УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ

Область техники и назначение
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности - к установкам для закачки жидкости в пласт.
Уровень техники
Известна Полезная модель «Установка для закачки жидкости в пласт» (патент №92089, RU, Е21В 43/20, опубликовано 10.03.2010), содержащая устьевую арматуру, центробежный насос, электродвигатель, колонну насосно-компрессорных труб, соединенную с центробежным насосом, обратный клапан, пакер, контейнер, соединенный неподвижно с устьевой арматурой и колонной НКТ. При этом центробежный насос установлен внутри контейнера, корпус насоса соединен неподвижно и герметично с устьевой арматурой, а вал насоса через герметизирующее устройство соединен с электродвигателем, расположенным на устьевой арматуре.
Недостатком данной установки является отсутствие возможности оперативного контроля герметичности канала закачки: контейнер - колонна НКТ-пакер, до начала ее эксплуатации.
Известна так же Полезная модель «Установка для закачки жидкости в пласт» (патент №184655, RU, Е21В 43/20, опубликовано 02.11.2018), содержащая: электроприводной насос с обратным клапаном, размещенным внутри контейнера, устьевую арматуру с гидравлическим каналом для сообщения потока закачиваемой жидкости с входом насоса, узел для проведения опрессовки, размещенный в нижней части контейнера, кольцевую полость, образованную между стенками контейнера и электроприводного насоса, гидравлически сообщенную с дополнительным гидравлическим каналом в устьевой арматуре.
Недостатком технического решения по патенту 184655 является то, что применяемый в ее составе узел для проведения опрессовки установлен в контейнере. В результате в момент работы бригады ремонта скважины по монтажу установки может быть выявлена только негерметичность контейнера или обратного клапана, а наличие утечек по колонне насосно-компрессорных труб может быть определено только после запуска насоса. Кроме того в установке по патенту 184655 вал электропривода соединен напрямую с валом насоса. Такой вариант соединения требует высокой точности изготовления деталей, так как наличие несоосности в месте соединения валов приведет к повышенным биениям в процессе эксплуатации установки и скорому разрушению уплотнительного узла вала электропривода. Так же в установке отсутствуют средства защиты уплотнительного узла от высокого давления жидкости закачки при аварийной остановке ее работы для случая негерметичности обратного клапана электроприводного насоса. Установка по патенту RU 184655 является наиболее близкой по технической сущности к заявляемой и принята за прототип.
Сущность полезной модели
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение надежности ее эксплуатации.
Поставленная задача решается заявляемой установкой для закачки жидкости в пласт, которая содержит электродвигатель, управляемый с устьевой станции управления и выполненный с возможностью установки на устьевой арматуре, электроприводной насос с обратным клапаном в контейнере, выполненном с возможностью соединения сверху с устьевой арматурой, а снизу с пакером через колонну насосно-компрессорных труб, узел для проведения опрессовки, при этом устьевая арматура содержит гидравлический канал, через который поток закачиваемой жидкости поступает на вход электроприводного насоса.
Технический результат, благодаря которому решается указанная задача, достигается за счет того, что в известной установке соединение валов электроприводного насоса и электродвигателя осуществляется с помощью компенсационной муфты, например пальцево-втулочной. Указанная муфта состоит из двух полумуфт, на одной из которых неподвижно закреплены пальцы с резиновыми втулками, через которые пальцы взаимодействуют с другой полумуфтой. Резиновые втулки могут сглаживать возникающие вибрации и колебания, а так же компенсировать динамические нагрузки во время запуска и торможения. Таким образом, применение в составе установки указанной муфты для передачи вращательного движения от вала двигателя валу насоса позволяет компенсировать смещение валов, появившееся, например, из-за неточности изготовления или погрешности выверки ведущего и ведомого элемента, и предотвратить колебания и удары, вызванные такого рода смещениями, которые могут неблагоприятно сказываться на работоспособности уплотнительного узла.
Так же в состав устьевой арматуры включен клапан сброса давления. Данный клапан установлен в месте размещения гидравлического канала, через который поток закачиваемой жидкости поступает на вход электроприводного насоса. Конструктивно клапан представляет подпружиненный запорный элемент, открытие которого осуществляется при расчетном перепаде давления. Подбор давления, при котором происходит открытие клапана сброса давления осуществляется из условий, чтобы оно было больше давления потока жидкости, поступающей по гидравлическому каналу на вход электроприводного насоса, но меньше давления, при котором произойдет разрушение уплотняющего узла, расположенного в гидравлическом канале и разделяющего зоны высокого и низкого давления. В случае аварийной остановки электроприводного насоса и отказа обратного клапана, установленного на выкиде насоса, жидкость закачки под высоким давлением из внутренней полости контейнера через каналы насоса поступит в гидравлический канал устьевой арматуры. Избыточное давление поступившей жидкости будет стравлено через открывшийся канал клапана, в результате чего разрушения уплотняющего узла не произойдет.
Кроме того узел для проведения опрессовки устанавливается под пакером. Благодаря данному техническому решению обеспечивается придание предлагаемой установке функции своевременного контроля герметичности всего канала, по которому ведется закачка жидкости. Расположение узла опрессовки под пакером позволяет производить не только контроль герметичности контейнера и обратного клапана электроприводного насоса, но и колонны насосно-компрессорных труб до запуска установки в работу. Узел для проведения опрессовки может быть выполнен, например, в форме корпуса с отверстиями внутри которого может перемещается поршень. При этом в первоначальный момент времени отверстия закрыты зафиксированным относительно корпуса штифтами поршнем, который не дает жидкости, поступившей во внутреннюю полость узла, закачиваться в пространство под пакером. В процессе проведения операции опрессовки контейнера, обратного клапана насоса и колонны насосно-компрессорных труб, осуществляемой подачей жидкости под давлением, окна корпуса так же закрыты поршнем - опрессовочная жидкость в пространство под пакером не поступает. После завершения операции контроля герметичности во внутреннюю полость контейнера и насосно-компрессорных труб подается жидкость под избыточным давлением, которое разрушает штифты, удерживающие поршень внутри корпуса узла проведения опрессовки. В результате поршень перемещается относительно корпуса, открывая каналы по которым жидкость может закачиваться в подпакерную область в процессе эксплуатации установки. Таким образом обеспечивается возможность проверки герметичности в том числе и колонны насосно-компрессорных труб на этапе монтажа установки и, при необходимости, оперативного дозатягивания резьбовых соединений контейнера и колонны насосно-компрессорных труб или замены обратного клапана насоса, что повышает надежность эксплуатации установки,
Передачу вращения от вала электродвигателя, управляемого с устьевой станции управления, осуществляется через уплотнительный узел, разделяющий зоны высокого и низкого давления.
Электроприводной насос размещается внутри контейнера, соединенного с устьевой арматурой и сообщает потоку жидкости, поступающему на его вход, напор, необходимый для закачки жидкости в пласт.
Пакер защищает эксплуатационную колонну от высокого давления закачиваемой жидкости.
На фигуре представлен чертеж предлагаемой установки.
Установка для закачки жидкости в пласт содержит наземный электродвигатель 1, устьевую станцию управления 2, устьевую арматуру 3, электроприводной насос с обратным клапаном 4, контейнер 5, колонну насосно-компрессорных труб 6, пакер 7, узел для проведения опрессовки 8. Вал электродвигателя 1, установленного на устьевой арматуре 3, через компенсационную муфту 9 и уплотняющий узел 10 соединен с валом электроприводного насоса 4. Электроприводной насос 4 сверху крепится к устьевой арматуре 3 и размещен внутри контейнера 5. Контейнер 5 сверху соединен с устьевой арматурой 3, а снизу через колонну насосно-компрессорных труб 6 с пакером 7. Узел для проведения опрессовки 8 установлен под колонной насосно-компрессорных труб 6 и пакером 7. Подвод закачиваемой жидкости на вход электроприводного насоса 4 осуществляется по гидравлическому каналу 11 устьевой арматуры 3. На устьевой арматуре 3 в месте размещения гидравлического канала 11 установлен клапан сброса 12. Уплотняющий узел 10 разобщает гидравлический канал 11 и дневную поверхность.
Установка работает следующим образом.
Перед началом запуска установки в работу проводится контроль герметичности контейнера 5, обратного клапана электроприводного насоса 4 и колонны насосно-компрессорных труб 6 путем подачи опрессовочной жидкости под давлением во внутреннюю полость контейнера 5 и колонны насосно-компрессорных труб 6. Закрытые каналы узла для проведения опрессовки 8 не дают жидкости поступать в пространство под пакером 7. После завершения проверки герметичности избыточным давлением, подаваемым во внутреннюю полость контейнера 5 и колонны насосно-компрессорных труб 6, открываются каналы узла для проведения опрессовки 8, по которым жидкость попадает в пространство под пакером 7.
По команде с устьевой станции управления 2 производится запуск электродвигателя 1. Вал электродвигателя 1, через компенсационную муфту 9 и уплотнительный узел 10 передает вращение на вал электроприводного насоса 4. Компенсационная муфта 9 нивелирует несоосности в месте соединения валов, предотвращая биения в процессе эксплуатации установки, тем самым увеличивая срок службы уплотнительного узла 10. Поток закачиваемой жидкости через гидравлический канал 11 устьевой арматуры 3 поступает на вход электроприводного насоса 4. Электроприводной насос 4 увеличивает давление потока жидкости, поступившего на его вход, после чего указанный поток, проходя через контейнер 5, колонну насосно-компрессорных труб 6, пакер 7, узел для проведения опрессовки 8 закачивается в пласт. Обратный клапан электроприводного насоса 4 препятствует попаданию жидкости закачки под высоким давлением из контейнера 5 в гидравлический канал 11 устьевой арматуры 3 в случае аварийной остановки работы установки. В случае выхода обратного клапана электроприводного насоса 4 из строя и попадания жидкости закачки под высоким давлением в гидравлический канал 11 устьевой арматуры 3 произойдет стравливание избыточного давления через открывшийся клапан сброса 12 устьевой арматуры 3, что предотвратит разрушение уплотнительного узла 10.
Таким образом, повышена надежность эксплуатации предлагаемой установки для закачки жидкости в пласт, за счет обеспечения возможности контроля герметичности всего канала закачки, повышения технологичности узла передачи вращения от вала электродвигателя валу насоса и реализации дополнительных мер защиты уплотнительного узла при аварийном останове работы оборудования.