RU2555432C1

RU2555432C1 - Well sucker-rod pump

Info

Publication number: RU2555432C1
Application number: RU2014124433/06A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Бычков; Александр Викторович Мосин; Роман Михайлович Полежаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭЛКАМ-нефтемаш"
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-07-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: suction valve shutoff element is shaped to hemisphere secured at the rod sliding in guide bushes. Pressure valve shutoff element us shaped to hemisphere rigidly secured at the pin engaged with said rod. Pressure valve seat is arranged at plunger sliding along pin axis. Centering skid is arranged at the pin end.

EFFECT: higher efficiency and reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к производству скважинного оборудования, может быть использовано для скважинной добычи нефти с применением вставных штанговых насосов.The invention relates to the production of downhole equipment, can be used for downhole oil production using plug-in sucker rod pumps.

Известен вставной скважинный штанговый насос с управляемыми клапанами по патенту РФ на изобретение №2201531, F04B 47/00, 2003, содержащий цилиндр, плунжеры, всасывающий клапан, колонну насосных штанг. Цилиндр насоса выполнен подвижным и снабжен управляемым нагнетательным клапаном. В цилиндре расположены подвижный и неподвижный плунжеры. Подвижный плунжер нижним концом соединен с седлом всасывающего клапана. Ограничитель хода подвижного плунжера соединен тягой с всасывающим клапаном. Недостатком является невысокая эффективность работы насоса из-за недостаточной наполняемости камеры нагнетания, связанной с необходимостью подъема объемного подвижного плунжера под действием разрежения в подвижном цилиндре.Known plug-in sucker rod pump with controlled valves according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2201531, F04B 47/00, 2003, containing a cylinder, plungers, a suction valve, a column of sucker rods. The pump cylinder is movable and equipped with a controllable discharge valve. In the cylinder are movable and fixed plungers. A movable plunger with a lower end is connected to the seat of the suction valve. The stroke limiter of the movable plunger is connected by a rod to the suction valve. The disadvantage is the low efficiency of the pump due to insufficient filling of the discharge chamber, associated with the need to raise the volumetric movable plunger under the action of vacuum in the movable cylinder.

Известен штанговый насос с управляемыми клапанами для добычи высоковязкой нефти по патенту РФ на изобретение №2211374, F04B 47/00, 2003. Насос содержит всасывающий клапан, плунжер, нагнетательный шток-клапан с толкателем. Цилиндр поджат пружиной и выполнен с возможностью осевого перемещения внутри кожуха, соединенного с колонной труб. Всасывающий клапан состоит из седла, выполненного в цилиндре, и запорного элемента с проходными каналами кожуха. Недостатком является невысокая надежность насоса, связанная со сложностью конструкции, с использованием пружин, которые в результате постоянных нагрузок в скважине теряют свои свойства.Known sucker-rod pump with controlled valves for the extraction of highly viscous oil according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2211374, F04B 47/00, 2003. The pump contains a suction valve, plunger, pressure rod valve with a pusher. The cylinder is spring-loaded and axially movable inside a casing connected to a pipe string. The suction valve consists of a seat made in the cylinder and a locking element with passage channels of the casing. The disadvantage is the low reliability of the pump, associated with the complexity of the design, using springs, which as a result of constant loads in the well lose their properties.

В качестве ближайшего аналога заявляемому изобретению выбрано техническое решение по патенту РФ на изобретение №2462616, F04B 47/00, 2012. Глубинный штанговый насос содержит цилиндр, плунжер, узел всасывающего клапана и нагнетательный шток-клапан, жестко соединенный с колонной штанг через толкатель. Нагнетательный шток-клапан выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри плунжера. В состав узла всасывающего клапана входит шарик с седлом. Нагнетательный шток-клапан установлен с возможностью контактирования с плунжером по скошенной под углом 40-50° к оси насоса поверхности. Недостаточная эффективность работы насоса связана с возможностью открытия нагнетательного клапана только перемещением шток-клапана внутри плунжера. В ходе работы шток-клапана возможен перекос конической тарели нагнетательного клапана по отношению к скошенной поверхности плунжера. Отсутствие центрирующих элементов штока также может привести к его перекосу, неполному закрытию клапана, к снижению коэффициента наполнения насоса, к снижению надежности его работы и КПД.As the closest analogue to the claimed invention, the technical solution according to the RF patent for the invention No. 2462616, F04B 47/00, 2012 is selected. The deep-well sucker-rod pump comprises a cylinder, a plunger, a suction valve assembly and a discharge rod-valve rigidly connected to the rod string through a pusher. The discharge valve stem is made with the possibility of limited axial movement inside the plunger. The suction valve assembly includes a ball with a seat. The discharge rod-valve is installed with the possibility of contacting the plunger along a surface chamfered at an angle of 40-50 ° to the axis of the pump. The lack of efficiency of the pump is associated with the possibility of opening the discharge valve only by moving the stem valve inside the plunger. During the operation of the stem valve, it is possible that the conical plate of the discharge valve is skewed with respect to the tapered surface of the plunger. The lack of centering elements of the stem can also lead to its distortion, incomplete closing of the valve, to a decrease in the fill factor of the pump, to a decrease in the reliability of its operation and efficiency.

Технической задачей заявляемого изобретения является улучшение эксплуатационных свойств скважинного штангового насоса.The technical task of the invention is to improve the operational properties of a borehole sucker rod pump.

Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности работы насоса.The technical result is to increase the efficiency and reliability of the pump.

Технический результат достигается тем, что в скважинном штанговом насосе, содержащем цилиндр, шток, плунжер, узел всасывающего клапана, узел нагнетательного клапана, согласно изобретению запорный элемент всасывающего клапана выполнен в виде полусферы, закрепленной на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках, запорный элемент нагнетательного клапана выполнен в виде полусферы, жестко закрепленной на цапфе, соединенной со штоком, седло нагнетательного клапана установлено на плунжере, плунжер выполнен с возможностью перемещения вдоль оси цапфы, на конце цапфы установлен центратор.The technical result is achieved by the fact that in a borehole sucker rod pump comprising a cylinder, a rod, a plunger, a suction valve assembly, a discharge valve assembly, according to the invention, the shut-off element of the suction valve is made in the form of a hemisphere mounted on a rod movably mounted in the guide bushings, the shut-off element of the discharge the valve is made in the form of a hemisphere rigidly fixed on a trunnion connected to the stem, the seat of the discharge valve is mounted on the plunger, the plunger is made with the possibility of shifting along the axis of the trunnion, a centralizer is installed at the end of the trunnion.

Технический результат обеспечивается за счет того, что запорный элемент всасывающего клапана выполнен в виде полусферы, закрепленной на стержне, подвижно установленном в направляющих втулках. Использование в скважинном насосе данного клапана позволяет обеспечить запорному элементу всасывающего клапана направленное движение, что исключает хаотичные удары запорного элемента о седло, снижая риск его повреждения и увеличивая срок службы клапана и насоса в целом. За счет движения запорного органа по направляющей при каждом открытии клапана на него действуют силы трения между стенками стержня и направляющих втулок и силы инерции направленного движения, что позволяет несколько увеличить проходное сечение и улучшить динамику потока. Это в свою очередь приводит к возможности уменьшения числа ходов штока, к снижению энергозатрат на привод и повышает КПД насоса. Увеличение проходного сечения всасывающего клапана позволяет закачать больший объем скважинного продукта в приемную камеру насоса.The technical result is ensured due to the fact that the shut-off element of the suction valve is made in the form of a hemisphere mounted on a rod movably mounted in the guide bushings. The use of this valve in the borehole pump allows the shut-off element of the suction valve to provide directional movement, which eliminates the chaotic impact of the shut-off element on the seat, reducing the risk of damage and increasing the life of the valve and the pump as a whole. Due to the movement of the locking element along the guide, at each valve opening, friction forces act on it between the walls of the rod and the guide bushes and the inertia forces of the directional movement, which allows to slightly increase the flow area and improve flow dynamics. This in turn leads to the possibility of reducing the number of stroke of the rod, to reduce energy consumption for the drive and increases the efficiency of the pump. The increase in the cross section of the suction valve allows you to pump a larger volume of the borehole product into the intake chamber of the pump.

Запорный элемент нагнетательного клапана выполнен в виде полусферы, жестко закрепленной на цапфе, соединенной со штоком, седло нагнетательного клапана установлено на плунжере. Данное конструктивное исполнение нагнетательного клапана позволяет открывать его принудительно, используя эффективно весь ход плунжера вниз, и закачивать в камеру нагнетания весь объем продукта, находящегося в приемной камере. При этом и жидкость, и газ свободно перетекают в колонну насосных труб, чему способствует и выполнение запорного органа в виде полусферы. Тогда как при обычном клапане «седло-шар» под действием столба жидкости клапан открывается в нижней точке, дойдя до жидкости в приемной камере, после сжатия газа, выделяющегося из продукта. Таким образом, повышается коэффициент наполнения насоса и повышается его КПД.The shut-off element of the discharge valve is made in the form of a hemisphere, rigidly fixed on a pin connected to the stem, the seat of the discharge valve is mounted on the plunger. This design of the discharge valve allows you to open it forcibly, using effectively the entire stroke of the plunger down, and pump into the discharge chamber the entire volume of the product located in the receiving chamber. At the same time, both liquid and gas flow freely into the column of pumping pipes, which is also facilitated by the implementation of the locking element in the form of a hemisphere. Whereas with a conventional “saddle-ball” valve, under the action of a liquid column, the valve opens at a lower point, reaching the liquid in the receiving chamber, after the gas released from the product is compressed. Thus, the filling coefficient of the pump increases and its efficiency increases.

Установление седла нагнетательного клапана на плунжере и выполнение плунжера с возможностью свободного перемещения вдоль оси цапфы, расположенной внутри, позволяет значительно увеличить «полезный» ход плунжера, при этом само расстояние перемещения не изменяется. При ходе плунжера вниз за счет свободы передвижения плунжера по цапфе открывается полость для перехода скважинного продукта из приемной камеры в нагнетательную. Это позволяет гарантированно открыть нагнетательный клапан. Таким образом, «полезный» ход плунжера насоса увеличивается, повышая коэффициент наполнения насоса. Установка центратора на конце цапфы позволяет наряду с направляющей клеткой обеспечивать движение штока, цапфы и запорного органа нагнетательного клапана без перекоса вдоль оси насоса. Это обеспечивает полное плотное закрытие клапана и повышает надежность работы скважинного штангового насоса.The installation of the seat of the discharge valve on the plunger and the execution of the plunger with the possibility of free movement along the axis of the trunnion located inside, can significantly increase the "useful" stroke of the plunger, while the distance of movement itself does not change. When the plunger moves down due to the freedom of movement of the plunger along the trunnion, a cavity opens for the borehole product to move from the receiving chamber to the injection chamber. This ensures that the discharge valve is guaranteed to open. Thus, the “useful” stroke of the pump plunger increases, increasing the pump filling factor. The installation of a centralizer at the end of the trunnion allows, along with the guide cage, to ensure the movement of the stem, trunnion and shut-off element of the discharge valve without distortion along the pump axis. This ensures complete tight closure of the valve and increases the reliability of the downhole sucker rod pump.

На фигуре представлен общий вид скважинного штангового насоса.The figure shows a General view of a downhole sucker rod pump.

Скважинный штанговый насос содержит корпус 1 с цилиндром 2, шток 3, установленный внутри корпуса 1 и соединенный с цапфой 4, плунжер 5, коаксиально установленный с цапфой 4, направляющую клетку 6, узел нагнетательного клапана, содержащий полусферический запорный элемент 7, установленный на цапфе 4, и седло 8, соединенное с плунжером 5, узел всасывающего клапана, содержащий полусферический запорный элемент 9, закрепленный на стержне 10, и седло 11. Стержень 10 свободно установлен обоими концами в направляющих втулках 12. За узлом всасывающего клапана расположена приемная камера 13, за узлом нагнетательного клапана расположена нагнетательная камера 14. Насос снабжен узлом 15 для соединения с колонной насосных труб. Для центрирования штока 3 в насосе выполнена направляющая клетка 16 с окнами 17 для прохода жидкости и центратор 18, закрепленный на цапфе 4.The downhole sucker rod pump comprises a housing 1 with a cylinder 2, a stem 3 mounted inside the housing 1 and connected to a pin 4, a plunger 5 coaxially mounted with a pin 4, a guide cage 6, a discharge valve assembly comprising a hemispherical shut-off element 7 mounted on a pin 4 and a seat 8 connected to the plunger 5, a suction valve assembly comprising a hemispherical locking element 9 fixed to the shaft 10, and a seat 11. The shaft 10 is freely mounted at both ends in the guide sleeves 12. Behind the suction valve assembly p found on the rear receiving chamber 13, the discharge valve assembly of the discharge chamber 14 is provided with a pump unit 15 for connection to a pump column pipe. To center the rod 3 in the pump, a guide cage 16 with windows 17 for the passage of fluid and a centralizer 18 mounted on a pin 4 are made.

Скважинный штанговый насос работает следующим образом.Downhole sucker rod pump operates as follows.

После спуска скважинного штангового насоса в скважину на колонне насосных штанг осуществляют возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг. При ходе штока 3, соединенного с колонной насосных штанг, и ходе плунжера 5 вверх в приемной камере 13 создается разрежение. Под действием разрежения открывается всасывающий клапан, при этом происходит движение стержня 10 внутри направляющих втулок 12. Между запорным полусферическим элементом 9 и седлом 11 образуется зазор, в который поступает скважинный продукт. Скважинный продукт, содержащий жидкость и газ, поступает в приемную камеру 13. При ходе штока 3 вниз всасывающий клапан закрывается, принудительно открывается нагнетательный клапан. При этом полусферический запорный элемент 7 перемещается на цапфе 4, образуя зазор с седлом 8. Плунжер 5 под действием давления жидкости и силы трения о внутреннюю поверхность цилиндра 2 перемещается вверх вдоль цапфы 4 на величину хода 13,75 м. Ход плунжера 5 вдоль цапфы 4 ограничен торцом направляющей клетки 6 с одной стороны и полусферой запорного элемента 7 нагнетательного клапана с другой стороны. Данной величины хода плунжера достаточно для перетока скважинной жидкости вместе с газом из приемной камеры 13 в камеру нагнетания 14 при открытом нагнетательном клапане. При следующем ходе штока 3 вверх скважинный продукт поступает в трубу НКТ через отверстия 17 в направляющей клетке 16. Клетка 16 и центратор 18 предназначены для центрирования штока 3 скважинного насоса при его возвратно-поступательном движении. Это наряду с выполнением запорных органов обоих клапанов в виде полусфер, и установкой одной полусферы на центрально расположенной цапфе 4, другой - на направляющем стержне 10 предотвращает перекос запорных органов и неполное открытие клапанов насоса. Выполнение плунжера 5 с возможностью свободного его перемещения вдоль цапфы 4 повышает наполняемость насоса.After the downhole sucker rod pump is lowered into the well, the sucker rod string is driven back and forth by the sucker rod string. During the course of the rod 3, connected to the column of pump rods, and the course of the plunger 5 upward, a vacuum is created in the receiving chamber 13. Under the action of rarefaction, the suction valve opens, while the rod 10 moves inside the guide bushings 12. Between the hemispherical shut-off element 9 and the seat 11, a gap is formed into which the well product enters. The downhole product containing liquid and gas enters the intake chamber 13. When the rod 3 moves downward, the suction valve closes and the pressure valve is forcibly opened. When this hemispherical locking element 7 moves on the pin 4, forming a gap with the seat 8. The plunger 5 under the influence of fluid pressure and friction against the inner surface of the cylinder 2 moves up along the pin 4 by a stroke of 13.75 m. The stroke of the plunger 5 along the pin 4 limited by the end face of the guide cage 6 on the one hand and the hemisphere of the shut-off element 7 of the discharge valve on the other hand. This value of the plunger stroke is sufficient for the flow of the borehole fluid together with the gas from the receiving chamber 13 into the discharge chamber 14 with the discharge valve open. In the next stroke of the rod 3 up the well product enters the tubing through the holes 17 in the guide cell 16. Cell 16 and the centralizer 18 are designed to center the rod 3 of the well pump during its reciprocating motion. This, along with the execution of the locking bodies of both valves in the form of hemispheres, and the installation of one hemisphere on the centrally located pin 4, the other on the guide rod 10 prevents the distortion of the locking bodies and incomplete opening of the pump valves. The execution of the plunger 5 with the possibility of its free movement along the pin 4 increases the filling of the pump.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективности и надежность работы насоса.Thus, the invention improves the efficiency and reliability of the pump.

Claims

A well sucker rod pump comprising a cylinder, a rod, a plunger, a suction valve assembly, a discharge valve assembly, characterized in that the shut-off element of the suction valve is made in the form of a hemisphere mounted on a rod movably mounted in the guide bushings, the shut-off element of the discharge valve is made in the form of a hemisphere rigidly fixed on the pin, the pin is connected to the stem, the discharge valve seat is mounted on the plunger, the plunger is made to move along the axis of the pin, at the end of the pin is installed centralized.