Сепаратор твердых частиц и газа погружного электронасоса

 

Изобретение предназначено для использования в нефтяной промышленности и в конструкциях погружных электронасосов (ПН) для откачивания из скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием механических примесей (МП) и газа. В компоновку ПН на напорный патрубок дополнительно установлен сепаратор (С), выполненный отдельным модулем и состоящий из эжектора и коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для входа пластовой жидкости. Камера сбора МП гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости. Для подачи очищенной жидкости С соединен с входом ПН питающим трубопроводом, проложенным вдоль корпуса ПН рядом с кабелем питания электродвигателя. Для уменьшения поперечных размеров установки трубопровод имеет овальное сечение. Позволяет увеличить срок эксплуатации ПН без изменения его конструкции путем отделения МП и газа от подаваемой на вход ПН жидкости и обеспечения их дальнейшего подъема на поверхность, а также использования газа в качестве дополнительной подъемной силы в колонне напорных труб. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в конструкциях погружных насосов для откачивания из скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием механических примесей и газа.

Современные конструкции погружных центробежных электронасосов предназначены для откачки пластовой жидкости с максимальным содержанием твердых частиц 0,05 г/л и максимальной объемной долей свободного газа на входе в насос 25% [1].

Однако на практике содержание твердых частиц (механических примесей) может превышать норму в 10-15 раз. В результате происходит интенсивный износ насоса, что снижает межремонтный период скважины и приводит к дорогостоящей замене скважинного оборудования.

Растворенный в пластовой жидкости газ в результате разряжения выделяется в свободном виде, попадает на всасывающую линию насоса и приводит к срыву его подачи. При этом прекращается ток жидкости, электродвигатель перестает охлаждаться и перегорает, что влечет за собой необходимость его замены.

Очевидно, что существующие конструкции насосов по своим характеристикам не удовлетворяют условиям эксплуатации, поэтому необходимо устройство, позволяющее производить очистку добываемой жидкости до поступления ее в насос.

Для уменьшения количества свободного газа в добываемой жидкости насосную установку комплектуют газосепаратором, который выполнен отдельным модулем и устанавливается на входной линии насоса.

Недостаток данного устройства в том, что оно не предназначено для отделения механических примесей, а отсепарированный в ходе работы газ отводится в затрубное пространство скважины, что исключает возможность использования его подъемной силы.

Существует струйный насос, который используется совместно с газосепаратором и устанавливается на напорной линии погружного электронасоса [2]. Струйный насос помимо прочего предназначен для подачи отсепарированного газа в напорные трубы из затрубного пространства скважины, благодаря чему используется его подъемная сила при подъеме жидкости.

Недостаток такого устройства в том, что оно не позволяет устранить вредное воздействие механических примесей на насос.

Существует скважинное устройство для очистки флюидов от механических примесей [3] . Устройство состоит из сепаратора и отстойника для отделенных примесей, установленных на всасывающей линии насоса.

Недостаток данной схемы заключается в том, что при заполнении отстойника сепарация прекращается и примеси с жидкостью поступают в насос, вызывая его износ. Для возобновления работы сепаратора необходим подъем всей установки для очистки отстойника.

Известна скважинная насосная установка [4] , содержащая центробежный насос с эжектором на напорном патрубке, сообщенным с камерой сбора механических примесей сепаратора, размещенного со стороны приема насоса, позволяющая отделять механические примеси и газ до попадания жидкости в насос с последующим выносом их на поверхность.

Недостатки данной установки заключаются в том, что в ней электродвигатель расположен выше насоса. Однако наибольшее распространение получили насосные установки с нижним расположением электродвигателя. Кроме того, сепарирующий узел выполнен таким образом, что отделенный газ выводится в затрубное пространство скважины, в результате чего снижается кпд установки и исключается возможность использования подъемной силы газа при подъеме жидкости.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка [5], позволяющая отделять механические примеси до попадания жидкости в насос с последующим выносом его на поверхность. Установка состоит из гидроциклона, внутренняя цилиндрическая часть которого для закручивания жидкости выполнена в виде винтовой поверхности, и эжектора, являющегося частью нагнетательной трубы и соединенного с гидроциклоном патрубками для подачи примесей. Очищенная жидкость поступает на всасывающую линию по кольцевому зазору, образованному кожухом и корпусом насоса.

Данная установка имеет следующие недостатки. Подвод отделенных примесей к эжектору осуществляется по патрубкам малого сечения, что повышает гидравлические потери и возможность засорения. Не учитывается влияние газа, который в результате разряжения будет выделяться в свободном виде и поступать вместе с очищенной жидкостью в насос, что может привести к срыву его подачи. Насос заключен в кожух, что увеличивает размер установки в поперечном сечении и затрудняет подвод кабельной линии к электродвигателю.

В основу изобретения положена задача увеличения срока эксплуатации погружного насоса без изменения его конструкции путем отделения механических примесей и газа от добываемой жидкости и обеспечения их дальнейшего подъема на поверхность с использованием дополнительной подъемной силы газа в колонне напорных труб и упрощения конструкции сепаратора.

Технический результат достигается тем, что в скважинной насосной установке, содержащей электродвигатель и центробежный насос, на напорный патрубок дополнительно установлен сепаратор, состоящий из эжектора и коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для входа скважинной жидкости, причем камера сбора механических примесей гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости, а гидроциклон расположен конусной частью вверх. Сепаратор соединен с входом насоса питающим трубопроводом, проложенным вдоль корпуса насоса рядом с кабелем питания электродвигателя и имеющим овальное сечение.

На фиг.1 представлена скважинная насосная установка с сепаратором, продольный разрез; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 приведена схема взаимного расположения кабельной линии электродвигателя, питающего трубопровода и насоса.

Сепаратор (фиг.1) устанавливается на напорную линию насоса 1 и включает в себя выполненные совместно гидроциклон и эжектор.

Гидроциклон 2 сепаратора имеет отверстия 3 для подвода скважинной жидкости, выполненные тангенциально для придания ей вращательного движения. Для использования подъемной силы выделяющегося в результате разряжения газа и прямого отвода его и механических примесей гидроциклон 2 расположен конусной частью вверх.

Отвод очищенной жидкости осуществляется через сливной патрубок 4, проточную камеру 5 и далее по питающему трубопроводу 6 на всасывающую линию насоса 1.

Питающий трубопровод 6 проложен вдоль корпуса насоса 1 рядом с кабелем 7 (фиг. 4) и фиксируется клямсами 8. Для уменьшения поперечного размера установки и сохранения наибольшего сечения трубопровода 6 он выполнен овальным.

Жидкость с отделенными механическими примесями и газом всасывается и выносится эжектором, содержащим напорный патрубок 9 с соплом 10 и диффузор 11 с камерой смешения 12, фиксируемые в корпусе гидроциклона 2 гайками 13 и 14. Для более точной установки длинный напорный патрубок 9 центрируется направляющими, выполненными совместно со сливным патрубком 4 (фиг.3).

Сопло 10 и камера смешения 12 выполняются из износостойких материалов и фиксируются гайками 15 и 16.

Оптимальное расстояние между соплом 10 и камерой смешения 12 устанавливается подбором необходимого числа и толщины регулировочных шайб 17.

Сепаратор работает следующим образом.

Перекачиваемая жидкость за счет перепада давлений, создаваемого погружным насосом 1 и эжектором, поступает в гидроциклон 2 через тангенциальные отверстия 3, приобретает вращательное движение и перемещается вверх. При этом за счет центробежных сил более тяжелые механические примеси отбрасываются к корпусу гидроциклона 2, а более легкий газ, выделяющийся в результате разряжения, движется вдоль сливного патрубка 4. Очищенная жидкость за счет разряжения, создаваемого погружным насосом 1, попадает в сливной патрубок 4, а газ под действием подъемной силы устремляется вверх и смешивается с флюидом, содержащим механические примеси.

Очищенная жидкость через сливной патрубок 4, проточную камеру 5 и далее по питающему трубопроводу 6 поступает на всасывающую линию насоса 1.

Пройдя через насос 1, жидкость приобретает энергию в виде напора, а на выходе из сопла 10 приобретает высокую скорость.

Струя жидкости, выходя из сопла 10, в результате эжекции захватывает флюид с механическими примесями и газом, смешивается с ним в камере смешения 12 и через диффузор 11 попадает в колонну напорных труб.

В дальнейшем при подъеме жидкости на поверхность дополнительно используется подъемная сила газа, что позволит снизить энергетические затраты и увеличить кпд установки.

Таким образом, погружной электронасос перекачивает очищенную жидкость, а механические примеси и газ выносятся на поверхность.

Экономический эффект от внедрения изобретения можно получить за счет увеличения срока безаварийной работы погружного центробежного электронасоса, что снизит простои скважины и затраты на проведение ремонта.

Источники информации 1. С.А.Махмудов, М.С.Абузерли. Монтаж, обслуживание и ремонт скважинных электронасосов. Справочник. М.: Недра, 1995 г., 217 с.

2. Рекламный проспект АО "ЭНАИС", технология "Тандем".

3. Рекламный проспект НПО "СибирьСервисТехнология", скважинное устройство для очистки флюидов от механических примесей СГЦФ-02.

4. И.Б.Лифтман и др. Скважинная насосная установка. А.с. РФ 2056541, 6 F 04 D 13/10, 1982 г.

5. А. И. Фабриков, А.А.Сильченков. Насосная установка с устройством для отделения механических примесей от перекачиваемой жидкости. А.с. СССР 440499, F 04 D 13/12, 1974 г.

Формула изобретения

1. Сепаратор твердых частиц и газа погружного электронасоса, состоящий из коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для подвода скважинной жидкости и эжектора, устанавливаемый на напорной линии насоса, отличающийся тем, что камера сбора механических примесей гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости, а трубопровод для подвода очищенной жидкости к насосу проложен вдоль корпуса насоса рядом с кабелем питания электродвигателя.

2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон расположен конусной частью вверх.

3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что сечение трубопровода выполнено овальным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4