Перепускное устройство для погружных электронасосов

 

Использование: в нефтяной промышленности для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при снижении динамического уровня в затрубном пространстве ниже заданного, а также при освоении и глушении скважин. Сущность изобретения: устройство содержит цилиндр с радиальными перепускными отверстиями, золотник, нагруженный пружиной, стопорную гайку, наружный корпус, соединенный резьбовыми соединениями с верхним и нижним переводниками (П), и внутренний корпус. Во внутреннем корпусе размещены пружина золотника. Последний выполнен в виде дифференциального плунжера. Радиальный канал (К) верхнего П сообщен с затрубным пространством, его осевые К расположены по окружности и предназначены для прохода добываемой жидкости. Центральный осевой К сообщен с радиальным К и полостью внутреннего корпуса. В нижнем П выполнены по окружности осевые К для прохода добываемой жидкости и сообщенные между собой центральный осевой и радиальный К. Указанные К сообщены с полостью обсадной колонны ниже электронасоса. Центральный К нижнего П перекрыт торцом дифференциального плунжера. При снижении динамического уровня перепад давления, действующий на плунжер, перемещает плунжер вверх. При этом отверстия цилиндра открываются и жидкость перепускается в межтрубное пространство до установления необходимого уровня, после чего плунжер вновь перекрывает осевой К нижнего П и жидкость подается насосом на поверхность. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при снижении динамического уровня в затрубном пространстве ниже заданного в процессе эксплуатации погружными электронасосами, а также при освоении и глушении скважин.

Известен перепускной клапан, предназначенный для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при освоении и глушении скважин. Он применяется в установках УФК, УФЭ, УНФ и УНФП для одновременной раздельной добычи нефти из двух пластов одной скважины фонтанным способом.

Перепускной клапан состоит из ствола, на который надет золотник с уплотнительными кольцами, поджатый пружиной. Усилие пружины регулируется гайками. Для предотвращения вращения золотника предусмотрены винты, которые входят в глухие пазы на стволе. К нижнему концу ствола привинчен переводник, к верхнему муфта.

При работе клапана перепускаемая жидкость циркулирует только в интервале размещения клапана и насоса, поэтому электродвигатель погружного электронасоса в это время охлаждается лишь притоком жидкости из пласта, что недостаточно для его нормальной работы.

В результате коррозионного воздействия перекачиваемой жидкости на поверхность металла пружины ухудшаются ее эксплуатационные качества и сокращается срок ее службы. Особенно это явление наблюдается на сероводородных скважинах, где металл пружины под действием сероводородной среды подвергается сульфидному растрескиванию.

При спуске оборудования в скважину находящиеся на поверхности эксплуатационной колонны парафин, соли и механические примеси могут попасть в интервал размещения пружины, в результате чего перепускной клапан не будет выполнять своей функции.

Техническая задача охлаждение электродвигателя погружных электронасосов при освоении, при снижении притока жидкости из пласта в процессе эксплуатации, а также при использовании погружных установок на скважинах с дебитом ниже 30 м³/сут.

Техническая задача выполняется следующим образом. Перепускное устройство для погружных электронасосов содержит наружный корпус, соединенный с двух сторон резьбовым соединением с верхним и нижним переводниками, между которыми установлен внутренний корпус, в котором размещены пружина и золотник, последний выполнен в виде дифференциального плунжера. В верхнем переводнике выполнены радиальный канал, сообщенный с затрубным пространством, размещенные по окружности осевые каналы для прохода добываемой жидкости и центральный осевой канал, сообщенный с радиальным каналом и полостью внутреннего корпуса. В нижнем переводнике выполнены радиальный канал, размещенные по окружности осевые каналы для прохода добываемой жидкости и центральный осевой канал, перекрываемый торцом дифференциального плунжера и сообщенный через радиальный канал с полостью обсадной колонны ниже электронасоса.

Кроме этого, в дифференциальном плунжере могут быть выполнены сообщенные между собой и с центральным каналом нижнего переводника проточка, сквозной радиальный канал, расположенный в зоне проточки, и глухой центральный канал для сброса утечек, возникающих в плунжерной паре, а между цилиндром и внутренним корпусом установлена прокладка, ниже которой в цилиндре выполнено отверстие, сообщенное с проточкой.

Устройство также может быть снабжено изогнутым патрубком, медной трубкой, переходником и хвостовиком, в нижнем переводнике выполнен продольный паз, в котором размещен соединенный с радиальным каналом изогнутый патрубок, последний последовательно соединен с медной трубкой, проходящей вдоль электронасоса, переходником и хвостовиком, посредством которых центральный канал и сообщен с полостью обсадной колонны ниже электронасоса.

Кроме этого, устройство может быть снабжено резиновым стаканом, закрепленным на верхней части внутреннего корпуса и имеющим пробку, втулку и гайку для заливки масла.

На фиг. 1 изображен продольный разрез перепускного устройства; на фиг. 2 схема размещения узлов перепускного устройства и электропогружной насосной установки, общий вид, на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 узел II на фиг. 1.

Перепускное устройство для погружных электронасосов состоит из наружного корпуса 9, соединенного с двух сторон резьбовым соединением с верхним 1 и нижним 20 переводниками, между которыми установлен внутренний корпус 12, в котором по центру выполнено отверстие с резьбой для регулировочного винта 10, стопорение которого производится стопорной гайкой 11, а внутри размещена пружина 14 между двумя опорными шайбами 13 и 15, причем нижняя опорная шайба 15 выполнена со сферической поверхностью для улучшения контакта со сферической поверхностью дифференциального плунжера 16 и устранения перекосов дифференциального плунжера 16 и пружины 14 при работе.

Для предотвращения воздействия агрессивной среды на пружину 14 на внутренний корпус 12 надевается и крепится резиновый стакан 7, в котором предусмотрен узел, состоящий из пробки 4, втулки 6 и гайки 5 для заливки масла.

Кроме этого, на внутренний корпус 12 навинчивается кожух 8, который другим концом, имеющим проточки под уплотнительные кольца 3, вставляется в центральный осевой канал 32 верхнего переводника 1.

В верхнем переводнике 1 выполнены радиальный канал 2, сообщенный с затрубным пространством, размещенные по окружности осевые каналы 31 для прохода добываемой жидкости и центральный осевой канал 32, сообщенный с радиальным каналом 2 и полостью кожуха 8.

Кроме этого, внутренний корпус 12 соединяется с цилиндром 18, где размещен дифференциальный плунжер 16, имеющий проточку, в которой выполнен сквозной радиальный канал 30, сообщающийся с глухим центральным каналом 25, предназначенные для сброса утечек жидкости, возникающих в плунжерной паре.

Кроме этого, в цилиндре 18 имеются отверстия 26 для сообщения внутренней полости насосно-компрессорных труб с затрубным пространством при открытии клапана, отверстия 27, через которые давление жидкости действует на эффективную площадь, равную разности площадей торцов дифференциального плунжера 16, отверстия 29 для сброса утечек жидкости, которые могут возникнуть через прокладку 28, установленную между цилиндром 18 и внутренним корпусом 12, в результате чего может произойти разрыв резинового стакана 7, проточка под уплотнительное кольцо 17.

Цилиндр 18 соединяется с переводником 19, ввинченным в нижний переводник 20, имеющий внутреннюю резьбу для соединения с колонной насосно-компрессорных труб и наружную для соединения с наружным корпусом 9, кроме этого, по окружности размещены осевые каналы 24 для прохода добываемой жидкости, а для сообщения с полостью обсадной колонны ниже электронасоса во время срабатывания перепускного устройства выполнен центральный осевой канал с резьбой 21, соединенный с радиальным 22, в который ввинчивается патрубок 23 и загибается по продольному пазу, выполненному на нижнем переводнике 20 для уменьшения диаметрального габарита. Патрубок 23 другим концом соединяется с мерной трубкой 33, которая проходит вдоль верхней секции насоса 34, нижней секции насоса 35, протектора 36, электродвигателя 37, компенсатора 38 погружного электронасоса и соединяется с переводником 39, который соединяется с компенсатором 38 и хвостовиком 40.

Перепускное устройство для погружных электронасосов работает следующим образом.

При снижении динамического уровня в затрубном пространстве скважины перепад давления, действующий постоянно через отверстия 27 на эффективную площадь, равную разности площадей торцов дифференциального плунжера 16, увеличивается и при достижении перепада давления выше давления настройки перепускного устройства дифференциальный плунжер, преодолевая усилие пружины 14, начинает движение вверх до тех пор, пока не откроет отверстия 26, размещенные на цилиндре 18, после чего добываемая жидкость, проходящая через осевые каналы 24 нижнего переводника 20, начинает поступать через отверстия 26 и соединенные между собой переводник 19, нижний переводник 20, патрубок 23, медную трубку 33, переводник 39 и хвостовик 40 в межтрубное пространство до тех пор, пока в нем не установится определенный уровень, при котором перепускное устройство закроется, позволяя погружному электронасосу поднимать жидкость на поверхность.

Медная трубка 33 предназначена для отвода добываемой жидкости во время срабатывания перепускного устройства ниже погружного электронасоса. Это необходимо для того, чтобы создать требуемую скорость непрерывного протекания жидкости по кольцевому зазору между корпусом электродвигателя 37 и обсадной колонной 41 для охлаждения электродвигателя 37 при снижении притока жидкости из пласта.

Хвостовик 40 служит для направления потока перепускной жидкости вниз на заданную глубину для понижения температуры жидкости, нагретой во время прохождения по кольцевому зазору между корпусом электродвигателя 37 и обсадной колонной 41.

Кроме этого, через перепускное устройство можно производить прямые промывки. Это осуществляется следующим образом. Промывочную жидкость нагнетают насосным агрегатом по внутренней полости насосно-компрессорных труб, так как на выкиде центробежного электронасоса установлен обратный клапан, облегчающий пуск установки после ее простоя, в них повышается давление до определенной величины, в результате создается перепад давлений между внутренней полостью насосно-компрессорных труб и межтрубным пространством.

Этот перепад давлений постоянно через отверстия 27 действует на эффективную площадь, равную разности площадей торцов дифференциального плунжера 16.

При достижении перепада давления выше давления настройки перепускного устройства дифференциальный плунжер 16, преодолевая усилия пружины 14, начинает движение вверх до тех пор, пока не откроет отверстия 26, размещенные на цилиндре 18, после чего промывочная жидкость через осевые каналы 31 верхнего переводника 1 и каналу, образованного между наружным корпусом 9 и внутренним корпусом 12 перепускного устройства, а также кожухом 8 начинает поступать через отверстия 26 и соединенные между собой переводник 19, нижний переводник 20, патрубок 23, мерную трубку 33, переводник 39 и хвостовик 40 в межтрубное пространство.

Таким образом, применение перепускного устройства в погружных электронасосах позволит: при снижении притока жидкости из пласта в процессе эксплуатации поддерживать динамический уровень на заданной глубине, не давая ему возможности опускаться до приема насоса, в результате чего происходят срывы подач, отрицательно влияющие на нормальную работу электродвигателя и установки в целом; применять погружные электронасосы вместо штанговых насосов для увеличения МРП и сокращения затрат на проведение подземных ремонтов на наклонных и парафинистых скважинах с дебитом ниже 30 м³/сут; за счет постоянной максимально возможной депрессии на пласт в процессе эксплуатации увеличить текущую добычу нефти и уменьшить затраты на потребление электроэнергии; производить прямые промывки для снижения противодавления на пласт, очищение ствола скважины от плавающего мусора, а также для очистки насосно-компрессорных труб от нефти в скважинах с поглощающим пластом; производить процесс освоения без участия технологических служб; вводить скважины с дебитом ниже 30 м³/сут в эксплуатацию сразу же после бурения в любой период года (даже в самые суровые зимние месяцы) без больших затрат времени и средств на монтаж станка-качалки.

Формула изобретения

1. ПЕРЕПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ, содержащее цилиндр с радиальными перепускными отверстиями, золотник, нагруженный пружиной, и стопорную гайку, отличающееся тем, что оно снабжено наружным корпусом, соединенным с двух сторон резьбовым соединением с верхним и нижним переводниками, между которыми установлен внутренний корпус, в котором размещена пружина и золотник, последний выполнен в виде дифференциального плунжера, в верхнем переводнике выполнены радиальный канал, сообщенный с затрубным пространством, размещенные по окружности осевые каналы для прохода добываемой жидкости, и центральный осевой канал, сообщенный с радиальным каналом и полостью внутреннего корпуса, в нижнем переводнике выполнены радиальный канал, размещенные по окружности осевые каналы для прохода добываемой жидкости и центральный осевой канал, перекрываемый торцом дифференциального плунжера и сообщенный через радиальный канал с полостью обсадной колонны ниже электронасоса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено изогнутым патрубком, медной трубкой, переходником и хвостовиком, в нижнем переводнике выполнен продольный паз, в котором размещен соединенный с радиальным каналом изогнутый патрубок, последний последовательно соединен с медной трубкой, проходящей вдоль электронасоса, переходником и хвостовиком, посредством которых центральный канал сообщен с полостью обсадной колонны ниже электронасоса.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в дифференциальном плунжере выполнены сообщенные между собой и с центральным каналом нижнего переводника проточка, сквозной радиальный канал, расположенный в зоне проточки, и глухой центральный канал для сброса утечек, возникающих в плунжерной паре, а между цилиндром и внутренним корпусом установлена прокладка, ниже которой в цилиндре выполнено отверстие, сообщенное с проточкой.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено резиновым стаканом, закрепленным на верхней части внутреннего корпуса и имеющим пробку, втулку и гайку для заливки масла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4