Погружная насосная установка для добычи нефти
Владельцы патента RU 2516990:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" (RU)
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти погружными насосами из скважин, продукция которых содержит твердые частицы - механические примеси. Обеспечивает повышение надежности эксплуатации насосной установки для добычи нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц. Погружная насосная установка для добычи нефти содержит спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник. Центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом ротор центробежного сепаратора твердых частиц окружен неподвижной винтовой решеткой, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора центробежного сепаратора твердых частиц. Внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины. Нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса. 1 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти погружными насосами из скважин, продукция которых содержит твердые частицы - механические примеси.
Известно устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник (RU 2183256, 2002).
Известное устройство имеет низкую эффективность и надежность вследствие осуществления центробежной сепарации выше погружного электродвигателя непосредственно перед поступлением жидкости на прием насоса. При этом отделенные частицы оседают в отстойник по каналу, проходящему вдоль сепаратора. Кроме того, электроэнергия подводится к погружному двигателю по кабелю, проходящему вдоль насоса и центробежного сепаратора твердых частиц. Канал осаждения твердых частиц и кабель ограничивают в скважине диаметральный габарит сепаратора и его эффективность, что негативно влияет также на надежность эксплуатации. Помимо этого, канал осаждения твердых частиц из-за отсутствия движения в нем жидкости подвержен опасности засорения и зарастания грязью.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины (RU №2278959, 2004).
Известная установка имеет, как показали промысловые испытания, низкую надежность вследствие невозможности создания при ее работе гидравлического затвора, предотвращающего поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса, минуя центробежный сепаратор механических примесей по кольцевому пространству. Обеспечить гидравлический затвор в известной установке не удается из-за того, что при ее работе жидкость после ротора идет по пути наименьшего гидравлического сопротивления (часть - в насос, другая часть - в отстойник и трубу), а не по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины. Поэтому твердые частицы попадают в насос, что приводит к засорению, износу и преждевременным отказам оборудования.
Задачей настоящего изобретения является создание погружной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающей повышение надежности эксплуатации насосной установки для извлечения нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц.
Поставленная задача достигается тем, что в погружной насосной установке для добычи нефти, содержащей спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины, согласно изобретению, нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении защиты насоса от износа и засорения твердыми частицами, поступающими из пласта, за счет создания гидрозатвора в кольцевом пространстве и поддержания необходимого значения расхода в отстойник и трубу, что предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.
На чертеже представлена схема предлагаемой погружной насосной установки для добычи нефти.
Погружная насосная установка для добычи нефти содержит насос 1 с погружным электродвигателем 2, центробежный сепаратор твердых частиц 3 и отстойник 4, спущенные в скважину 5. Центробежный сепаратор твердых частиц 3 расположен ниже погружного электродвигателя 2.
На периферии ротора 6 центробежного сепаратора 3 размещена неподвижная винтовая решетка 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3.
Вал погружного электродвигателя 2 и вал 8 ротора 6 центробежного сепаратора 3 твердых частиц могут быть соединены, как показано на фиг.1, посредством герметичной (например, магнитной) муфты 9. Они могут быть соединены также иным способом, таким как использование шлицевой муфты с торцовым уплотнением и т.п. Внутри отстойника 4 размещена труба 10, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора 3 твердых частиц. Нижний конец трубы 10 сообщен с полостью скважины 5. Нижний конец трубы 10 может быть расположен глубже интервала перфорации 11 скважины 5, эксплуатирующей пласт 12, т.е. в зумпфе 13 скважины 5.
Центробежный сепаратор 3 имеет входную 14 и выходную 15 линии, а также каналы 16 отвода части потока жидкости с повышенной концентрацией твердых частиц в отстойник 4.
Энергия к электродвигателю 2 подается с поверхности по кабелю 17. Насос 1 спущен в скважину 5 на насосно-компрессорных трубах 18.
Нижний конец трубы 10 снабжен сужающимся соплом 19.
Погружная насосная установка для добычи нефти работает следующим образом.
Поток добываемой продукции поступает из пласта 12 в скважину 5 и затем - во входную линию 14 центробежного сепаратора 3. Во вращающемся роторе 6 сепаратора 3 происходит отделение твердых частиц от жидкости в поле центробежных сил. Твердые частицы с частью жидкости направляются по каналам неподвижной винтовой решетки 7, а затем по каналам 16 в отстойник 4 и оседают на его дне. Наличие неподвижной винтовой решетки 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3, способствует более эффективной транспортировке твердых частиц в отстойник 4. Очищенная жидкость идет в выходную линию 15 сепаратора 3.
Далее чистая жидкость идет в зазор между эксплуатационной колонной скважины 5 и погружным электродвигателем 2. Затем очищенная жидкость поступает в насос 1, который нагнетает ее по насосно-компрессорным трубам 18 на поверхность.
Для того чтобы предотвратить поступление неочищенной жидкости на прием насоса 1, минуя сепаратор твердых частиц 3, на валу 8 устанавливается ротор 6 с подачей, большей производительности насоса 1 не менее чем на 20%. При этом сопло 19 ограничивает до необходимой величины расход жидкости в отстойник 4 и трубу 10. Ротор 6 при вращении создает напор, и часть очищенной жидкости с выхода 15 центробежного сепаратора 3 направляется на его вход 14, вниз по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора 3 и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины 5. При этом создается гидравлический затвор, предотвращающий поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса 1, минуя центробежный сепаратор 3. Расход очищенной жидкости, поступающей вниз и создающий гидрозатвор, равен разности подачи ротора 6 центробежного сепаратора твердых частиц и суммы подачи насоса 1 и расхода, поступающего в отстойник 4 и трубу 10. Это обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу, предотвращающего зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями. Подбор проходного сечения сопла 19 осуществляется в зависимости от скважинных условий.
При переполнении отстойника 4 (это может произойти в случае длительной откачки продукции с очень высоким содержанием механических примесей) твердые частицы поступают по трубе 10 через сопло 19 в зумпф 13 скважины 5, расположенный ниже интервала перфорации 11.
Таким образом, снабжение нижнего конца трубы сужающимся соплом позволяет ограничивать и регулировать расход жидкости в отстойник и трубу, при этом превышение подачи центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% по сравнению с подачей насоса обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу. Последнее предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.
Погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины, отличающаяся тем, что нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса.
