Гидродинамическое устройство электроцентробежного насоса для магнитной обработки скважинного флюида

Полезная модель относится к области нефтедобычи и предназначена для магнитной обработки пластовой жидкости в добывающих скважинах с осложняющими факторами вязкости нефти и солеотложения. Может быть использована для предотвращения отложения солей на корпусах и рабочих органах установок погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН).
При прохождении пластовой жидкости в скважине вследствие колебания термобарических условий происходит отложение солей и асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) в погружном скважинном оборудовании и на стенках насосных компрессорных труб (НКТ). При этом происходит снижение эффективности работы погружной насосной установки в целом.
Магнитная обработка обеспечивает интенсивную кристаллизацию АСПО в объеме обрабатываемой жидкости, что значительно уменьшает их отложения на рабочих поверхностях погружной УЭЦН и внутренних стенках колонны НКТ. Проблемы эффективности магнитной обработки заключаются в сложном составе скважинного флюида, обусловленного не только составами нефти и газа, но и условиями эксплуатации скважин, минералогическим составом пласта, а также периодичностью мероприятий по воздействию на пласт. Естественные гидратные и гидрато-углеводородные отложения отрицательно влияют на работу скважинной УЭЦН, снижая эффективность и наработку на отказ. В борьбе с этим явлением используются способы электромагнитного воздействия на продукцию скважин.
Из уровня техники известен электромагнитный протектор скважинной установки электроцентробежного насоса (патент РФ №2444612, МПК E21B 37/00, опубликовано 10.03.2012 г.), содержащий излучатель электромагнитного сигнала с сердечником, соединенный с выходом генератора и подключенный на основание погружного электродвигателя (ПЭД).
Недостатком данного технического решения является то, что излучатель электромагнитного сигнала в скважине находится ниже уровня входного модуля УЭЦН, и при каждом очередном запуске УЭЦН после восстановления статического уровня из скважины откачивается 5-10 м неомагниченной жидкости, т.к. при отключенном ПЭД излучатель резонансно-волнового комплекса (РВК) не работает. При очередном запуске поток омагниченной жидкости поступает на входной модуль ЭЦН, после того как будет откачана жидкость, расположенная выше приема ЭЦН, то есть когда пластовое давление станет выше забойного и жидкость начнет двигаться мимо излучателя. Так как таких отключений в процессе эксплуатации бывает много, то объем неомагниченной жидкости будет снижать эффективность работы РВК.
Известна система для магнитной обработки жидкости в скважине, оборудованной электроцентробежным насосом с погружным электродвигателем (патент РФ №2346146, МПК E21B 41/02, опубликовано 10.02.2009 г.), включающая устройство для магнитной обработки жидкости проточного типа с трубой, по которой протекает поток добываемой жидкости, и охваченный герметично кожухом магнитный блок, установленный на трубе. Устройство размещено ниже ПЭД и выполнено состыкованным с ним посредством соединительного узла в виде перфорированного патрубка. Патрубок соединен с одного конца с ПЭД, а с другого конца - с трубой указанного устройства.
Недостатком данной системы является то, что магнитной блок обрабатывает жидкость в ламинарном потоке, что снижает его эффективность.
Известно устройство для магнитной обработки потока жидкости (патент РФ №2275334, МПК C02F 1/48, опубликовано 27.04.2006 г.), содержащее узел магнитной обработки и узел турбулизации, выполненный в виде закрепленных на стержне упорных элементов, между которыми установлен рабочий элемент. Элементы выполнены с диаметрально противоположными плоскими гранями. Узел магнитной обработки выполнен в виде блока соосно установленных на стержне постоянных кольцевых магнитов, закрытых кожухом.
Недостатком данного технического решения, является то, что узел турбулизации выполнен в виде отдельного блока, что усложняет конструкцию устройства, также постоянные магниты в узле магнитной обработки находятся в неподвижном состоянии, что не обеспечивает эффективной магнитной обработки потока.
Задачей полезной модели является повышение степени очистки скважинного флюида.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности предотвращения отложения солей на рабочих органах ЭЦН.
Технический результат достигается гидродинамическим устройством ЭЦН для магнитной обработки скважинного флюида, содержащим цилиндрический корпус с основанием, оборудованным фильтром, и головкой, внутри которого установлен на трех радиальных и одном осевом подшипниках вал ротора, на котором последовательно от основания по направлению потока флюида установлены завихритель потока с лопастями, имеющими сечение клиновидной формы, расположенными под углом к оси вала, статорные гильзы с прикрепленными постоянными магнитами, которые чередуются с турбулизаторами потока, лопасти которых имеют сечение прямоугольной формы, и установлены вдоль оси вала, причем к ним прикреплены постоянные магниты, а основание и головка имеют каналы для прохода жидкости.
Согласно полезной модели количество статорных гильз и турбулизаторов потока составляет 2-6.
Согласно полезной модели завихритель потока имеет четыре перфорированные лопасти.
Согласно полезной модели турбулизатор потока имеет четыре лопасти.
Согласно полезной модели постоянные магниты выполнены из самарий-кобальтового сплава и имеют форму параллелепипеда.
Технический результат достигается за счет наложения магнитных полей постоянных магнитов, расположенных на статорных кольцах, и магнитных полей постоянных магнитов, вращающихся вместе с лопастями турбулизатора, что усиливает магнитное поле и обеспечивает большую намагниченность потока. В результате повышается степень очистки скважинного флюида, что способствует предотвращению отложения солей на рабочих органах ЭЦН.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема гидродинамического устройства ЭЦН для магнитной обработки скважинного флюида.
Устройство для магнитной обработки скважинного флюида содержит цилиндрический корпус 1 с основанием 2, оборудованным фильтром 3, и головкой 4, внутри которого установлен на трех радиальных 5 и одном осевом 6 подшипниках вал 7 ротора. На валу последовательно от основания 2 по направлению потока флюида установлены завихритель потока 8 с лопастями 9, имеющими сечение клиновидной формы, расположенными под углом к оси вала 7, статорные гильзы 10 с прикрепленными неподвижными постоянными магнитами 11, которые чередуются с турбулизаторами потока 12, лопасти 13 которых имеют сечение прямоугольной формы и установлены вдоль оси вала 7. К лопастям 13 турбулизатора 12 прикреплены постоянные магниты 14, которые вращаются совместно с лопастями 13 относительно оси вала 7. Основание 2 и головка 4 имеют каналы для прохода жидкости соответственно 15 и 16.
В представленном на чертеже примере реализации устройства количество статорных гильз 10 и турбулизаторов потока 12 составляет 3 комплекта, завихритель потока 8 имеет четыре перфорированные лопасти 9, турбулизатор потока 12 имеет четыре лопасти 13. Неподвижные постоянные магниты 11 и вращающиеся постоянные магниты 14 выполнены из самарий-кобальтового сплава и имеют форму параллелепипеда.
Гидродинамическое устройство для магнитной обработки скважинного флюида работает следующим образом.
Скважинный флюид в режиме ламинарного потока за счет пластового давления и работы ЭЦН поднимается в эксплуатационной колонне от интервала перфорации скважины до УЭЦН. Затем жидкость поднимается выше ПЭД (на чертеже не обозначено) и через фильтр 3 попадает по входным каналам 15 основания 2 на перфорированные лопасти 9 завихрителя потока 8. На завихрителе ламинарный поток переходит в турбулентный, и затем в магнитном поле неподвижных магнитов 11 в статорных гильзах 10 и в магнитном поле вращающихся магнитов 14 в турбулизаторе потока 12 происходит магнитная обработка флюида. После магнитной обработки в турбулентном потоке очищенный флюид попадает на рабочие органы ЭЦН и далее по НКТ через устьевую арматуру в коллектор системы сбора нефти (на чертеже не обозначено).
Из опыта эксплуатации скважинных магнитных аппаратов известно, что эффективность магнитной обработки скважинного флюида в турбулентном потоке выше, чем в ламинарном. Гидродинамическое устройство, работающее в составе УЭЦН, устанавливают вместо входного модуля между ЭЦН и гидрозащитой. В качестве фильтра предложенного гидродинамического устройства используют известный «Фильтр для УЭЦН» согласно патенту РФ на полезную модель №165052. Конструкция данного фильтра за счет упругой деформации проволочного каркаса и гибкого пластикового фильтрующего элемента, при налипании на него критической массы механических примесей и АСПО обеспечивает самоочищение. Пластиковая сетка с ячейкой размером 0,2 мм является также изолятором магнитного поля гидродинамического устройства от ферромагнитных частиц механических примесей.
В НПЦ «Пилот» проведены стендовые испытания заявленной полезной модели, которые показали повышение степени очистки скважинного флюида на 70% в сравнении с известным электромагнитным излучателем, описанным в уровне техники (патент РФ №2444612).
Таким образом, применение гидродинамического устройства ЭЦН для магнитной обработки скважинного флюида предотвращает отложение солей на рабочих органах УЭЦН за счет комплексной обработки скважинного флюида в магнитном поле постоянных магнитов, расположенных на статорных кольцах, и магнитном поле постоянных магнитов, вращающихся вместе с лопастями турбулизатора потока.