ПОГРУЖНОЙ НАСОС С ОЧИЩАЕМЫМ В СКВАЖИНЕ ФИЛЬТРОМ
IMMERSED PUMP WITH CLEANED IN WELL FILTER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для фильтрации и подъему на дневную поверхность продукции из скважин с возможностью очистки фильтра в скважинных условиях.
Известен «Способ добычи жидкости и газа из скважины и скважинный штанговый насос для его осуществления» (патент RU №2225502, Е21В 43/00, опубл. Бюл. №7 от 10.03.2004 г.), который осуществляется скважинным штанговым насосом для добычи жидкости и газа из скважины, содержащим контейнер-накопитель с заглушкой и плунжер, приспособленный для дросселирования, на котором установлены верхняя клапанная клетка с защитным клапаном и седлом с прорезями и нижняя клапанная клетка с нагнетательным клапаном и седлом, при этом он снабжен верхним и нижним цилиндрами, соединенными между собой средней муфтой, где размещены сообщающиеся между собой радиальные каналы и внутренняя кольцевая проточка для ввода жидкости и свободного газа из межтрубного пространства во внутреннюю полость нижнего цилиндра с обеспечением их дросселирования через продольные конические каналы, которые выполнены на средней муфте или на плунжере в его нижней части, при этом верхний цилиндр связан с колонной насосно-компрессорных труб посредством верхней муфты, промежуточной трубы, корпуса сливного клапана, где имеется конический кольцевой выступ для удерживания защитного кожуха плунжера и размещения сливного отверстия, перекрываемого мембраной с держателем, направляющей трубы и муфты-центратора, предназначенных для устранения поперечных перемещений и центрирования защитного кожуха плунжера относительно оси верхнего и нижнего цилиндров в процессе работы насоса, кроме того, на защитном кожухе плунжера выполнены радиальные отверстия для прохода жидкости и внутренний выступ, а на конце штанг между кольцевым выступом, верхней клапанной клеткой и защитным кожухом плунжера со стороны их торцевых поверхностей установлена срезная шайба с кольцевой канавкой, при этом нижний цилиндр соединен с контейнером-накопителем с заглушкой при помощи нижней муфты, внутри которой имеется поперечная перегородка с отверстием в центре, предназначенным для сообщения внутренней полости нижнего цилиндра с внутренней полостью контейнера-накопителя и очистки от засорения наружной поверхности фильтра, где размещены конические отверстия с увеличением их диаметра вовнутрь фильтра, установленного во втулке свободно с возможностью вращения, при этом втулка связана с плунжером посредством нижней клапанной клетки, где размещены нагнетательный клапан и седло, закрепленное гайкой, а в верхней клапанной клетке над защитным клапаном установлен стержень для создания кольцевого зазора между ним и стенками верхней клапанной клетки, при этом кольцевой зазор и диаметры конических отверстий фильтра выполнены несколько меньше, чем зазор между защитным клапаном и стенками верхней клапанной клетки и зазор между нагнетательным клапаном и стенками нижней клапанной клетки, причем наружные диаметры верхней и нижней клапанных клеток меньше, чем диаметр плунжера, а длина плунжера и длина его хода выполнены таким образом, что их значения больше, чем расстояние между поперечной перегородкой и радиальными каналами средней муфты.
Недостатками данного устройства являются:
- высокая стоимость при изготовлении, связанная со сложностью конструкции;
- низкая эффективность очистки фильтра при использовании насоса в неглубоких скважинах, где перепад давлений невысок, и из-за того, что очитка фильтра потоком производится только снаружи;
- низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за большого сопротивления потоку проходящей при закачке жидкости в насос, так как у фильтра малая фильтрационная площадь за счет расположения его внутри контейнера накопителя, что ограничивает фильтр по диаметру, и за счет того, что длина фильтра не должна превышать длину хода плунжера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Погружной скважинный насосный агрегат для добычи нефти, предохранительный и обратный клапаны погружного скважинного насосного агрегата и устройство для герметизации кольцевого зазора в скважине» (патент на ПМ RU №60613, Е21В 43/08, опубл. Бюл. №3 от 27.01.2007 г.), который выполнен как погружной скважинный насосный агрегат для добычи нефти, включающий в себя погружной скважинный насос, средства для фильтрации перекачиваемой жидкости, по меньшей мере, от частиц мехпримесей, расположенные перед приемом насоса по ходу движения перекачиваемой жидкости, предохранительный клапан, выполненный с возможностью соединения с затрубным пространством полости насосного агрегата, находящейся за средствами для фильтрации по ходу движения перекачиваемой жидкости, при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения, при этом он снабжен обратным клапаном, расположенным за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости и предназначенным для ограничения расхода жидкости, перетекающей из колонны насосно-компрессорных труб в полость насоса при его остановке, а также он содержит средства для обеспечения движения потока перекачиваемой жидкости на прием насоса через средства для фильтрации, средства для обеспечения движения потока включают в себя полый цилиндрический кожух, выполненный с возможностью размещения внутри него погружного электродвигателя насосного агрегата таким образом, что обеспечивается возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом и электродвигателем, средства для, по существу, герметичного закрепления верхнего конца кожуха выше приемного отверстия насоса перед спуском насосного агрегата в скважину и полый цилиндрический хвостовик, выполненный с возможностью закрепления со стороны нижнего открытого конца кожуха с обеспечением движения потока пластовой жидкости через нижний конец хвостовика, на котором выполнен приемный узел насосного агрегата, включающий в себя, по меньшей мере, один фильтр, и предохранительный клапан.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая эффективность очистки фильтра, так как дросселирующее отверстие в клапане имеет маленькое сечение и не обеспечивает сильный поток жидкости, при этом этот поток должен пройти через насос, имеющий высокое гидравлическое сопротивление;
- невозможность очистки фильтра при использовании насоса в неглубоких скважинах, где перепад давлений невысок и не может обеспечить переток жидкости из-за высокого гидравлического сопротивления дроссельного отверстия и насоса;
- низкий КПД особенно в скважинах с продуктивными пластами, расположенными на глубине больше 1000 метров, наличие дросселирующего отверстия в обратном клапане создает постоянное обратное противодавление, которое усиливает внутренние потери в насосах, а после остановки насосу необходимо заполнять жидкостью колонну труб, из которой сливается жидкость для очистки фильтра.
Технической задачей является создание конструкции погружного насоса с фильтром, имеющей высокий КПД и позволяющей эффективно очищать фильтр в скважинных условиях независимо от глубины установки в скважине.
Техническая задача решается погружным скважинным насосом с очищаемым в скважине фильтром, включающим в себя спускаемый на колонне труб погружной скважинный насос, который размещен в полом цилиндрическом кожухе герметично и жестко зафиксированным сверху и обеспечивающим возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом и насосом, полый цилиндрический хвостовик, закрепленный со стороны нижнего открытого конца кожуха и снабженный в нижней части фильтром, и обратный клапан, расположенный за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости.
Новым является то, что кожух выполнен сообщенным с внутренним пространством колонны труб выше обратного клапана, пропускающего снизу вверх, и снабжен подпружиненным регулируемым клапаном, перекрывающим переток жидкости в кожухе между приемным отверстием насоса и сообщением с внутренним пространством трубы и удерживающим давление в колонне труб, возникающее под действием работы насоса.
На фиг.1 изображена схема погружного насоса с очищаемым в скважине фильтром.
На фиг.2 изображена схема погружного штангового насоса с очищаемым в скважине фильтром.
Погружной насос 1 (фиг.1 и 2) с очищаемым в скважине 2 фильтром 3 включает в себя спускаемый на колонне труб 4 погружной скважинный насос 1, который размещен в полом цилиндрическом кожухе 5 герметично и жестко зафиксированным сверху и обеспечивающим возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом 5 и насосом 1, полый цилиндрический хвостовик 6, закрепленный со стороны нижнего открытого конца кожуха 5 и снабженный в нижней части фильтром 3, и обратный клапан 7, расположенный за насосом 1 по ходу движения перекачиваемой жидкости. Кожух 5 сообщен отверстием 8 с внутренним пространством колонны труб 4 выше обратного клапана 7, пропускающего только снизу вверх, и снабжен поджатым пружиной 9 регулируемым клапаном 10, перекрывающим переток жидкости в кожухе 5 между приемным отверстием 11 (показано условно) насоса 1 и отверстием 8 колонны труб 4 и удерживающим давление в колонне труб 4, возникающее под действием работы насоса 1. Причем в штанговом насосе 1 (фиг.2) роль обратного клапана 8 играет его нагнетательный клапан. Регулировка клапана 10 (фиг.1 и 2) может осуществляться поджатием пружины 9 ее упором 12.
Погружной насос работает следующим образом.
Предварительно определяют интервал (глубина) скважины 2, в котором будет установлен насос 1. Исходя из этого, рассчитывают давление, которое будет создавать насос 1 для подъема жидкости из скважины 2 на дневную поверхность (на фиг.1 и 2 не показана). После чего производят регулировку клапана 10 для удержания данного давления с запасом 5-10% (+5-10%), для чего упором 12 поджимают пружину 9 (например, винтом - на фиг.1 и 2 не показан). При необходимости для определения давления, которое удерживает клапан 10, производят испытание на стенде.
После сбора насоса 1 с кожухом 5, хвостовиком 6 и фильтром 3 на колонне труб 4 спускают в скважину 2 в требуемый интервал установки и запускают в работу. В результате скважинная жидкость, очищаясь фильтром 3, поступает через хвостовик 6 на приемное отверстие 11, откуда насосом 1 через обратный клапан 7 откачивается по колонне труб 4 на дневную поверхность. При этом клапан 10 перекрывает отверстие 8, не позволяя жидкости из колонны труб 4 проникать в кожух 5. При использовании электропогружного насоса 1 (фиг.1) жидкость по зазору между кожухом 5 и насосом 1 проходит на приемное отверстие 11, предварительно охлаждая электродвигатель (на фиг.1 не показан) насоса 1.
Для периодической (определяется опытным путем) очистки фильтра 3 (фиг.1 и 2) насос 1 останавливают. На устье в колонне труб 4 создают избыточное давление, превосходящую величину запаса клапана 10 по давлению, которое в интервале установки насоса 1 будет достаточно для сжатия пружины 9 и отжатия клапана 10 от отверстия 8. В результате жидкость, проходя по колонне труб 4 через отверстие 8, зазор между кожухом 5 и насосом 1 и хвостовик 6, промывает фильтр 3 изнутри наружу. Объем жидкости, необходимый для промывки фильтра 3, и время промывки определяют опытным путем с учетом загрязнения продукции скважины 2.
Обратный клапан 7 исключает потери (снижающие КПД до 10%) при работе насоса 1, связанные с преодолением обратного потока жидкости, и защищает насос 1 от действия обратного потока промывочной жидкости, которая может включать моющие агрессивные реагенты и закачиваться для очистки фильтра 3 под высоким давлением, на что не рассчитывают погружные насосы 1.
После промывки колонна труб 4 остается заполненной жидкостью, что позволяет не тратить время на ее заполнение при пуске насоса 1 в работу. Так как усилие поджатия пружиной 9 клапана 10 регулируется под конкретный интервал установки насоса 1 в скважине 2, то эффективность очистки не зависит от интервала установки насоса 1 и его конструктивных особенностей (электропогружной или штанговый насос 1).
Таким образом, предложена конструкция погружного насоса с фильтром, имеющая высокий КПД и позволяющая эффективно очищать фильтр в скважинных условиях независимо от глубины установки в скважине.