[go: up one dir, main page]

RU2802634C1 - Downhole pumping unit with backwash cleaning - Google Patents

Downhole pumping unit with backwash cleaning Download PDF

Info

Publication number
RU2802634C1
RU2802634C1 RU2023105754A RU2023105754A RU2802634C1 RU 2802634 C1 RU2802634 C1 RU 2802634C1 RU 2023105754 A RU2023105754 A RU 2023105754A RU 2023105754 A RU2023105754 A RU 2023105754A RU 2802634 C1 RU2802634 C1 RU 2802634C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pump
cylinder
packer
liquid
rod
Prior art date
Application number
RU2023105754A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ильнар Загфярович Нуруллин
Рустам Исламович Тагиров
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина filed Critical Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Application granted granted Critical
Publication of RU2802634C1 publication Critical patent/RU2802634C1/en

Links

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: downhole pumping unit with backwash cleaning contains a downhole pump, a sand filter with an anchor, consisting of a branch pipe with a packer, a check valve located inside and a sand filter with a container attached from below. Anchor below the outlet, but above the packer, is provided with a plate on the outside for sedimentation of sand from the liquid above. Between the check valve above the packer and the pump inlet, there is a circulation impulse valve, consisting of a cylinder with a coaxial piston with an upper rod pressed by a spring into the upper transport position, which are equipped with a common axial channel for fluid inflow from the well underpacker space to the pump. The stem is equipped with at least one side hole. The cylinder is equipped with a stepped axial cylindrical through hole. The lower cylinder of large diameter is equipped on top with at least one radial hole located above the piston. The upper cylinder is made with the possibility of interacting with the rod, closing the side hole in the transport position and opening the hole when the piston with the rod moves to the lower working position with communication of the side and radial holes. The total cross-sectional area of both the side holes and the radial holes allows to create a pulsed fluid flow with an average speed higher than the rate of settling of destructible mechanical impurities and/or asphalt-hammer-paraffin deposits. The spring force is selected based on holding the piston and rod in the transport position when the lift pipes are filled to the annulus mouth with liquid when the pump is running and providing the necessary frequency of liquid pulsations during backwashing.
EFFECT: increasing the efficiency of backwash by providing a pulsed mode of passage of the flow of process flushing fluid through the downhole pump.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к скважинным насосным установкам оснащенных пакером с очисткой обратной промывкой, позволяющей очищать установку, работающую в условиях выпадения механических примесей и/или асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) при условии отсечения верхнего объекта эксплуатации и/или нарушения негерметичности эксплуатационной (обсадной) колонны. The invention relates to the oil and gas production industry, namely to well pumping units equipped with a packer with backflushing cleaning, which allows cleaning the installation operating in conditions of precipitation of mechanical impurities and/or asphalt, resin, and paraffin deposits (ARPD) provided that the upper operating object is cut off and/or the operational leakage is broken ( casing) column.

Известна компоновка скважинного оборудования для механизированной добычи нефти с механическими примесями (патент RU № 2782663, МПК E21B 43/08, F04B 47/12, опубл. 31.10.2022 Бюл. № 31), включающая спущенные в эксплуатационную колонну, последовательно соединенные между собой колонну насосно-компрессорных труб, скважинный насос, приемный фильтр с контейнером для сбора механических примесей, обратный клапан, нижний фильтр, между фильтрами установлен пакер с возможностью разъединения полости скважины на подпакерную и надпакерную полости, отличающаяся тем, что верхняя часть оборудования с колонной насосно-компрессорных труб, скважинным насосом и приемным фильтром отсоединена от нижней части, включающей соединительно-разъединительное устройство, пакер, обратный клапан и нижний фильтр, при этом расстояние между нижней и верхней частями не менее 12-15 м, а нижний фильтр выполнен самоочищающимся.The layout of well equipment for artificial lift of oil with mechanical impurities is known (patent RU No. 2782663, IPC E21B 43/08, F04B 47/12, publ. 10.31.2022 Bulletin No. 31), including lowered into the production string, sequentially interconnected strings tubing pipes, a well pump, a receiving filter with a container for collecting mechanical impurities, a check valve, a lower filter, a packer is installed between the filters with the ability to separate the well cavity into a sub-packer and above-packer cavities, characterized in that the upper part of the equipment with a tubing string pipes, a well pump and a receiving filter is disconnected from the lower part, including a connecting and disconnecting device, a packer, a check valve and a lower filter, while the distance between the lower and upper parts is at least 12-15 m, and the lower filter is self-cleaning.

Недостатками данного оборудования являются возможность аварийных ситуаций при съеме пакера с якорем ввиду осаждения мелких фракций песка, просочившихся через дополнительный песочный якорь, подхваченных потоком жидкости и подымающийся выше пакера, большое количество изменений потока добываемой жидкости через перфорированные патрубки перед входом в насосную установку, что увеличивает сопротивление потоку и требует использования более мощных устьевых приводов (станков-качалок, цепных приводов или т.п.), что приводит к повышению энергетических затрат, при этом не исключается поступление в насосную установку с потоком жидкости мелкодисперсных фракций и АСПО, а обратная промывка постоянным потоком технической жидкостью в таком случае мало эффективна, при этом невозможно использовать установку при нарушениях целостности обсадной колонны труб выше установки пакера, снижающей эффективность работы оборудования.The disadvantages of this equipment are the possibility of emergency situations when removing a packer with an anchor due to the deposition of fine sand fractions that have leaked through an additional sand anchor, picked up by the fluid flow and rising above the packer, a large number of changes in the flow of the produced fluid through perforated pipes before entering the pumping unit, which increases resistance flow and requires the use of more powerful wellhead drives (pumping machines, chain drives, etc.), which leads to increased energy costs, while the flow of fine fractions and paraffin into the pumping unit with the liquid flow is not excluded, and backwashing is a constant flow In this case, technical fluid is of little effectiveness, and it is impossible to use the installation if the integrity of the pipe casing is damaged above the packer installation, which reduces the efficiency of the equipment.

Наиболее близким по технической сущности является скважинная насосная установка с противопесочным фильтром (патент RU № 2784705, МПК E21B 43/00, Е21В 43/02, опубл. 29.11.2022 Бюл. № 34), включающая штанговый скважинный насос, спускаемый на колонне насосно-компрессорных труб и имеющий возможность привода в действие через колонну насосных штанг, и песочный фильтр с якорем, состоящий из патрубка с пакером, расположенным внутри обратным клапаном и присоединённым снизу песчаным фильтром с контейнером, отличающаяся тем, что песочный якорь ниже выхода, но выше пакера, снаружи снабжен тарелкой для осаждения сверху песка из потока жидкости, а вход скважинного насоса расположен на расстоянии от выхода песочного фильтра, обеспечивающем минимально возможный захват песка с жидкостью, при скорости осаждения песка выше скорости потока жидкости.The closest in technical essence is a well pumping unit with an anti-sand filter (patent RU No. 2784705, MPK E21B 43/00, E21B 43/02, publ. November 29, 2022 Bulletin No. 34), including a sucker rod pump running on a pumping string. compressor pipes and having the ability to be driven through a string of sucker rods, and a sand filter with an anchor, consisting of a pipe with a packer located inside a check valve and a sand filter with a container connected below, characterized in that the sand anchor is below the outlet, but above the packer, the outside is equipped with a plate for sedimentation of sand from the liquid flow on top, and the inlet of the well pump is located at a distance from the outlet of the sand filter, ensuring the minimum possible capture of sand with liquid, when the speed of sand deposition is higher than the speed of liquid flow.

Недостатками данной установки являются не исключается поступление в насосную установку с потоком жидкости мелкодисперсных фракций и АСПО, а обратная промывка постоянным потоком технической жидкостью в таком случае мало эффективна, при этом невозможно использовать установку при нарушениях целостности обсадной колонны труб выше установки пакера, снижающей эффективность работы оборудования.The disadvantages of this installation are that fine fractions and paraffin are not excluded from entering the pumping unit with the liquid flow, and backflushing with a constant flow of technical fluid in this case is not very effective, and it is impossible to use the unit if the integrity of the pipe casing is damaged above the packer installation, which reduces the efficiency of the equipment. .

Техническим результатом предполагаемого изобретения является создание скважинной насосной установки, обеспечивающей расширение функциональных возможностей за счет работы в скважинах с нарушением целостности обсадной колонны выше пакера, а также более эффективную обратную промывку за счет использования импульсного режима прохождения потока технологической промывочной жидкости.The technical result of the proposed invention is the creation of a well pumping unit that provides expanded functionality due to operation in wells with a violation of the integrity of the casing string above the packer, as well as more effective backflushing due to the use of a pulsed flow mode of the process flushing fluid.

Техническое решение достигается скважинной насосной установкой с очисткой обратной промывкой, включающей скважинный насос, спускаемый на колонне лифтовых труб и имеющий возможность привода в действие с устья скважины, и песочный фильтр с якорем, состоящий из патрубка с пакером, расположенным внутри обратным клапаном и присоединённым снизу песочным фильтром с контейнером, причем якорь ниже выхода, но выше пакера, снаружи снабжен тарелкой для осаждения сверху песка из жидкости.The technical solution is achieved by a downhole pumping unit with backflushing cleaning, including a downhole pump, lowered on a string of lift pipes and capable of being driven from the wellhead, and a sand filter with an anchor, consisting of a branch pipe with a packer, a check valve located inside and a sand filter connected at the bottom. a filter with a container, with the anchor below the outlet but above the packer, equipped with a plate on the outside for sedimenting sand from the liquid on top.

Новым является то, что для пропуска жидкости из затрубья лифтовых труб внутрь при обратной промывке между обратным клапаном выше пакера и входом насоса расположен циркуляционный импульсный клапан, состоящий из цилиндра с поджимаемым пружиной в верхнее транспортное положение коаксиальным поршнем с верхним штоком, которые оснащены общем осевым каналом для притока жидкости из подпакерного пространства скважины к насосу, шток оснащен как минимум одним боковым отверстием, а цилиндр ступенчатым осевым сквозным цилиндрическим отверстием, причем нижний цилиндр большого диметра оснащен сверху как минимум одним радиальным отверстием, располагаемым выше поршня, а верхний цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия со штоком, перекрытия бокового отверстия в транспортном положении и открытия отверстия при перемещении поршня со штоком в нижнее рабочее положение с сообщением боковых и радиальных отверстий, суммарная площадь поперечного сечения как боковых отверстий, так и радиальных отверстий позволяет создать импульсный поток жидкости со средней скоростью выше скорости осаждения разрушаемых механический примесей и/или асфальтомолотопарафиновых отложений, при этом усилие пружины выбирается, исходя удержания в транспортном положении поршня и штока при наполненном до устья жидкостью затрубье лифтовых труб при работающем насосе и обеспечения необходимой частоты пульсаций жидкости при обратной промывке.What is new is that to pass liquid from the annulus of the lift pipes inside during backwashing, a circulation pulse valve is located between the check valve above the packer and the pump inlet, consisting of a cylinder with a coaxial piston pressed into the upper transport position by a spring with an upper rod, which are equipped with a common axial channel for the flow of fluid from the sub-packer space of the well to the pump, the rod is equipped with at least one side hole, and the cylinder is equipped with a stepped axial through cylindrical hole, and the lower cylinder of large diameter is equipped on top with at least one radial hole located above the piston, and the upper cylinder is designed to interact with a rod, closing the side hole in the transport position and opening the hole when moving the piston with the rod to the lower working position with communication between the side and radial holes, the total cross-sectional area of both the side holes and radial holes allows you to create a pulsed fluid flow with an average speed higher than the speed deposition of destructible mechanical impurities and/or asphalt-and-paraffin deposits, while the spring force is selected based on holding the piston and rod in the transport position when the annulus of the elevator pipes is filled to the mouth with liquid while the pump is running and ensuring the required frequency of liquid pulsations during backwashing.

На фиг. 1 изображена схема скважинной насосной установки с хвостовиком в продольном разрезе.In fig. Figure 1 shows a diagram of a well pumping unit with a liner in a longitudinal section.

На фиг. 2 изображен циркуляционный импульсный клапан в продольном разрезе.In fig. Figure 2 shows a pulse circulation valve in a longitudinal section.

Скважинная насосная установка (фиг. 1) с очисткой обратной промывкой включает скважинный насос 1 (показан условно), спускаемый в скважину 2 на колонне лифтовых труб 3 и имеющий возможность привода в действие с устья (не показано) скважины 2, и песочный фильтр 4 с якорем 5, состоящий из патрубка 6 с пакером 7, расположенным внутри обратным клапаном 8 и присоединённым снизу песочным фильтром 4 с контейнером 9, причем якорь 5 ниже выхода 10, но выше пакера 7, снаружи снабжен тарелкой 11 для осаждения сверху песка из жидкости. Скважинный насос 1 моет быть изготовлен в виде штангового глубинного насоса (ШГН), плунжер (не показан) которого приводится в действие устьевым приводом (станком качалкой, цепным приводом или т.п. – не показан) при помощи штанг (не показаны), героторного насоса), ротор (не показан) которого приводится в действие устьевым приводом (элетродвигателем, редуктором или т.п. – не показан) при помощи штанг (не показаны), электроцентробежного насоса (ЭЦН), ротор (не показан) которого приводится в действие погружным электродвигателем (не показан) при помощи электроэнергии, подаваемой с устья по кабелю (не показан), или любого другого глубинного насоса, пропускающего жидкости снизу вверх после остановки работы. Для пропуска жидкости из затрубья лифтовых труб 3 внутрь при обратной промывке между обратным клапаном 8 выше пакера 7 и входом насоса 12 расположен циркуляционный импульсный клапан 13. Клапан 13 (фиг. 2) состоит из цилиндра 14 с поджимаемым пружиной 15 в верхнее транспортное положение коаксиальным поршнем 16 с верхним штоком 17, которые оснащены общим осевым каналом 18 для притока жидкости пласта 19 (фиг. 1) из подпакерного пространства 20 скважины 2 к скважинному насосу 1. Шток 17 (фиг. 2) оснащен как минимум одним боковым отверстием 21, а цилиндр ступенчатым осевым сквозным цилиндрическим отверстием 22. Нижний цилиндр 23 отверстия 22 большого диметра (D1) оснащен сверху как минимум одним радиальным отверстием 24, располагаемым выше поршня 16, а верхний цилиндр 25 (с внутренним диаметром - D2) выполнен с возможностью взаимодействия со штоком 17, перекрытия бокового отверстия 21 в транспортном положении и открытия отверстия 21 при перемещении поршня 16 со штоком 17 в нижнее рабочее положение с сообщением боковых 21 и радиальных 24 отверстий. Суммарная площадь поперечного сечения как боковых отверстий 21, так и радиальных отверстий 24 позволяет создать импульсный поток жидкости со средней скоростью выше скорости осаждения разрушаемых механический примесей и/или АСПО. Скорость осаждения как минимум 85% наиболее тяжелых и опасных для скважинного насоса 1 (фиг. 1) механический примесей и/или АСПО определяют в лабораторных условиях взятием проб скважинной жидкости, поднимаемых насосом 1 на поверхность. Среднюю скорость потока жидкости через циркуляционный клапан 13 и насос 1 определяют прокачкой жидкости через них в лабораторных условиях, подавая жидкость в радиальные отверстия 24 и измеряя объем проходящей жидкости за единицу времени (обычно м3/мин, с переводом – делением на 60, в м3/с). При скорости потока ниже скорости осаждения примесей и/или АСПО, размеры и/или количество боковых 21 (фиг. 2) и радиальных 24 отверстий, что увеличивает их площадь поперечного сечения, снижает сопротивление потоку жидкости и, как следствие, увеличивает скорость потока жидкости прокачиваемая через них, до получения средней скорости потока выше скорости осаждения примесей и АСПО. Прокачкой жидкости с различной частотой пульсаций через насос 1 (фиг. 1) определяют необходимую частоту (ν), при которой наиболее эффективно разрушаются механические примеси и АСПО внутри насоса 1.The downhole pumping unit (Fig. 1) with backflushing cleaning includes a downhole pump 1 (shown conditionally), lowered into the well 2 on a string of lift pipes 3 and capable of being driven from the mouth (not shown) of the well 2, and a sand filter 4 with anchor 5, consisting of a pipe 6 with a packer 7, a check valve 8 located inside and a sand filter 4 with a container 9 attached from below, and the anchor 5 is below the outlet 10, but above the packer 7, and is externally equipped with a plate 11 for sedimenting sand from the liquid on top. Well pump 1 can be made in the form of a deep-rod pump (SRP), the plunger (not shown) of which is driven by a wellhead drive (pumping machine, chain drive, etc. - not shown) using rods (not shown), gerotor pump), the rotor (not shown) of which is driven by a wellhead drive (electric motor, gearbox, etc. - not shown) using rods (not shown), an electric centrifugal pump (ESP), the rotor (not shown) of which is driven a submersible electric motor (not shown) using electricity supplied from the wellhead via a cable (not shown), or any other deep pump that passes liquids from the bottom up after stopping operation. To pass liquid from the annulus of lift pipes 3 inside during backwashing, a circulation pulse valve 13 is located between the check valve 8 above the packer 7 and the inlet of the pump 12. The valve 13 (Fig. 2) consists of a cylinder 14 with a coaxial piston pressed by a spring 15 into the upper transport position 16 with an upper rod 17, which are equipped with a common axial channel 18 for the inflow of formation fluid 19 (Fig. 1) from the sub-packer space 20 of the well 2 to the well pump 1. The rod 17 (Fig. 2) is equipped with at least one side hole 21, and the cylinder a stepped axial through cylindrical hole 22. The lower cylinder 23 of the large diameter hole 22 (D1) is equipped on top with at least one radial hole 24 located above the piston 16, and the upper cylinder 25 (with an internal diameter of D2) is designed to interact with the rod 17, closing the side hole 21 in the transport position and opening the hole 21 when moving the piston 16 with the rod 17 to the lower working position with communication between the side 21 and radial 24 holes. The total cross-sectional area of both the side holes 21 and the radial holes 24 makes it possible to create a pulsed flow of liquid with an average speed higher than the deposition rate of destructible mechanical impurities and/or paraffin. The rate of deposition of at least 85% of the heaviest and most dangerous for well pump 1 (Fig. 1) mechanical impurities and/or paraffin is determined in laboratory conditions by taking samples of well fluid raised by pump 1 to the surface. The average speed of liquid flow through the circulation valve 13 and pump 1 is determined by pumping liquid through them in laboratory conditions, supplying liquid into the radial holes 24 and measuring the volume of passing liquid per unit of time (usually m 3 /min, converted by dividing by 60, in m 3 /s). When the flow rate is lower than the deposition rate of impurities and/or paraffin, the size and/or number of lateral 21 (Fig. 2) and radial 24 holes, which increases their cross-sectional area, reduces the resistance to fluid flow and, as a consequence, increases the pumped fluid flow rate through them, until an average flow rate is obtained that is higher than the rate of deposition of impurities and paraffin. By pumping liquid with different pulsation frequencies through pump 1 (Fig. 1), the required frequency (ν) is determined at which mechanical impurities and paraffin particles inside pump 1 are most effectively destroyed.

Минимальное усилие пружины 15 (фиг. 2) выбирается, исходя удержания в транспортном положении поршня 16 и штока 17 при наполненном до устья скважины 2 (фиг. 1) жидкостью затрубья лифтовых труб 3 при работающем насосе 1, снижающем давление внутри циркуляционного клапана 13. Для обеспечения необходимой частоты пульсаций жидкости при обратной промывке подбирают в лабораторных условиях, регулируя жесткость (коэффициент жесткости k, Н/м) пружины 15 (фиг. 2), обеспечивающую необходимую частоту пульсаций, так как частота колебаний пружинного маятника равна (без учета сил трения):The minimum force of the spring 15 (Fig. 2) is selected based on holding the piston 16 and rod 17 in the transport position when the annulus of the elevator pipes 3 is filled to the mouth of the well 2 (Fig. 1) with liquid while the pump 1 is running, reducing the pressure inside the circulation valve 13. For ensuring the required pulsation frequency of the liquid during backwashing is selected in laboratory conditions by adjusting the stiffness (stiffness coefficient k, N/m) of spring 15 (Fig. 2), which provides the required pulsation frequency, since the oscillation frequency of the spring pendulum is equal (without taking into account friction forces) :

где ν – частота пульсаций, 1/с;where ν – pulsation frequency, 1/s;

π≈3,14;π≈3.14;

k – коэффициент жесткости, Н/м;k – stiffness coefficient, N/m;

m – масса подвижных частей (поршня 16 со штоком 17), кг.m – mass of moving parts (piston 16 with rod 17), kg.

Так как при регулировке нельзя изменить массу поршня 16 со штоком 17, регулировка проводится подбором жесткости (коэффициента жесткости k, Н/м) пружины 15. Чем больше жесткость пружины 15, тем выше частота пульсаций. Возможен прямой подбор пружин 15 с различной жесткостью или использование регулировочных приставок 26 или регулировочных гаек (не показаны) – авторы на это не претендуют.Since during adjustment it is impossible to change the mass of the piston 16 with the rod 17, the adjustment is carried out by selecting the stiffness (stiffness coefficient k, N/m) of the spring 15. The greater the stiffness of the spring 15, the higher the pulsation frequency. It is possible to directly select springs 15 with different stiffnesses or use adjusting attachments 26 or adjusting nuts (not shown) - the authors do not claim this.

Конструкционные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность скважинной насосной установки, на чертежах (фиг. 1 и 2) не показаны или показаны условно.Structural elements, technological connections and seals that do not affect the performance of the well pumping unit are not shown in the drawings (Figs. 1 and 2) or are shown conditionally.

Скважинная насосная установка с очисткой обратной промывкой работает следующим образом.A downhole pumping system with backflushing treatment works as follows.

Циркуляционный клапан 13 (фиг. 2) с вставленным в осевое отверстие 22 цилиндра 14 поршнем 16 со штоком 17, который поджат вверх с отрегулированной по жесткости (например, шайбой 26) пружиной 15, соединяют со входом 12 (фиг. 1) скважинного насоса 1. В скважину 2 спускают и устанавливают выше пласта 19 и ниже нарушения (при наличии) негерметичности обсадной колонны (показана условно) скважины 2 пакер 7 с песочным фильтром 4, якорем 5, состоящий из патрубка 6 с обратным клапаном 8, и контейнером 9, причем якорь 5 ниже выхода 10, но выше пакера 7, снаружи снабжен тарелкой 11. При этом выход 10 якоря 5 снабжают замковой опорой (не показана) любой известной конструкции (авторы на это не претендуют). Снизу циркуляционный клапан 13 оснащают ниппелем (не показан) любой известной конструкции (авторы на это не претендуют) под соответствующую замковую опору якоря 5, после чего насос 1 с циркуляционным клапаном 13 спускают в скважину до герметичного взаимодействия замковой опоры якоря 5 и ниппеля циркуляционного клапана 13. Изолируют устье скважины 2 устьевой арматурой (не показана), скважинный насос 1 при помощи штанг или кабеля соединяют соответственно с устьевым приводом или блоком управления и питания и запускают в работу. На входе 12 скважинного насоса 1 при работе создается разряжение, куда поступает продукция пласта 19 из подпакерного пространства 20, проходя через песочный фильтр 4, не пропускающий крупный песок (более 0,5 мм) внутрь, который осаждается на зумпф (не показан) скважины 2, патрубок 6, обратный клапан 8, цилиндр 14 (фиг. 2) циркуляционного клапана 13, общий осевой канал 18 поршня 16 и штока 17. Причем продукция пласта в фильтре 4 сначала опускается вниз до нижнего края патрубка 6, где меняет резко направление на снизу в вверх, при этом просочившиеся в фильтр 4 механические примеси и песок по инерции из-за относительно большой массы осаждаются и собираются в контейнере 9, а мелкая взвесь песка и механических примесей с АСПО (скорость осаждения которых меньше скорости потока жидкости в фильтре 4) поднимается с потоком жидкости и осаждается в скважинном насосе 1. Продукция пласта 19 насосом 1 по колонне лифтовых труб 3 поднимается на поверхность, где собирается и отправляется на переработку (авторы на это не претендуют).The circulation valve 13 (Fig. 2) with a piston 16 inserted into the axial hole 22 of the cylinder 14 with a rod 17, which is pressed upward with a spring 15 adjusted for rigidity (for example, a washer 26), is connected to the inlet 12 (Fig. 1) of the well pump 1 In well 2, a packer 7 with a sand filter 4, an anchor 5, consisting of a branch pipe 6 with a check valve 8, and a container 9, is lowered into well 2 and installed above the formation 19 and below the violation (if any) of the leakage of the casing string (shown conditionally) of well 2, and the anchor 5 is below the outlet 10, but above the packer 7, and is equipped with a plate 11 on the outside. In this case, the outlet 10 of the anchor 5 is equipped with a locking support (not shown) of any known design (the authors do not claim this). From below, the circulation valve 13 is equipped with a nipple (not shown) of any known design (the authors do not claim this) under the corresponding locking support of the anchor 5, after which the pump 1 with the circulation valve 13 is lowered into the well until the locking support of the anchor 5 and the nipple of the circulation valve 13 are hermetically sealed. The wellhead 2 is isolated with wellhead fittings (not shown), the well pump 1 is connected using rods or a cable, respectively, to the wellhead drive or control and power unit and put into operation. At the inlet 12 of the well pump 1, during operation, a vacuum is created, where the production of the formation 19 comes from the sub-packer space 20, passing through a sand filter 4, which does not allow coarse sand (more than 0.5 mm) inside, which is deposited on the sump (not shown) of the well 2 , pipe 6, check valve 8, cylinder 14 (Fig. 2) of the circulation valve 13, common axial channel 18 of the piston 16 and rod 17. Moreover, the production of the formation in the filter 4 first drops down to the lower edge of the pipe 6, where it sharply changes direction to the bottom c upward, while mechanical impurities and sand that have leaked into filter 4, by inertia due to the relatively large mass, settle and collect in container 9, and a fine suspension of sand and mechanical impurities with paraffin (the sedimentation rate of which is less than the speed of liquid flow in filter 4) rises with the fluid flow and is deposited in the well pump 1. The production of the formation 19 by the pump 1 along the string of lift pipes 3 rises to the surface, where it is collected and sent for processing (the authors do not claim this).

Также при работающем скважинном насос создается разряжение (давление Р1) внутри цилиндра 14 (фиг. 2) циркуляционного клапана 13, создавая перепад давлений (ΔР) с давлением (Р2) снаружи цилиндра 14 (в затрубье колонны лифтовых труб 3 – фиг. 1). При этом на поршень 16 (фиг. 2) действует сила, направленная вниз:Also, when the well pump is running, a vacuum (pressure P1) is created inside the cylinder 14 (Fig. 2) of the circulation valve 13, creating a pressure difference (ΔP) with the pressure (P2) outside the cylinder 14 (in the annulus of the lift pipe string 3 - Fig. 1). In this case, a downward force acts on the piston 16 (Fig. 2):

где F – сила, действующая на поршень, Н;where F is the force acting on the piston, N;

D1 – диаметр нижнего цилиндра 23 общего отверстия 22, м;D1 – diameter of the lower cylinder 23 of the common hole 22, m;

D2 – диаметр верхнего цилиндра 25 общего отверстия 22, м;D2 – diameter of the upper cylinder 25 of the common hole 22, m;

ΔP – перепад давлений снаружи (Р2) и внутри (Р1) цилиндра 14, Н/м2.ΔP – pressure difference outside (P2) and inside (P1) cylinder 14, N/m 2 .

При этом перепад давлений (ΔP) определяют по формуле:In this case, the pressure drop (ΔP) is determined by the formula:

где ΔP – перепад давлений снаружи (Р2) и внутри (Р1) цилиндра 14, Н/м2; where ΔP is the pressure difference outside (P2) and inside (P1) cylinder 14, N/m 2 ;

Р2 – давление снаружи цилиндра 14, Н/м2;P2 – pressure outside the cylinder 14, N/ m2 ;

Р1 – давление внутри цилиндра 14, Н/м2.P1 – pressure inside the cylinder 14, N/m 2 .

Давление внутри цилиндра 14 определяется рабочими характеристиками скважинного насоса 1 (фиг. 1), а давление снаружи цилиндра 14 (фиг. 2) при работе скважинного насоса 1 (фиг. 1) уровнем жидкости в затрубье колонны лифтовых труб 3:The pressure inside the cylinder 14 is determined by the operating characteristics of the well pump 1 (Fig. 1), and the pressure outside the cylinder 14 (Fig. 2) during operation of the well pump 1 (Fig. 1) by the liquid level in the annular annulus of the tubing string 3:

где Р2 – давление снаружи цилиндра 14, Н/м2;where P2 is the pressure outside the cylinder 14, N/ m2 ;

ρ – плотность жидкости в затрубье колонны лифтовых труб 3 (фиг. 1), кг/м3; ρ – liquid density in the annulus of the elevator pipe column 3 (Fig. 1), kg/m 3 ;

g – ускорение свободного падения ≈ 9,81, м/с2;g – gravitational acceleration ≈ 9.81, m/s 2 ;

h – расстояние по вертикали от уровня жидкости (не показана) в затрубье колонны лифтовых труб 3 до радиальных отверстий 24, м.h – vertical distance from the liquid level (not shown) in the annulus of the elevator pipe column 3 to the radial holes 24, m.

Не смотря на силу (F), действующую на поршень 16 (фиг. 2), усилие, создаваемое пружиной 15, не позволяет боковым отверстиям 21 штока 17 выйти из верхнего цилиндра 25 цилиндра 14 и открыться, исключая сообщение входа 12 (фиг. 1) скважинного насоса 1 с затрубьем колонны лифтовых труб 3, что особенно важно при наличии нарушений обсадной колонны скважины 2 выше пакера 7.Despite the force (F) acting on the piston 16 (Fig. 2), the force created by the spring 15 does not allow the side holes 21 of the rod 17 to exit the upper cylinder 25 of the cylinder 14 and open, excluding the communication of the input 12 (Fig. 1) well pump 1 with the annulus of the lift pipe string 3, which is especially important if there are disturbances in the casing of well 2 above packer 7.

Со временем на конструктивных элементах (не показаны) скважинного насоса 1, взаимодействующим с продукцией пласта 19 при перекачке на поверхность, осаждаются механические примеси и АСПО (налёт), увеличивая силу трения и, как следствие, усилие на осуществление перемещения движущихся частей (не показаны) скважинного насоса 1, снижая коэффициент полезного действия (КПД), а при длительной эксплуатации без очистки скважинного насос 1 может привести к аварийным ситуациям, то есть заклиниванию (невозможности перемещаться) движущихся частей. Для очистки конструктивных элементов скважинного насоса 1 заполняют затрубье колонны лифтовых труб 3 технологической промывочной жидкостью (техническая вода, вода с содой, вода с поверхностно-активными веществами (ПАВ) вода с углеводородными растворителями или т.п.), которую технологи подбирают для наиболее эффективного растворения налета на конструктивных элементах скважинного насоса 1. Потом в затрубье колонны лифтовых труб 3 устьевым насосом (не показан) создают избыточное давление, достаточное для открытия циркуляционного клапана 13, в котором действует перепад давлений (ΔP), определяемый по формуле [2]. Однако давление внутри цилиндра 14 (фиг. 2) определяют по формулеOver time, mechanical impurities and paraffin deposits (plaque) are deposited on the structural elements (not shown) of the well pump 1, which interacts with the production of formation 19 when pumping to the surface, increasing the friction force and, as a consequence, the effort to move the moving parts (not shown) well pump 1, reducing the coefficient of efficiency (efficiency), and during long-term operation without cleaning the well pump 1 can lead to emergency situations, that is, jamming (impossibility of moving) of moving parts. To clean the structural elements of the well pump 1, the annulus of the lift pipe column 3 is filled with process flushing liquid (process water, water with soda, water with surfactants, water with hydrocarbon solvents, etc.), which the technologists select for the most effective dissolving plaque on the structural elements of the well pump 1. Then, in the annular column of the lift pipes 3, a wellhead pump (not shown) creates excess pressure sufficient to open the circulation valve 13, in which a pressure difference (ΔP) is applied, determined by the formula [2]. However, the pressure inside the cylinder 14 (Fig. 2) is determined by the formula

где Р1 – давление внутри цилиндра 14, Н/м2;where P1 is the pressure inside the cylinder 14, N/m 2 ;

ρ – плотность жидкости в колонне лифтовых труб 3 (фиг. 1), кг/м3; ρ is the density of the liquid in the column of elevator pipes 3 (Fig. 1), kg/ m3 ;

g – ускорение свободного падения ≈ 9,81, м/с2;g – gravitational acceleration ≈ 9.81, m/s 2 ;

H – расстояние по вертикали от устья скважины 2 в колонне лифтовых труб 3 до радиальных отверстий 24, м.H – vertical distance from the wellhead 2 in the string of elevator pipes 3 to the radial holes 24, m.

Давление снаружи цилиндра 14 (фиг. 2) определяют по формуле:The pressure outside the cylinder 14 (Fig. 2) is determined by the formula:

где Р2 – давление снаружи цилиндра 14, Н/м2;where P2 is the pressure outside the cylinder 14, N/ m2 ;

ρ – плотность жидкости в затрубье колонны лифтовых труб 3 (фиг. 1), кг/м3; ρ – liquid density in the annulus of the elevator pipe column 3 (Fig. 1), kg/m 3 ;

g – ускорение свободного падения ≈ 9,81, м/с2;g – gravitational acceleration ≈ 9.81, m/s 2 ;

Н – расстояние по вертикали от устья скважины 2 в затрубье колонны лифтовых труб 3 до радиальных отверстий 24 (фиг. 1), м;N – vertical distance from the wellhead 2 in the annular column of the lift pipes 3 to the radial holes 24 (Fig. 1), m;

р – давление, создаваемое устьевым насосом, Н/м2.p – pressure created by the wellhead pump, N/m 2 .

Перепад давлений (ΔР) создаёт силу (F), определяемую по формуле [1], под действием которой пружина 15 (фиг. 2) сжимается боковое отверстие 21 штока 17 выходит из верхнего цилиндра 25 в нижний цилиндр 23, сообщаясь с радиальными отверстиями 24. Жидкость из затрубья колонны лифтовых труб 3 (фиг. 1) через радиальные отверстия 24 (фиг. 2) и боковые отверстия 21 подступает в скважинный насос 1 (фиг. 1) и по колонне лифтовых труб 3 на поверхность, осуществляя обратную промывку. При этом давления внутри и снаружи цилиндра 14 (фиг. 2) на уровне радиального отверстия 24 примерно выравниваются, и пружина 15 перемещает поршень 16 со штоком 17 вверх до перекрытия боковых отверстий 21 верхним цилиндром 25. Поток жидкости прекращается перепад давлений внутри и снаружи цилиндра 14 резко возрастает, пружина 15 (фиг. 2) сжимается боковое отверстие 21 штока 17 выходит из верхнего цилиндра 25 в нижний цилиндр 23, сообщаясь с радиальными отверстиями 24, пропуская очередную порцию жидкости из затрубья колонны лифтовых труб 3 (фиг. 1) через радиальные отверстия 24 (фиг. 2) и боковые отверстия 21 в скважинный насос 1 (фиг. 1). Далее цикл открытия и закрытия боковых отверстий 21 (фиг. 2) повторяется, обеспечивая импульсную подачу жидкости (порциями с определенной частотой – ν) в скважинный насос 1. Как показал практика, использование правильно подобранного по частоте (ν) импульсного режима в 1,5 – 2 раза сокращает время очистки скважинного насоса 1, по сравнению с постоянной промывкой.The pressure difference (ΔP) creates a force (F), determined by the formula [1], under the action of which the spring 15 (Fig. 2) compresses the side hole 21 of the rod 17 and exits the upper cylinder 25 into the lower cylinder 23, communicating with the radial holes 24. Liquid from the annulus of the lift pipe string 3 (Fig. 1) through radial holes 24 (Fig. 2) and side holes 21 enters the well pump 1 (Fig. 1) and along the lift pipe string 3 to the surface, performing backwashing. In this case, the pressures inside and outside the cylinder 14 (Fig. 2) at the level of the radial hole 24 are approximately equalized, and the spring 15 moves the piston 16 with the rod 17 upward until the side holes 21 are blocked by the upper cylinder 25. The fluid flow is stopped by the pressure difference inside and outside the cylinder 14 increases sharply, the spring 15 (Fig. 2) compresses the side hole 21 of the rod 17 comes out of the upper cylinder 25 into the lower cylinder 23, communicating with the radial holes 24, passing the next portion of liquid from the annulus of the elevator pipe column 3 (Fig. 1) through the radial holes 24 (Fig. 2) and side holes 21 in the well pump 1 (Fig. 1). Next, the cycle of opening and closing the side holes 21 (Fig. 2) is repeated, providing a pulsed supply of liquid (in portions with a certain frequency - ν) to the well pump 1. As practice has shown, the use of a pulse mode correctly selected in terms of frequency (ν) is 1.5 – Reduces the cleaning time of well pump 1 by 2 times compared to constant flushing.

По завершению промывки скважинного насоса 1 (определяется отсутствием выноса механических примесей и АСПО из колонны лифтовых труб 3), закачку жидкости в затрубье колонны лифтовых труб 3 устьевым насосом прекращают, пружина 15 (фиг. 2) перемещает поршень 16 со штоком 17 вверх до перекрытия боковых отверстий 21 верхним цилиндром 25, и скважинный насос 1 (фиг. 1) запускают в работу в обычном режиме для поднятия на поверхность продукции пласта 19.Upon completion of flushing of the well pump 1 (determined by the absence of removal of mechanical impurities and paraffin from the lift pipe string 3), the pumping of liquid into the annulus of the lift pipe string 3 by the wellhead pump is stopped, the spring 15 (Fig. 2) moves the piston 16 with the rod 17 upward until the side holes 21 by the upper cylinder 25, and the well pump 1 (Fig. 1) is put into operation in normal mode to raise the production of the formation 19 to the surface.

Осаждаемые из жидкости в затрубье колонны лифтовых труб 3 механические примеси удерживаются тарелкой 11, исключая забивание ими подвижных частей (не показаны) пакера 7, что облегчает съем пакера 7 при необходимости и исключает аварийные ситуации при этом.Mechanical impurities deposited from the liquid in the annulus of the lift pipe column 3 are retained by the plate 11, preventing them from clogging the moving parts (not shown) of the packer 7, which makes it easier to remove the packer 7 if necessary and eliminates emergency situations.

Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет расширить функциональных возможностей за счет работы в скважинах с нарушением целостности обсадной колонны выше пакера, а также осуществлять более эффективно обратную промывку за счет использования импульсного режима прохождения потока технологической промывочной жидкости через скважинный насос.The proposed downhole pumping unit makes it possible to expand its functionality by working in wells with a violation of the integrity of the casing string above the packer, as well as to carry out more efficient backflushing through the use of a pulse mode for the flow of technological flushing fluid through the downhole pump.

Claims (1)

Скважинная насосная установка с очисткой обратной промывкой, включающая скважинный насос, спускаемый на колонне лифтовых труб и имеющий возможность привода в действие с устья скважины, и песочный фильтр с якорем, состоящий из патрубка с пакером, расположенным внутри обратным клапаном и присоединённым снизу песочным фильтром с контейнером, причем якорь ниже выхода, но выше пакера снаружи снабжен тарелкой для осаждения сверху песка из жидкости, отличающаяся тем, что для пропуска жидкости из затрубья лифтовых труб внутрь при обратной промывке между обратным клапаном выше пакера и входом насоса расположен циркуляционный импульсный клапан, состоящий из цилиндра с поджимаемым пружиной в верхнее транспортное положение коаксиальным поршнем с верхним штоком, которые оснащены общим осевым каналом для притока жидкости из подпакерного пространства скважины к насосу, шток оснащен как минимум одним боковым отверстием, а цилиндр ступенчатым осевым сквозным цилиндрическим отверстием, причем нижний цилиндр большого диметра оснащен сверху как минимум одним радиальным отверстием, располагаемым выше поршня, а верхний цилиндр выполнен с возможностью взаимодействия со штоком, перекрытия бокового отверстия в транспортном положении и открытия отверстия при перемещении поршня со штоком в нижнее рабочее положение с сообщением боковых и радиальных отверстий, суммарная площадь поперечного сечения как боковых отверстий, так и радиальных отверстий позволяет создать импульсный поток жидкости со средней скоростью выше скорости осаждения разрушаемых механический примесей и/или асфальтосмолопарафиновых отложений, при этом усилие пружины выбирается исходя из удержания в транспортном положении поршня и штока при наполненных до устья жидкостью затрубья лифтовых трубах при работающем насосе и обеспечения необходимой частоты пульсаций жидкости при обратной промывке.Downhole pumping installation with backflushing cleaning, including a downhole pump, lowered on a string of lift pipes and capable of being driven from the wellhead, and a sand filter with an anchor, consisting of a branch pipe with a packer located inside a check valve and a sand filter with a container attached at the bottom , wherein the anchor below the outlet, but above the packer, is externally equipped with a plate for depositing sand from the liquid on top, characterized in that to pass liquid from the annulus of the lift pipes inside during backwashing, a circulation pulse valve consisting of a cylinder is located between the check valve above the packer and the pump inlet with a coaxial piston with an upper rod pressed by a spring into the upper transport position, which are equipped with a common axial channel for the flow of liquid from the under-packer space of the well to the pump, the rod is equipped with at least one side hole, and the cylinder is equipped with a stepped axial through cylindrical hole, and the lower cylinder of large diameter is equipped with on top with at least one radial hole located above the piston, and the upper cylinder is configured to interact with the rod, block the side hole in the transport position and open the hole when moving the piston with the rod to the lower working position with communication of the side and radial holes, total cross-sectional area both side holes and radial holes allows you to create a pulsed flow of liquid with an average speed higher than the deposition rate of destructible mechanical impurities and/or asphalt, resin, and paraffin deposits, while the spring force is selected based on holding the piston and rod in the transport position when the lift pipes are filled to the mouth with annular fluid when the pump is running and ensure the required frequency of liquid pulsations during backwashing.
RU2023105754A 2023-03-13 Downhole pumping unit with backwash cleaning RU2802634C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802634C1 true RU2802634C1 (en) 2023-08-30

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118030478A (en) * 2024-04-15 2024-05-14 山东高原油气装备有限公司 Anti-blocking oil pump for offshore oil exploitation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2415253C1 (en) * 2010-01-25 2011-03-27 Владимир Васильевич Кунеевский Immersed pump with cleaned in well filter
RU136081U1 (en) * 2013-07-23 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина A Borehole PUMP PUMP UNIT FOR OIL PRODUCTION UNDER CONDITIONS COMPLICATED BY SANDING OUT OF THE SAND AND ABSORPTION OF THE RINSING FLUID
RU2534284C1 (en) * 2013-08-15 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method of oil formation treatment
CN111005703A (en) * 2018-10-08 2020-04-14 中国石油化工股份有限公司 Offshore oilfield separate-layer sand prevention separate-layer water injection integrated tubular column and method
RU2742388C1 (en) * 2020-05-12 2021-02-05 Игорь Александрович Малыхин Method for protection of down-hole well pumps from contamination with mechanical impurities and pouring of bottomhole and well perforation interval

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2415253C1 (en) * 2010-01-25 2011-03-27 Владимир Васильевич Кунеевский Immersed pump with cleaned in well filter
RU136081U1 (en) * 2013-07-23 2013-12-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина A Borehole PUMP PUMP UNIT FOR OIL PRODUCTION UNDER CONDITIONS COMPLICATED BY SANDING OUT OF THE SAND AND ABSORPTION OF THE RINSING FLUID
RU2534284C1 (en) * 2013-08-15 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method of oil formation treatment
CN111005703A (en) * 2018-10-08 2020-04-14 中国石油化工股份有限公司 Offshore oilfield separate-layer sand prevention separate-layer water injection integrated tubular column and method
RU2742388C1 (en) * 2020-05-12 2021-02-05 Игорь Александрович Малыхин Method for protection of down-hole well pumps from contamination with mechanical impurities and pouring of bottomhole and well perforation interval

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118030478A (en) * 2024-04-15 2024-05-14 山东高原油气装备有限公司 Anti-blocking oil pump for offshore oil exploitation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10920559B2 (en) Inverted Y-tool for downhole gas separation
US9784087B2 (en) Down-hole sand and solids separator utilized in producing hydrocarbons
US6092599A (en) Downhole oil and water separation system and method
WO2020251921A1 (en) Sand and solids bypass separator
US10934829B2 (en) Systems, apparatuses, and methods for downhole water separation
RU2802634C1 (en) Downhole pumping unit with backwash cleaning
WO1999015755A2 (en) Dual injection and lifting system
RU79936U1 (en) DEVICE FOR SEPARATION OF GAS AND MECHANICAL IMPURITIES FROM OIL IN A WELL
RU2531702C1 (en) Flushing of filter mounted at borehole pump inlet
RU2784705C1 (en) Downhole pumping unit with sand filter
RU2796712C1 (en) Rod pump for oil production from wells with wash-over of mechanical impurities
RU2212521C1 (en) Method and device for cleaning bottom of well during its operation
RU215129U1 (en) Rod pump for oil production from wells with a small sump in high GOR conditions
RU2844536C1 (en) Method of flush oil production
RU2848520C1 (en) Installation of rod pump with parallel pipe columns for operation of wells with increased sand carry
RU2848522C1 (en) Well rod pump for producing oil with a high content of mechanical impurities and gas
RU2836974C1 (en) Sucker-rod pump
RU2782663C1 (en) Layout of downhole equipment for mechanized oil production with mechanical impurities
RU2720845C1 (en) Downhole pump filter
RU2761798C1 (en) Submersible pump with bypass for liquid injection
RU2842789C1 (en) Sucker-rod pump for oil extraction from wells
RU2812377C1 (en) Sucker rod pumping unit for high-yield wells under conditions of high gas factor
RU2847728C1 (en) Method for cleaning a well
RU2846137C1 (en) Sucker-rod pump unit
RU2799221C1 (en) Pumping unit for exploitation of formations complicated by sand production with reservoir pressure growing from bottom to top