ПОГРУЖНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
SUBMERSIBLE PUMP UNIT

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию, а именно к погружным насосным агрегатам перевернутого типа, спускаемым на грузонесущем кабеле в скважины малого диаметра.
Известен малогабаритный погружной насосный агрегат, состоящий из электроцентробежного насоса (ЭЦН) с предвключенными устройствами, маслонаполненного погружного электродвигателя (ПЭД), гидрозащиты и токопроводящего кабеля, выполненный с поперечным размером 98,3 мм и предназначенный для скважин с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 105 мм [патент на ПМ №22205 РФ, F04D 13/10, 2002], а также малогабаритный погружной насосный агрегат с наружным диаметром 82 мм для спуска на лифте насосно-компрессорных труб (НКТ) в обсадную колонну с внутренним диаметром 88.9 мм, состоящий из ЭЦН, вентильного электродвигателя с регулируемой частотой вращения, гидрозащиты и токоподводящего кабеля с плоскими изолированными жилами (патент на ПМ №109513 РФ, F04D 13/10, 2011).
Габариты описанных насосных агрегатов и взаимное расположение их составляющих, например, проходящий снаружи токопроводящий кабель, не позволяют спускать их в дополнительную колонну с внутренним диаметром менее 88.9 мм (НКТ 73), что бывает необходимо при откачке нефти насосными агрегатами из скважин с изношенными обсадными колоннами.
Известен погружной насосный агрегат, спускаемый на грузонесущем кабеле в обсадную колонну и состоящий из маслонаполненного ПЭД, гидрозащиты, ЭЦН и пакера (US Patent №4928771, E21E 43/00, 1990).
Недостаток погружного насосного агрегата состоит в том, что поднимаемая им на поверхность жидкость оказывает на обсадную колонну высокое давление, равное давлению выкида ЭЦН, что ограничивает его применение без дополнительной колонны. Кроме того, возможна коррозия, износ, а также отложение солей и парафина на обсадных трубах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является погружной насосный агрегат, спускаемый на грузонесущем кабеле в дополнительную колонну внутри обсадной колонны, который содержит последовательно соединенные грузонесущую муфту, маслонаполненный ПЭД, гидрозащиту, выкидной модуль, ЭЦН, всасывающий канал с обратным клапаном, уплотнитель между дополнительной колонной и обсадной колонной и уплотнитель между ЭЦН и дополнительной колонной (А.с. СССР №408054, F04D 13/10, 1972).
Недостатком принятого за прототип погружного насосного агрегата является низкая надежность входящего в его состав маслонаполненного ПЭД, поскольку одна нижняя гидрозащита не способна обеспечить гарантированную защиту ПЭД от действующего в дополнительной колонне высокого давления выкида ЭЦН. Кроме того, из-за расположения обратного клапана в нижней части всасывающего канала известный агрегат применяется преимущественно для откачки пластовой жидкости, не содержащей механических примесей, например, йодобромной воды, поскольку в противном случае частицы попадут в ЭЦН при его остановке и вызовут износ рабочих органов при последующем включении.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности погружного насосного агрегата и расширение его функциональных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружном насосном агрегате, спускаемом на грузонесущем кабеле в дополнительную колонну внутри обсадной колонны и содержащем маслонаполненный ПЭД, гидрозащиту, выкидной модуль, ЭЦН, всасывающий канал, обратный клапан и уплотнитель между ЭЦН и дополнительной колонной, согласно изобретению над маслонаполненным ПЭД дополнительно установлен компенсатор с внутренним каналом, в котором проложены токопроводящие жилы грузонесущего кабеля, закрепленные в колодках штепсельных разъемов, установленных в головке и в основании, а обратный клапан размещен между выкидным модулем и ЭЦН.
На фиг. 1 схематично изображен заявляемый погружной насосный агрегат, на фиг. 2 - продольный разрез компенсатора.
Погружной насосный агрегат состоит из последовательно расположенных сверху вниз грузонесущего кабеля 1, грузонесущей муфты 2, компенсатора 3, маслонаполненного ПЭД 4, гидрозащиты 5, выкидного модуля 6, обратного клапана 7, ЭЦН 8 и хвостовика с всасывающим каналом 9 (фиг. 1). Составляющие 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 погружного насосного агрегата соединены между собой с помощью бесфланцевого соединения (см., например, патент №2310772 РФ, F04D 13/10, 2006), благодаря чему диаметр насосного агрегата в сборе не превышает диаметр его составляющих. В заполненном маслом компенсаторе 3, установленном между грузонесущей муфтой 2 и маслонаполненным ПЭД 4, имеется центральный канал 10, в котором проложены токопроводящие жилы 11 грузонесущего кабеля 1 для питания ПЭД 4 (фиг. 2). Концы токопроводящих жил 11 заделаны в колодки штепсельных разъемов 12 и 13, расположенные соответственно в головке 14 и основании 15 компенсатора 3. Размещение токопроводящих жил 11 внутри, а не снаружи компенсатора 3 сохраняет его габаритный размер после монтажа на скважине на минимально возможном уровне 55 мм. На хвостовике 9 прикреплен уплотнитель 16, например, в виде механического пакера или эластомера, набухающего в пластовой жидкости. К хвостовику 9 присоединен скважинный фильтр 17 для защиты ЭЦН от механических примесей (фиг. 1). Погружной насосный агрегат находится в дополнительной колонне 18 из НКТ 73 с внутренним диаметром 62 мм, которая в свою очередь помещена в обсадную колонну 19. Компенсатор 3 вместе с гидрозащитой 5 предотвращают возникновение гидроудара в маслонаполненном ПЭД 4 при любой скорости спуска погружного насосного агрегата в дополнительную колонну 18. Это уменьшает затрачиваемое на эту операцию время. Уплотнитель 16 перекрывает кольцевой зазор между хвостовиком 9 и дополнительной колонной 18, при этом скважинный фильтр 17 оказывается за пределами последней. В отличие от прототипа, уплотнитель между дополнительной и обсадной колонной не устанавливается, поскольку динамический уровень жидкости в скважине колеблется при работе ЭЦН. Дополнительная колонна может быть снабжена внизу клапаном-отсекателем для выполнения спускоподъемных операций без глушения скважины.
Погружной насосный агрегат работает следующим образом.
От станции управления питающее напряжение по грузонесущему кабелю 1 с грузонесущей муфтой 2, токопроводящим жилам 11 в центральном канале 10, колодкам штепсельных наконечников 12, 13 в головке 14 и основании 15 компенсатора 3 подводится к обмоткам маслонаполненного ПЭД 4 и приводит его в работу. Вращение от ПЭД 4 передается через гидрозащиту 5, выкидной модуль 6 и обратный клапан 7 к ЭЦН 8. Пластовая жидкость всасывается через скважинный фильтр 17, освобождается от частиц породы и через внутренний канал хвостовика 9 поступает в ЭЦН 8. Пройдя ЭЦН 8 и приобретя необходимый напор, жидкость через открытый обратный клапан 7 и выкидной модуль 6 попадает в пространство дополнительной колонны 18 и поднимается на дневную поверхность.
Компенсатор 3, функционирующий в тендеме с гидрозащитой 5, повышает надежность защиты ПЭД 4 от проникновения пластовой жидкости при температурных колебаниях, возникающих при его остановках, и, следовательно, поднимает результативность всего погружного насосного агрегата.
В случае отключения ЭЦН 8, например, при закупоривании скважинного фильтра 17 обратный клапан 7 закрывается, что предотвращает осаждение в ЭЦН мелкодисперсных частиц, находящихся в дополнительной колонне 18.
Предлагаемый погружной насосный агрегат может также найти применение для удаления воды из газовых скважин.