СПОСОБ ЗАПУСКА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
CENTRIFUGAL PUMP STARTING METHOD

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к эксплуатации электроцентробежных насосов для подъема жидкости из скважин, преимущественно высоковязкой нефти.
Известен способ запуска центробежного насоса, установленного в скважине на насосно-компрессорных трубах, путем создания положительной разности давлений на входе и выходе насоса, раскрутку ротора в турбинном режиме и включения электродвигателя насоса. [Каплан Л.С. Особенности эксплуатации обводненных скважин погружными центробежными насосами. Обзорная информация, Москва]
Недостаток способа - сложность технологии запуска и потребность в дополнительном поверхностном насосе.
Наиболее близким к изобретению является способ запуска центробежного насоса после длительных остановок, установленного в скважине на насосно-компрессорных трубах, путем включения электродвигателя насоса (SU 1019111 А, 23.05.1983). В известном способе насос откачивает газированную жидкость, а положительную разность давлений на входе и выходе насоса осуществляют путем выпуска газа из верхней части колонны труб.
Недостаток способа заключается в том, что он может быть применим только при сравнительно высоких газовых факторах и непродолжительных остановках, так как при длительных остановках (более 8 часов) скважина оказывается заполненной дегазированной продукцией, поэтому раскрутка ротора в турбинном режиме не может быть осуществлена.
ст
Дело в том, что при длительных остановках (более 8 часов), скважина и насосно-компрессорные трубы оказываются заполненньми продукцией повышенной вязкости и плотности. Плотность и вязкость дегазированной нефти значительно превосходят характеристики для газированной нефти как из-за отсутствия в ней легких фракций, так и из-за более низкой температуры в стволе скважины по сравнению с пластовой. При этом в скважине устанавливается статический уровень Н (см. фиг.1), высота которого определяется пластовым давлением и плотностью дегазированной нефти. Если в этом положении включить электродвигатель насоса, уровень в скважине начнет снижаться до положения динамического уровня, насос будет подавать продукцию высокой вязкости и плотности, но при этом из-за перегрузки электродвигателя высока вероятность его выхода из строя, что сопряжено с необходимостью замены насоса с проведением подземного ремонта.
Задачей изобретения является создание способа запуска центробежного насоса после длительных остановок, который сводит к минимуму вероятность отказа электродвигателя установки из-за перегрузок при запуске.
Технический результат достигается тем, что в способе запуска центробежного насоса после длительных остановок, установленного в скважине на насосно-компрессорных трубах, путем включения электродвигателя насоса согласно изобретению запуск осуществляют в два этапа: сначала включают электродвигатель на время, достаточное для подъема жидкости в насосно-компрессорных трубах на высоту, составляющую 60-70% от величины статического уровня, затеи отключают на время восстановления статического уровня жидкости в затрубном пространстве скважины на 80-90%, после чего электродвигатель запускают на постоянную работу.
Схема осуществления способа показана на чертежах, где:
На фиг.1 изображен центробежный насос в скважине перед запуском.
На фиг.2 - то же, во время запуска.
Обозначения, используемые на чертежах:
1 - погружной центробежный насос;
2 - насосно-компрессорные трубы;
3 - обсадная колонна скважины.
ст
H - статический уровень в скважине;
дин
H - динамический уровень в скважине;
пр
H - положение уровня в насосно-компрессорных трубах на втором этапе при запуске насоса по изобретению;
∂н
ρ - плотность дегазированной нефти;
гн
ρ - плотность газированной нефти,
Способ запуска центробежного насоса 1 после длительных остановок осуществляют в два этапа.
пр
ст
ст
гн
На первом этапе включают электродвигатель насоса 1 на время, достаточное для подъема жидкости в насосно-компрессорных трубах 2 на промежуточную высоту H, составляющую 60-70% от величины статического уровня H (фиг.2), при этом уровень жидкости в затрубном пространстве понижается, затем электродвигатель отключают. Продолжительность отключения должна быть такова, чтобы уровень жидкости в затрубном пространстве обсадной колонны 3 скважины восстановился на высоту, составляющую 80-90% от статического уровня Н. Восстановление уровня происходит за счет поступления в скважину из пласта газированной нефти с более высокой (пластовой) температурой и пониженными вязкостью и плотностью ρ. Теплая легкая маловязкая нефть всплывает в жидкости, заполняющей обсадную колонну 3 скважины, и поступает к приему насоса 1 и в затрубное пространство скважины.
На втором этапе, после восстановления уровня на 80-90% от статического, электродвигатель насоса 1 запускают на постоянную работу.
Таким образом, предлагаемый способ запуска центробежного насоса 1 характеризуется новыми технологическими операциями.
пр
ст
1. Включение электродвигателя на время, достаточное для подъема жидкости в насосно-компрессорных трубах на промежуточную высоту H, составляющую 60-70% от величины статического уровня H.
2. Отключение электродвигателя на восстановление уровня жидкости в затрубном пространстве 3 скважины на высоту, составляющую 80-90% от статического уровня
ст
H. Восстановление уровня происходит за счет поступления в скважину из пласта газированной нефти с более высокой (пластовой) температурой, пониженной вязкостью и пониженной плотностью.
Восстановление уровня начинается сравнительно с высокой скоростью, а затем она постепенно затухает, поэтому не имеет смысла дожидаться полного восстановления уровня, а следует ограничиться величиной 80-90%. Скважины, эксплуатирующиеся погружными центробежными насосами, имеют высокий коэффициент продуктивности и, как правило, в течение 25-35 мин уровень восстанавливается на указанную величину.
3. Запуск электродвигателя насоса на постоянную работу после восстановления уровня жидкости в затрубном пространстве скважины на 80-90%. При этом теплая, легкая, маловязкая нефть всплывает в жидкости, заполняющей скважину, и поступает к приему насоса и в затрубное пространство скважины.
пр
ст
Включение электродвигателя на время, достаточное для подъема жидкости в насосно-компрессорных трубах на промежуточную высоту H, составляющую 60-70% от величины статического уровня H, с последующим его отключением позволяет избежать перегрузки электродвигателя, так как давление на выходе насоса 1 окажется на 60-70% меньше, чем при работе без отключения. Такой вывод следует из следующих очевидных равенств:
давление на выходе насоса при запуске в один этап составит
1
∂н
cт
P=ρg·H,
где g - ускорение силы тяжести.
пр
ст
При включении электродвигателя на время подъема жидкости в насосно-компрессорных трубах 2 на промежуточную высоту Н=0,7Н, насос будет развивать давление
2
∂н
пр
∂н
cт
P=ρg·H≈ρg·0,7H.
2
1
Другими словами, P≈0,7P.
пр
гн
∂н
2
1
При дальнейшей работе насоса и подъеме жидкости в насосно-компрессорных трубах от промежуточной высоты H до устья скважины давление будет расти, но в меньшей степени, чем при запуске традиционным методом в один этап, так как насос будет поднимать теплую, газированную маловязкую нефть плотностью ρ≤ρ и давление Р при этом всегда будет меньше, чем 0,7P.
Таким образом, предлагаемый способ запуска центробежного насоса обладает следующими преимуществами:
- запуск центробежного насоса по изобретению осуществляется при меньших давлениях, чем при традиционном способе запуске в один этап;
- запуск при меньших давлениях страхует двигатель от пусковых перегрузок;
- способ осуществим при любых величинах газового фактора;
- для осуществления способа запуска не требуется дополнительного оборудования и установок;
- способ особенно эффективен при запуске насосов после подземного ремонта в скважинах, задавленных тяжелой жидкостью.
Пример осуществления
В скважине на глубине 1400 м установлен погружной центробежный насос.
ст
Статический уровень жидкости H - 1000 м.
д
Динамический уровень жидкости H - 1200 м.
пр
Положение уровня в насосно-компрессорных трубах на втором этапе при запуске насоса по изобретению H = 700 м.
∂н
3
Плотность дегазированной нефти ρ=850 кг/м.
гн
3
Плотность газированной нефти в условиях приема насоса ρ=600 кг/м.
Давление на выходе насоса при запуске в один этап (фиг.1. А) составит:
1
∂н
ст
2
P=ρg·H=85 кгс/см.
Давление на выходе насоса при запуске по изобретению (фиг.2) составит на первом этапе:
1
2
∂н
ст
P=ρg·0,7H=95,5 кгс/см.
На втором этапе:
2
2
гн
ст
пр
Р=ρg·(H-H)=18 кгс/см.
Давление на выходе насоса при запуске по изобретению (фиг.2) на втором этапе составит:
2
1
2
2
P=P+P=59,5+18=77,5 кгс/см.
2
Таким образом, по изобретению насос будет запущен при меньшем давлении на выходе насоса на величину (85-77,5)=7,5 кгс/см