DE4307327A1

DE4307327A1 - Bore hole lifting pump

Info

Publication number: DE4307327A1
Application number: DE19934307327
Authority: DE
Inventors: Boris Petrovisc Kornev; Sergej Nikolaevisc Nikiforov; Ivan Ivanovisc Sopov
Original assignee: HARTBECKE UWE; KORNEV BORIS PETROVIC; NIKIFOROV SERGEJ NIKOLAEVIC; SOPOV IVAN IVANOVIC
Current assignee: HARTBECKE UWE; KORNEV BORIS PETROVIC; NIKIFOROV SERGEJ NIKOLAEVIC; SOPOV IVAN IVANOVIC
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-15

Abstract

The object of the invention is to specify a bore hole lifting pump which has a plunger-cylinder couple in which the seepage of the liquid is strongly reduced. According to the invention this object can be achieved by the bushes, in order to ensure a permissible gap in the plunger/cylinder couple, being movable relative to one another in a radial direction, the displacement preferably being arranged in such a way that the angle formed by the displacement directions of two adjacent bushes is in the range of 170-190 DEG . The invention relates to a bore hole lifting pump, comprising a plunger, a plurality of valves and a cylinder in which bushes are situated, the cylinder at its ends being fastened to a casing by means of screwing, with the aid of separate elements. The pump is intended to be used in the petroleum industry for pumping liquids from bore holes with sucker rod pumping installations.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrlochförderpumpe, bestehend aus einem Tauchkolben, mehreren Ventilen und einem Zylinder, in dem sich Buchsen befinden, die an ihren Enden mit Hilfe gesonderter Elemente mit einem Gehäuse verschraubt sind. Sie ist für den Einsatz in der Erdölindustrie zum Auspumpen von Flüssigkeiten aus Bohrlöchern mit Stangenförderan lagen verwendet.The invention relates to a borehole feed pump, consisting of a plunger, several valves and a cylinder in which there are bushings, those at their ends with the help of separate elements are screwed to a housing. It is for the Use in the petroleum industry to pump out Liquids from boreholes with bar feed were used.

Im Stand der Technik sind beispielsweise in Bohr lochstangenpumpen für die Erdölgewinnung, Katalog ZINTICHIMNEFTEMASCH, M. 1988 und Betriebsanleitung für Bohrlochstangenpumpen, Baku, Institut AzNIPI- neft, 1979 Bohrlochförderpumpen beschrieben, die einen zusammengesetzten Buchsenzylinder, einen Tauchkolben und mehrere Ventile besitzen. Bei die ser Pumpenanordnung befinden sich die Buchsen in einem rohrartigen Gehäuse und werden, nachdem sie zu einen Zylinder zentriert wurden, von an den En den des Gehäuses aufgeschraubten Elementen axial verspannt. Um einen festen Sitz der Buchsen zu ge währleisten, der eine Verschiebung der Buchsen so wie das Verklemmen des Tauchkolbens verhindert, wird die Kraft, mit der die Buchsen zusammengezogen werden, mit einem Drehmomentenschlüssel auf einen definierten Wert gebracht.In the prior art, for example, in Bohr Perforated rod pumps for oil production, catalog ZINTICHIMNEFTEMASCH, M. 1988 and operating instructions for borehole rod pumps, Baku, Institute AzNIPI- neft, 1979 Borehole delivery pumps described the a composite sleeve cylinder, one Have plungers and multiple valves. At the This pump arrangement, the sockets are in a tubular casing and will, after centered on a cylinder, from at the En the elements screwed onto the housing axially tense. To ensure that the sockets are firmly seated ensure that the bushings shift like this how jamming of the plunger prevents becomes the force with which the bushings contract with a torque wrench on one brought defined value.

Bei dieser Pumpe ist nachteilig, daß die Tauchkolben-Zylinder-Paarung ein erhöhtes Durchsic kern der zu fördernden Flüssigkeit bedingt. Dies wird dadurch hervorgerufen, daß die Flüssigkeit in einem durchgehenden Ringspalt zwischen den Tauch kolben und den fluchtend angeordneten Buchsen durchsickert. Dabei ist eine gewisse Größe dieses Spaltes unvermeidlich, weil eine exakte Zentrierung der Buchsen vor dem zusammenschrauben nicht möglich ist. Außerdem ist eine gewisse Größe für den Spalt erforderlich um die Beweglichkeit des Tauchkolbens zu gewährleisten und damit das Verklemmen des Kol bens zu vermeiden.A disadvantage of this pump is that the Plunger-cylinder pairing increased throughput core of the liquid to be pumped. This is caused by the fact that the liquid in a continuous annular gap between the dives piston and the aligned bushings leaked. A certain size is this Gaps inevitable because of exact centering not possible before screwing the sockets together is. There is also a certain size for the gap required for the mobility of the plunger to ensure and thus the jamming of the Kol to avoid bens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrlochförderpumpe anzugeben, die eine Tauchkolben-Zylinder-Paarung aufweist, bei der das Durchsickern der Flüssigkeit stark reduziert wird.The invention has for its object a Borehole feed pump to specify the one Plunger-cylinder pairing, in which the Leakage of the liquid is greatly reduced.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da durch, daß die Buchsen zur Gewährleistung eines zu lässigen Spaltes in der Tauchkolben- Zylinder-Paa rung in radialer Richtung relativ zueinander beweg lich sind, wobei die Verschiebung vorzugsweise so angeordnet ist, daß der Winkel, den die Verschiebe richtungen zweier benachbarter Buchsen bilden, im Bereich von 170-190° liegt.According to the invention, the problem is solved there through that the bushings to ensure a casual gap in the plunger cylinder pair tion in the radial direction relative to each other Lich, the shift is preferably so is arranged that the angle that the shift form directions of two adjacent sockets, in Range is 170-190 °.

Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung sieht vor, daß die Buchsen stirn seitig geschliffen sind jeweils benachbarte Buchsen in entgegengesetzter Richtung versetzt angeordnet sind.An advantageous embodiment of the invention Pump arrangement provides that the sockets are front adjacent bushes are ground on each side staggered in the opposite direction are.

Ferner ist es möglich, daß an den äußeren Mantel fläche der Buchsen jeweils um 180° versetzt eine Feder angeordnet ist.It is also possible that on the outer jacket surface of the bushings offset by 180 ° Spring is arranged.

Die erfindungsgemäße Anordnung verhindert den übli cherweise über die gesamte Länge zwischen Tauchkol ben und Zylinder auftretenden Ringspalt. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe entstehen mehrere sichel förmige Spalte, die gegeneinander versetzt sind und die eine Anzahl von lokalen hydraulischen Wider ständen durch die abwechselnde plötzliche Verengung und Verbreiterung des Kanals bewirken. Durch diese Widerstandsform ergibt sich ein zusätzlicher Stau druckverlust im Spalt, wodurch eine Reduzierung des Durchsickerns beim Pumpen bewirkt wird. Ein weite rer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen An ordnung ist, daß die ansonsten auftretende Vergrö ßerung des Spaltes infolge des beim Betrieb der Pumpe auftretende Verschleiß an den Buchsen und am Tauchkolben ausgeglichen wird. Die Buchsen werden durch die Kraft einer Feder verschoben, wobei die jeweils benachbarten Buchsen gegenläufig verschoben werden, und damit eine wesentliche Verringerung des Strömungsquerschnittes bewirken.The arrangement according to the invention prevents the übli over the entire length between plunger ben and cylinder occurring annular gap. In the Pump according to the invention arise several sickles shaped columns that are offset from each other and which are a number of local hydraulic resistors stand by the alternating sudden narrowing and widen the channel. Through this Resistance form results in an additional jam pressure loss in the gap, which reduces the Leakage is caused when pumping. A wide one rer essential advantage of the invention order is that the otherwise occurring magnification ß of the gap due to the operation of the Wear on the sockets and on the pump Plunger is balanced. The sockets are shifted by the force of a spring, the each adjacent bushes shifted in opposite directions be, and thus a significant reduction in Cause flow cross-section.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is based on an off management example are explained in more detail. In the associated drawing show:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Bohrlochförder pumpe im Längsschnitt, Fig. 1, the well production according to the invention the pump in longitudinal section;

Fig. 2 die erfindungsgemäße Pumpe im Quer schnitt. Fig. 2 shows the pump according to the invention in cross section.

Die Pumpe besteht aus dem Tauchkolben 1, dem Ge häuse 2, den Buchsen 3 und 4, die an der Berüh rungsfläche 5 zusammenstoßen, den Federn 6, den Elementen 7 und 8, sowie den Ventilen 9 und 10. Das Gehäuse 2, das den Zylinder für die Pumpenanordnung bildet, ist mit den Pumpen-Kompressor-Rohren 11 verbunden, die an der Mündung des Bohrloches aufge hängt sind. Der Tauchkolben 1 ist mit den Stangen 12 verbunden, die ebenfalls zur Mündung des Bohrlo ches führen und dort mit der auf der Zeichnung nicht dargestellten Schwenkpumpenanlage gekoppelt sind. Zwischen dem Tauchkolben 1 und dem Gehäuse 2 befinden sich eine Anzahl von Buchsen 3 und 4. Die Buchsen 3 und 4 sind gegenüber den Buchsen der Pum penachse radial verschoben und werden an einer Seite an den Tauchkolben 1 gedrückt, während sie an ihrer anderen Seite mit dem Gehäuse 2 einen sichel förmigen Spalt 13 bilden. Aus Fig. 2 ist an der Berührungsfläche 5 der beiden Buchsen 3 und 4 der sichelförmige Spalt 13 ersichtlich, wobei eine Buchsen teilweise durch die andere Buchse überdeckt wird. In dieser Berührungsfläche 5 verbleiben zwei kleinere nicht überdeckte Abschnitte 14, die den verbleibenden Restspalt bilden. Um das radiale überströmen von Flüssigkeit zwischen diesen beiden Ringen zu vermeiden, sind die Buchsen 3 und 4 an ihren Stirnseiten geschliffen und gegeneinander versetzt angeordnet. Die Elemente 7 und 8 sind mit dem Gehäuse 2 verschraubt. Ihre Abmessungen sind dabei so gewählt, daß sie die Buchsen an den Stirnseiten nicht festklemmen, wie das bei den im Stand der Technik bekannten Pumpen der Fall ist. Es verbleibt ein geringer Spalt dazwischen, der für eine Relativverschiebung der beiden Buchsen ausrei chend ist, der jedoch andererseits nur so groß ist, daß das Durchströmen der auszupumpenden Flüssigkeit verhindert wird. Die radiale Beweglichkeit der Buchsen wird durch die Größe des zulässigen Ver schleißes von Tauchkolben und Buchse beschränkt. Die Größe der Abschnitte 14, die den nicht über deckten Bereiche der beiden benachbarten Buchsen 3 und 4 repräsentieren, ist davon abhängig, unter welchen Winkel die beiden benachbarten Punkte ge geneinander verschoben sind. Sie bestimmen damit die Größe der auf die Nachbarbuchsen wirkende Ver schiebekräfte. Der geringste Spalt und folglich auch das geringste Durchsickern der Flüssigkeit tritt auf, wenn die beiden benachbarten Buchsen um 180° versetzt sind. In diesem Fall beträgt die Spaltfläche 32% der Fläche des Ringspaltes zwi schen Tauchkolben und Buchse. Eine Verringerung oder Vergrößerung des Winkels um 10° bewirkt nur eine unwesentliche Vergrößerung der Fläche. Die größten Änderungen im wirksamen Spalt ergeben sich, wenn der Versatz der benachbarten Buchsen 0° bzw. 360° erreicht.The pump consists of the plunger 1 , the Ge housing 2 , the sockets 3 and 4 , which collide at the surface 5 , the springs 6 , the elements 7 and 8 , and the valves 9 and 10 . The housing 2 , which forms the cylinder for the pump assembly, is connected to the pump-compressor tubes 11 , which are suspended from the mouth of the borehole. The plunger 1 is connected to the rods 12 , which also lead to the mouth of the Bohrlo ches and are coupled there with the swivel pump system, not shown in the drawing. A number of sockets 3 and 4 are located between the plunger 1 and the housing 2 . The sockets 3 and 4 are radially displaced relative to the sockets of the pump axis and are pressed on one side against the plunger 1 , while on the other side they form a sickle-shaped gap 13 with the housing 2 . From Fig. 2 of the two jacks at the contact surface 5 3 and 4, the crescent-shaped gap 13 can be seen, wherein a socket is partially covered by the other socket. Two smaller uncovered sections 14 remain in this contact area 5 and form the remaining gap. In order to avoid the radial overflow of liquid between these two rings, the bushes 3 and 4 are ground on their end faces and arranged offset from one another. The elements 7 and 8 are screwed to the housing 2 . Their dimensions are chosen so that they do not clamp the sockets on the end faces, as is the case with the pumps known in the prior art. There remains a small gap between them, which is sufficient for a relative displacement of the two bushings, but which is on the other hand only so large that the flow of the liquid to be pumped out is prevented. The radial mobility of the bushings is limited by the size of the permissible wear of plunger and bushing. The size of the sections 14 , which do not represent the covered areas of the two adjacent bushes 3 and 4 , depends on the angle at which the two adjacent points are shifted against one another. You determine the size of the shear forces acting on the neighboring bushes. The smallest gap and consequently the least leakage of the liquid occurs when the two adjacent bushings are offset by 180 °. In this case, the gap area is 32% of the area of the annular gap between the plunger and the sleeve. A reduction or enlargement of the angle by 10 ° only causes an insignificant increase in the area. The greatest changes in the effective gap arise when the offset of the adjacent bushings reaches 0 ° or 360 °.

Die radiale Verschiebung der Buchse kann auf unter schiedliche Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Verwendung einer zylindrischen oder einer flachen Feder, eines Permanentmagnetes und derglei chen. In den in Fig. 1 und 2 dargestellten Bei spiel wurden zwei flache Federn 6 verwendet, die die nebeneinander liegenden Buchsen an die jeweils gegenüber liegende Seite andrücken. Bewegt sich der Tauchkolben 1 von oben nach unten, strömt die Flüs sigkeit, die sich oberhalb des geschlossenen Auf nahmeventils 10 befindet, durch das geöffnete Druckventil 9 in die Rohre 11. Bei der Rückbewegung des Tauchkolbens 1 nach oben wird das Druckventil 9 geschlossen und das Aufnahmeventil 10 geöffnet. Da durch entsteht eine Druckdifferenz, durch die die Flüssigkeit an die Oberfläche gefördert wird. Teil weise erfolgt dabei ein Durchsickern der Flüssig keit in den Spalt zwischen Tauchkolben 1 und Zylin der des Gehäuses 2 zurück in den Saugraum. Bei den im Stand der Technik bekannten Pumpen stellt der Spalt zwischen dem Tauchkolben 1 und Zylinder einen Ringspalt dar, der sich über die ganze Länge der Pumpe erstreckt. Dem gegenüber ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Pumpe eine größere Anzahl von si chelformigen Spalten, die durch die plötzliche Ver engung und Erweiterung des Kanales den hydrauli schen Widerstand etappenweise erhöhen. Dies bewirkt eine Verringerung des Staudruckes im Spalt, was zur Reduzierung des Durchsickerns der Flüssigkeit und damit zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Pum penanordnung führt. Beim Betrieb der Pumpe ist ein Verschleiß an den Innenflächen von Buchse und Tauchkolben 1 unvermeidlich. Bei der erfindungsge mäßen Anordnung werden die Buchsen unter der Wir kung der Feder 6 verschoben und bestimmen den ver bleibenden Spalt beim Erreichen der Kontaktstelle. Die Verschiebung der nebeneinander liegenden Buch sen gewährleistet die Einhaltung eines kleinen Durchgangsquerschnittes, der durch die nicht über deckten Abschnitte 14 an den Berührungsstellen 5 bestimmt ist. Dieser geringere Querschnitt bleibt selbst bei Verschleiß der bewegten Teile über eine sehr lange Zeit erhalten. Dadurch gibt sich eine wesentlich vergrößerte Nutzungsdauer der Pumpe mit geringem Durchsickern der Flüssigkeit.The radial displacement of the bushing can be effected in different ways, for example by using a cylindrical or flat spring, a permanent magnet and the like. In the case of the game shown in FIGS. 1 and 2, two flat springs 6 were used, which press the side-by-side bushes onto the opposite side. Moves the plunger 1 from top to bottom, the liquid flows, which is above the closed on valve 10 , through the open pressure valve 9 in the tubes 11th When the plunger 1 moves back upward, the pressure valve 9 is closed and the receiving valve 10 is opened. This creates a pressure difference through which the liquid is conveyed to the surface. Partially there is a leakage of the liquid speed into the gap between the plunger 1 and the cylinder of the housing 2 back into the suction chamber. In the pumps known in the prior art, the gap between the plunger 1 and the cylinder represents an annular gap which extends over the entire length of the pump. In contrast, there are a larger number of si chel-shaped columns in the pump according to the invention, which increase the hydraulic resistance in stages by the sudden constriction and expansion of the channel. This causes a reduction in the dynamic pressure in the gap, which leads to a reduction in the leakage of the liquid and thus to an improvement in the efficiency of the pump arrangement. When the pump is in operation, wear on the inner surfaces of the bushing and plunger 1 is inevitable. In the arrangement according to the invention, the bushings are moved under the effect of the spring 6 and determine the remaining gap when the contact point is reached. The displacement of the adjacent book sen ensures compliance with a small passage cross-section, which is determined by the non-covered sections 14 at the contact points 5 . This smaller cross-section is retained over a very long time even if the moving parts wear out. This results in a significantly increased service life of the pump with little leakage of the liquid.

Es konnte experimentell nachgewiesen werden, daß mit dem Einsatz von 20 Stufen der beschrieben Art der hydraulische Widerstand sich so veränderte, daß das Durchsickern der Flüssigkeit um 60 bis 80% ge genüber den bei bekannten Pumpenanordnungen auftre tenden Leckverlusten verringert wurde.It could be demonstrated experimentally that with the use of 20 stages of the type described the hydraulic resistance changed so that the leakage of the liquid by 60 to 80% ge compared to that in known pump arrangements leakage loss has been reduced.

Claims

1. Borehole feed pump, consisting of a plunger, several valves and a cylinder in which there are sockets, which are screwed at their ends with the help of separate elements with a housing, characterized in that the sockets to ensure an allowable gap in the Plunger-cylinder pairs are movable relative to one another in the radial direction, the displacement preferably being arranged such that the angle which the displacement directions of two adjacent bushes form is in the range of 170-190 °.

2. Pump according to claim 1, characterized in that the bushings are ground on the front adjacent sockets in opposite directions Direction are arranged offset.

3. Arrangement according to one of claims 1 or 2, because characterized in that on the outer jacket surface surface of the bushings is offset by a spring is arranged.