ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО НАСОСА
SUBMERSIBLE PUMP INPUT DEVICE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности может быть использовано для поочередной подачи на прием скважинного насоса нефти и воды при эксплуатации обводненных, высокодебитных скважин с высоковязкой нефтью, осложненных образованием высоковязкой водонефтяной эмульсии в колонне насосно-компрессорных труб.
Известно входное устройство скважинного насоса (патент РФ №2300666, МПК F04B 47/00, опубл. 10.06.2007 г., бюл. №16), содержащее соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, входной конец которого выведен за отстойную камеру, расположенный ниже отстойной камеры стакан с отверстиями в верхней части, который соединен с отстойной камерой входным каналом, выполненным в виде трубки, при этом между отстойной камерой и стаканом размещена дополнительная камера, оснащенная верхней и нижней крышками, а входной канал выполнен составным из верхнего и нижнего патрубков, заглушенных соответственно сверху и снизу, снабженных соответственно верхними и нижними боковыми отверстиями, причем верхний патрубок жестко соединен с верхней крышкой дополнительной камеры и негерметично с переводником скважинного насоса, а нижний патрубок жестко соединен с нижней крышкой и с днищем стакана, при этом дополнительная камера сообщается при помощи верхнего и нижнего патрубков через верхние и нижние боковые отверстия соответственно с внутренними пространствами отстойной камеры и стакана, причем входной конец U-образного подводящего патрубка выполнен в виде боковых отверстий в отстойной камере, расположенных на одном уровне с верхними боковыми отверстиями верхнего патрубка, а U-образный подводящий патрубок образован герметично вставленной между верхней крышкой дополнительной камеры и переводником приемной части скважинного насоса трубой, размещенной между отстойной камерой и верхним патрубком и выполненной с боковыми отверстиями, расположенными ниже боковых отверстий отстойной камеры.
Недостатками этого устройства являются возможность попадания в него нефти в высокодебитных скважинах во время отбора воды через нижний патрубок входного канала, поскольку скорость воды при движении вниз по внутреннему пространству стакана кратно превышает скорость всплытия нефти в воде, что приводит к уменьшению разности плотностей жидкостей, поступающих в устройство, нарушению расчетного гравитационного гидростатического взаимодействия столбов жидкостей в U-образном подводящем патрубке и во входном канале, приводящее к снижению стабильности переключения устройства с отбора воды на отбор нефти и обратно, а также его низкая надежность при эксплуатации скважин с высоковязкой нефтью, при откачке которой возрастают гидравлические потери в U-образном подводящем патрубке.
Более близким по технической сущности и достигаемому результату является входное устройство скважинного насоса (патент на полезную модель РФ №55893, МПК F04B 47/00, опубл. 27.08.2006 г., бюл. №24), содержащее соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой размещен U-образный подводящий канал, один конец которого выведен за отстойную камеру, причем ниже отстойной камеры расположен стакан с отверстиями, который соединен с отстойной камерой входным каналом сечением, меньшим проходного сечения отстойной камеры, при этом нижний конец входного канала расположен ниже отверстий стакана, а верхний конец - в отстойной камере, при этом площадь внутреннего сечения между входным каналом и стаканом выбрана таким образом, что максимальная скорость течения воды вниз в этом сечении может превышать скорость всплытия нефти в воде не более чем в два раза, а минимальный объем внутреннего пространства между входным каналом и стаканом должен быть не менее половины объема жидкости, поступающей в насос при всасывании, при этом отстойная камера и стакан расположены в едином корпусе, где они разделены перемычкой, а U-образный подводящий канал и входной канал образованы продольными перегородками внутри корпуса, причем верхний конец входного канала расположен на уровне конца U-образного подводящего канала, выведенного за отстойную камеру.
Недостатками этого устройства являются невозможность его использования в высокодебитных скважинах из-за попадания в устройство нефти во время отбора воды через нижний конец входного канала, поскольку скорость воды при движении вниз в стакане в несколько раз превышает скорость всплытия нефти в воде, что приводит к снижению плотности воды, вследствие чего снижается стабильность работы устройства, а также низкая надежность при работе с высоковязкой нефтью, при откачке которой возрастают гидравлические потери в U-образном подводящем канале, и давление столба воды во входном канале становится недостаточным для компенсации возросших гидравлических потерь.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет повышения стабильности работы в высокодебитных скважинах и надежности при работе с высоковязкой нефтью.
Указанная техническая задача решается входным устройством скважинного насоса, содержащим соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой размещен U-образный подводящий канал, вход которого выведен за отстойную камеру, расположенный ниже отстойной камеры стакан с отверстиями в верхней части, который соединен с отстойной камерой входным каналом, при этом площадь внутреннего сечения между входным каналом и стаканом выбрана таким образом, что максимальная скорость течения воды вниз в этом сечении может превышать скорость всплытия нефти в воде не более чем в два раза, а минимальный объем внутреннего пространства между входным каналом и стаканом не менее половины объема жидкости, поступающей в насос при всасывании, верхний конец входного канала расположен на уровне конца U-образного подводящего канала.
Новым является то, что ниже стакана последовательно установлены аналогичные дополнительные стаканы, количество которых находится в прямой зависимости от производительности скважинного насоса, при этом входной канал сообщен с нижней частью каждого стакана входным калиброванным отверстием, выше которого установлен фильтр, а между отстойной камерой и стаканом входной канал снабжен дополнительной камерой, при этом калиброванные отверстия выполнены с возможностью поддержания одинаковой скорости перетекания воды из соответствующего стакана во входной канал.
На чертеже изображена схема входного устройства в разрезе.
Входное устройство содержит соединенную с переводником 1 приемной части скважинного насоса (на чертеже не показан) отстойную камеру 2, в которой размещен U-образный подводящий канал 3. Конец 4 U-образного подводящего канала 3 сообщен с межтрубным пространством скважины (на чертеже не показана). Ниже отстойной камеры 2 расположен стакан 5, который снизу соединен последовательно с дополнительными стаканами 5'. Стакан 5 и дополнительные стаканы 5' имеют входные отверстия 6 и 6'. Калиброванные отверстия 7 и 7', выполненные в нижней части 8' входного канала 8, расположены в нижней части стакана 5 и каждого дополнительного стакана 5'. Между входными отверстиями 6 и 6' и калиброванными отверстиями 7 и 7' установлены фильтры 9 и 9'. Между отстойной камерой 2 и стаканом 5 размещена дополнительная камера 10 для удлинения входного канала 8. U-образный подводящий канал 3 имеет полость 11, сообщенную с переводником 1, и полость 12, сообщенную через конец 4 с межтрубным пространством скважины.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливается в скважине непосредственно под скважинным насосом с помощью переводника 1. Скважинный насос пускают в работу. Поступающая в скважину при работе скважинного насоса смесь пластовых жидкостей по мере подъема от пласта (на чертеже не показан) до скважинного насоса под действием гравитационных сил разделяется на нефть и воду с образованием границы ВПК. Над границей ВНК в межтрубном пространстве скважины выше скважинного насоса находится нефть, ниже границы ВНК- вода. Граница ВНК перемещается между концом 4 U-образного подводящего канала 3 и отверстием 6 стакана 5, поскольку происходит переключение устройства на отбор либо воды, либо нефти за счет нарушения равновесия столбов жидкости в каналах устройства.
Нефть поступает в устройство через конец 4 U-образного подводящего канала 3 по полости 12, движется вниз, поступает в отстойную камеру 2, далее вверх по полости 11 U-образного подводящего канала 3 в переводник 1, который соединен с приемным патрубком скважинного насоса, затем скважинным насосом поднимается на поверхность.
По мере отбора нефти из скважины граница ВНК поднимается, равновесие столбов жидкостей в U-образном подводящем канале 3 и входном канале 8 нарушается, и устройство переключается на отбор воды.
Вода поступает в стакан 5 и дополнительные стаканы 5' через отверстия 6 и попадает в нижнюю часть 8' входного канала 8 через калиброванные отверстия 7 и 7' и далее через дополнительную камеру 10, входной канал 8 и переводник 1, в приемный патрубок скважинного насоса.
Для поддержания одинаковой скорости воды из стакана 5 и дополнительных стаканов 5' в нижнюю часть 8' входного канала 8 выполнены калиброванные отверстия 7 и 7' в нижних частях стаканов 5 и 5'.
По мере отбора воды из скважины граница ВНК снижается, равновесие столбов жидкости в U-образном подводящем канале 3 и входном канале 8 нарушается и происходит переключение устройства на отбор нефти. Далее циклы повторяются.
С целью снижения скорости движения воды вниз в стакане 5 до скоростей, соразмерных скоростям всплытия нефти в воде, ниже стакана 5 последовательно установлены аналогичные дополнительные стаканы 5'. Нефть, поступающая с водой в стакан 5 и дополнительные стаканы 5' в цикле всасывания скважинного насоса, не попадает во входной канал 8, поскольку объем стаканов 5 и 5' превышает объем скважинного насоса. Количество стаканов 5 и 5' находится в прямой зависимости от производительности скважинного насоса. Для предотвращения засорения калиброванных отверстий 7 и 7' непосредственно над ними в каждой секции установлены фильтры 9 и 9'. Дополнительная камера 10 предназначена для увеличения длины входного канала 8, что позволяет переключать поток воды на поток нефти при добыче высоковязкой нефти, когда вследствие увеличения сил гидродинамического сопротивления в полостях 11, 12 для переключения требуется увеличение высоты столба воды во входном канале 8.
Скорость движения нефти при выходе из полости 12 снижается, так как площадь поперечного сечения отстойной камеры 2 кратно превышает площадь поперечного сечения полости 12, а направление потока нефти при поступлении ее в полость 11 меняется на противоположное. За счет этого происходит отделение от нефти механических примесей и оседание их на дне отстойной камеры 2.
Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность работы за счет повышения стабильности работы в высокодебитных скважинах и надежности при работе с высоковязкой нефтью.