеру, сообщающуюся с внутренней полостью насосных труб через отверстия в насосной трубе, причем компенсатор содержит эластичную перегородку, закрепленную на насосной трубе концентрично и разделяющую камеру на две части так, что отверстия находятся во внутренней части камеры, а внизу наружной части камеры выполнен обратный клапан, имеющий два взаимно перпендикулярных сообщающихся канала, один из которых параллелен оси компенсатора и содержит шар с седлом, а другой канал перпендикулярен ей и закрыт пробкой (RU 2418941 от 12.01.2010).Known sucker rod pumping unit containing a pump, a string of pumping pipes and rods, a compensator made in the form of a pipe coaxially installed relative to the string of pumping pipes and forming a chamber with it communicating with the inner cavity of the pumping pipes through holes in the pumping pipe, and the compensator contains an elastic partition , fixed on the pump pipe concentrically and dividing the chamber into two parts so that the holes are in the inner part of the chamber, and a check valve is made at the bottom of the outer part of the chamber, which has two mutually perpendicular communicating channels, one of which is parallel to the axis of the compensator and contains a ball with a seat, and the other channel is perpendicular to it and closed with a stopper (RU 2418941 from 12.01.2010).

Недостатком указанного технического решения является небольшой объем рабочей камеры, не полностью обеспечивающий сглаживание пульсаций жидкости в подъемном лифте вследствие ограниченного поперечного сечения скважины.The disadvantage of this technical solution is the small volume of the working chamber, which does not completely provide smoothing of fluid pulsations in the lift due to the limited cross-section of the well.

Наиболее близкой по конструкции известна установка скважинного штангового насоса, которая включает в себя наземное оборудование, к которому относится станок-качалка, устьевая арматура, устьевой пневмокомпенсатор, соединенный с выкидной линией через систему рукавов, соединенных с устьевой арматурой и (насосно-компрессорные трубы) НКТ, скважина (шурф) для подачи тепла из-под земли, пружинный предохранительный клапан, металлическая решетка, изолирующая камера, утеплитель и подземное оборудование, включающее колонну насосных труб, колонну штанг, глубинный насос. Устьевой пневмокомпенсатор состоит из нижней и верхней полусфер, которые скреплены между собой шпильками. Шарообразная рабочая камера содержит эластичную диафрагму. На верхнюю полусферу крепится крышка с помощью болтов. На крышке установлены вентиль для закачки воздуха в диафрагму, манометр для наблюдения давления газа в диафрагме и колпак для защиты от повреждений клапана манометра, который крепится к крышке с помощью болтов. Компенсатор установлен на специальной стойке, которая позволяет жестко монтировать его к земле, при этом обеспечивая соединения с устьем скважины. В нижней части диафрагмы установлен стабилизатор. Стабилизатор крепится к сердечнику с помощью болта (RU 2655485 от 28.05.2018).The closest in design is the known installation of a downhole sucker rod pump, which includes surface equipment, which includes a pumping unit, wellhead equipment, a wellhead pneumatic compensator connected to the flow line through a system of sleeves connected to the wellhead equipment and (tubing) tubing , a borehole (pit) for supplying heat from underground, a spring-loaded safety valve, a metal grid, an insulating chamber, insulation and underground equipment, including a pump string, a rod string, a submersible pump. The wellhead pneumatic compensator consists of the lower and upper hemispheres, which are fastened together with pins. The spherical working chamber contains an elastic diaphragm. The cover is attached to the upper hemisphere with bolts. The cover is equipped with a valve for pumping air into the diaphragm, a manometer for monitoring the gas pressure in the diaphragm, and a cap to protect the pressure gauge valve from damage, which is attached to the cover with bolts. The compensator is mounted on a special stand that allows it to be rigidly mounted to the ground while providing connections to the wellhead. A stabilizer is installed at the bottom of the diaphragm. The stabilizer is attached to the core with a bolt (RU 2655485 dated May 28, 2018).

Недостатком указанного технического решения является повышенная металлоемкость, низкая устойчивость узла компенсатора в условиях вибрации и сложность размещения при монтаже на устье скважины.The disadvantage of this technical solution is the increased metal consumption, low stability of the compensator unit under vibration conditions and the complexity of placement during installation at the wellhead.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы с одновременным увеличением простоты монтажа.The objective of the invention is to improve the efficiency of work with a simultaneous increase in ease of installation.

Поставленная задача решается тем, что скважинная штанговая насосная установка содержит устьевую арматуру, колонну насосных труб и штанг, глубинный штанговый насос, устьевой сферический пневмокомпенсатор, размещенный на выкидной линии устьевой арматуры скважины и установленный в герметичной теплоизолированной от окружающей среды камере, внутри которой пробурена скважина глубиной, превышающей глубину промерзания грунта. Новым является то, что рабочая камера пневмокомпенсатора гидравлически связана с выкидной линией скважины при помощи быстросъемных соединений, а несущий корпус установлен на фланце трубы с помощью винта. Винт, вращаясь в трубе, перемещается вверх и вниз, позволяя регулировать высоту несущего корпуса, тем самым подстраивая крепление под высоту выкидной линии, что позволяет установке подстраиваться под любое оборудование. Причем труба зацементирована в шурфе, глубина которого превышает глубину промерзания грунта, что позволяет увеличить устойчивость конструкции за счет избежания возможности выталкивания трубы из грунта под действием обледенения. Причем в верхней части трубы, выше поверхности земли, выполнены перфорационные отверстия, что позволит обеспечить выход тепла из труб.The problem is solved by the fact that the downhole sucker rod pumping unit contains wellhead fittings, a string of pumping pipes and rods, a downhole sucker rod pump, a wellhead spherical pneumatic compensator located on the flow line of the wellhead equipment and installed in a sealed chamber, insulated from the environment, inside which a well is drilled with a depth exceeding the depth of soil freezing. The novelty is that the working chamber of the pneumatic compensator is hydraulically connected to the flow line of the well using quick-release couplings, and the supporting body is mounted on the pipe flange with a screw. The screw, rotating in the pipe, moves up and down, allowing you to adjust the height of the carrier body, thereby adjusting the mount to the height of the flow line, which allows the unit to adapt to any equipment. Moreover, the pipe is cemented in a pit, the depth of which exceeds the depth of freezing of the soil, which makes it possible to increase the stability of the structure by avoiding the possibility of pushing the pipe out of the ground under the influence of icing. Moreover, in the upper part of the pipe, above the surface of the earth, perforations are made, which will allow heat to escape from the pipes.

Причем, установка винта внутри трубы позволяет совместить функции опоры и регулировки в едином узле, тем самым позволив уменьшить объем теплозащитной камеры за счет уменьшения площади необходимой изоляции, тем самым уменьшить металлоемкость, и увеличить эффективность работы за счет снижения прогреваемого объема. Также применение быстросъемных соединений позволит ускорить и упростить процесс монтажа.Moreover, the installation of a screw inside the pipe allows you to combine the functions of support and adjustment in a single unit, thereby allowing to reduce the volume of the heat-shielding chamber by reducing the area of the required insulation, thereby reducing the metal consumption, and increasing the efficiency of work by reducing the heated volume. Also, the use of quick-release couplings will speed up and simplify the installation process.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид скважинной штанговой насосной установки с устьевым пневмокомпенсатором, на фиг. 2 - увеличенный вид пневмокомпенсатора с линиями соединений.FIG. 1 schematically shows a general view of a downhole sucker rod pumping unit with a wellhead pneumatic compensator, FIG. 2 is an enlarged view of the pneumatic compensator with connection lines.

Скважинная штанговая насосная установка (фиг. 1, 2), содержащая наземное оборудование, к которому относится станок-качалка 1, устьевая арматура 2, устьевой пневмокомпенсатор 3, соединенный последовательно с выкидной линией 4 и глубинное оборудование, включающее глубинный штанговый насос 5, колонну штанг 6, колонну насосных труб 7.Downhole sucker rod pumping unit (Fig. 1, 2), containing surface equipment, which includes the pumping unit 1, wellhead equipment 2, wellhead pneumatic compensator 3 connected in series with the flow line 4 and downhole equipment, including a deep sucker rod pump 5, a rod string 6, pumping string 7.

Устьевой пневмокомпенсатор 3 выполнен в виде сферы, внутри которой расположена гибкая диафрагма 8, разделяющая камеру на два рабочих объема, с закрепленным по центру плоским стабилизатором 9, ограничивающим ход рабочей части диафрагмы при перепадах давления. Верхняя часть камеры заполняется газом из расчета 0,4-0,6 от рабочего давления в выкидной линии скважины, нижняя часть соединена с выкидной линией 4. Сфера размещена на несущем корпусе 10. Для обеспечения заполнения до нужного давления в верхнем рабочем объеме и контроля в верхней части пневмокомпенсатора расположена переходная арматура 11, содержащая манометр 12, игольчатый вентиль 13, коллектор 14 для закачки-выпуска газа. Манометр 12 и арматура 11 закрыты ограждением 15 для защиты от повреждений.Wellhead pneumatic compensator 3 is made in the form of a sphere, inside of which there is a flexible diaphragm 8, dividing the chamber into two working volumes, with a flat stabilizer 9 fixed in the center, limiting the movement of the working part of the diaphragm during pressure drops. The upper part of the chamber is filled with gas at the rate of 0.4-0.6 of the working pressure in the flow line of the well, the lower part is connected to the flow line 4. The sphere is located on the supporting body 10. To ensure filling to the required pressure in the upper working volume and control in In the upper part of the pneumatic compensator there is a transition valve 11 containing a pressure gauge 12, a needle valve 13, a manifold 14 for gas injection and release. Pressure gauge 12 and fittings 11 are covered with a guard 15 to protect against damage.

Пневмокомпенсатор 3 монтируется на выкидной линии рядом с устьевой арматурой. Для совмещения с выкидной линией используются шарнирные колена с быстроразъемным соединением 16, а также регулируемое основание 17 с винтом 18, которое закрепляется на фундаменте 19, выполненном в виде трубы с фланцем, зацементированной в шурфе, глубина которого превышает глубину промерзания грунта. На фундаменте 19 выполнены перфорационные отверстия 20 для выхода теплого воздуха из шурфа. Поверх устьевогопневмокомпенсатора 3 установлен теплозащитный кожух 21.Pneumatic compensator 3 is mounted on the flow line near the wellhead. For alignment with the flow line, articulated bends with a quick-release connection 16 are used, as well as an adjustable base 17 with a screw 18, which is fixed on a foundation 19, made in the form of a pipe with a flange, cemented in a pit whose depth exceeds the depth of freezing of the soil. On the foundation 19, perforations 20 are made to allow warm air to escape from the pit. On top of the wellhead pneumatic compensator 3, a heat shield 21 is installed.

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

Во время работы станка-качалки 1 и насоса 5 при каждом цикле качания происходит рост давления в выкидной линии 4, при этом часть откачиваемой скважинной жидкости, по выкидной линии 4, через несущий корпус 10 подается в нижнюю рабочую камеру пневмокомпенсатора 3, через диафрагму 8, сжимая газ в верхней части сферы. При снижении давления происходит процесс выталкивания принятой жидкости в выкидную линию 4 за счет возврата диафрагмы 8 в исходное состояние под действием газа в верхней камере компенсатора 3. Поддержание температуры в процессе работы происходит за счет теплого воздуха, поднимающегося из грунта через фундамент 19 и далее через перфорационные отверстия 20, попадая в теплозащитный кожух 21, удерживающий тепло.During the operation of the pumping unit 1 and pump 5, at each swing cycle, the pressure in the flow line 4 rises, while part of the pumped out well fluid, along the flow line 4, through the supporting body 10 is fed into the lower working chamber of the pneumatic compensator 3, through the diaphragm 8, compressing the gas at the top of the sphere. When the pressure decreases, the process of pushing the received liquid into the flow line 4 occurs due to the return of the diaphragm 8 to its original state under the action of gas in the upper chamber of the compensator 3. The temperature is maintained during operation due to warm air rising from the ground through the foundation 19 and then through the perforation holes 20, falling into the heat-shielding casing 21, which retains heat.

Регулировка высоты производится за счет вращения винта 18 в основании 17, до совпадения быстросъемного соединения 16 с уровнем выкидной линии 4.The height is adjusted by rotating the screw 18 in the base 17, until the quick-detachable connection 16 coincides with the level of the flow line 4.

Claims

A downhole sucker rod pumping unit containing wellhead equipment, a string of pumping pipes and rods, a downhole sucker rod pump, a wellhead spherical pneumatic compensator, located on the flow line of the wellhead equipment and installed in a sealed chamber, insulated from the environment, inside which a hole was drilled with a depth exceeding the depth of the ground , characterized in that the working chamber of the pneumatic compensator is hydraulically connected to the flow line of the well using quick-detachable connections, and the supporting body of the pneumatic compensator is mounted on a screw, which in turn is mounted on the pipe using flange connections, with the possibility of adjusting the height of the said supporting body, and the said pipe cemented in a pit, the depth of which exceeds the depth of soil freezing, and has perforations in the upper part of the pipe, above the ground surface.