ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
OIL PRODUCTION SUBMERSIBLE PUMP SET

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти погружными насосами из скважин, продукция которых содержит твердые частицы - механические примеси.
Известно устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник (RU 2183256, 2002).
Известное устройство имеет низкую эффективность и надежность вследствие осуществления центробежной сепарации выше погружного электродвигателя непосредственно перед поступлением жидкости на прием насоса. При этом отделенные частицы оседают в отстойник по каналу, проходящему вдоль сепаратора. Кроме того, электроэнергия подводится к погружному двигателю по кабелю, проходящему вдоль насоса и центробежного сепаратора твердых частиц. Канал осаждения твердых частиц и кабель ограничивают в скважине диаметральный габарит сепаратора и его эффективность, что негативно влияет также на надежность эксплуатации. Помимо этого, канал осаждения твердых частиц из-за отсутствия движения в нем жидкости подвержен опасности засорения и зарастания грязью.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины (RU №2278959, 2004).
Известная установка имеет, как показали промысловые испытания, низкую надежность вследствие невозможности создания при ее работе гидравлического затвора, предотвращающего поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса, минуя центробежный сепаратор механических примесей по кольцевому пространству. Обеспечить гидравлический затвор в известной установке не удается из-за того, что при ее работе жидкость после ротора идет по пути наименьшего гидравлического сопротивления (часть - в насос, другая часть - в отстойник и трубу), а не по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины. Поэтому твердые частицы попадают в насос, что приводит к засорению, износу и преждевременным отказам оборудования.
Задачей настоящего изобретения является создание погружной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающей повышение надежности эксплуатации насосной установки для извлечения нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц.
Поставленная задача достигается тем, что в погружной насосной установке для добычи нефти, содержащей спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины, согласно изобретению, нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении защиты насоса от износа и засорения твердыми частицами, поступающими из пласта, за счет создания гидрозатвора в кольцевом пространстве и поддержания необходимого значения расхода в отстойник и трубу, что предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.
На чертеже представлена схема предлагаемой погружной насосной установки для добычи нефти.
Погружная насосная установка для добычи нефти содержит насос 1 с погружным электродвигателем 2, центробежный сепаратор твердых частиц 3 и отстойник 4, спущенные в скважину 5. Центробежный сепаратор твердых частиц 3 расположен ниже погружного электродвигателя 2.
На периферии ротора 6 центробежного сепаратора 3 размещена неподвижная винтовая решетка 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3.
Вал погружного электродвигателя 2 и вал 8 ротора 6 центробежного сепаратора 3 твердых частиц могут быть соединены, как показано на фиг.1, посредством герметичной (например, магнитной) муфты 9. Они могут быть соединены также иным способом, таким как использование шлицевой муфты с торцовым уплотнением и т.п. Внутри отстойника 4 размещена труба 10, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора 3 твердых частиц. Нижний конец трубы 10 сообщен с полостью скважины 5. Нижний конец трубы 10 может быть расположен глубже интервала перфорации 11 скважины 5, эксплуатирующей пласт 12, т.е. в зумпфе 13 скважины 5.
Центробежный сепаратор 3 имеет входную 14 и выходную 15 линии, а также каналы 16 отвода части потока жидкости с повышенной концентрацией твердых частиц в отстойник 4.
Энергия к электродвигателю 2 подается с поверхности по кабелю 17. Насос 1 спущен в скважину 5 на насосно-компрессорных трубах 18.
Нижний конец трубы 10 снабжен сужающимся соплом 19.
Погружная насосная установка для добычи нефти работает следующим образом.
Поток добываемой продукции поступает из пласта 12 в скважину 5 и затем - во входную линию 14 центробежного сепаратора 3. Во вращающемся роторе 6 сепаратора 3 происходит отделение твердых частиц от жидкости в поле центробежных сил. Твердые частицы с частью жидкости направляются по каналам неподвижной винтовой решетки 7, а затем по каналам 16 в отстойник 4 и оседают на его дне. Наличие неподвижной винтовой решетки 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3, способствует более эффективной транспортировке твердых частиц в отстойник 4. Очищенная жидкость идет в выходную линию 15 сепаратора 3.
Далее чистая жидкость идет в зазор между эксплуатационной колонной скважины 5 и погружным электродвигателем 2. Затем очищенная жидкость поступает в насос 1, который нагнетает ее по насосно-компрессорным трубам 18 на поверхность.
Для того чтобы предотвратить поступление неочищенной жидкости на прием насоса 1, минуя сепаратор твердых частиц 3, на валу 8 устанавливается ротор 6 с подачей, большей производительности насоса 1 не менее чем на 20%. При этом сопло 19 ограничивает до необходимой величины расход жидкости в отстойник 4 и трубу 10. Ротор 6 при вращении создает напор, и часть очищенной жидкости с выхода 15 центробежного сепаратора 3 направляется на его вход 14, вниз по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора 3 и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины 5. При этом создается гидравлический затвор, предотвращающий поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса 1, минуя центробежный сепаратор 3. Расход очищенной жидкости, поступающей вниз и создающий гидрозатвор, равен разности подачи ротора 6 центробежного сепаратора твердых частиц и суммы подачи насоса 1 и расхода, поступающего в отстойник 4 и трубу 10. Это обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу, предотвращающего зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями. Подбор проходного сечения сопла 19 осуществляется в зависимости от скважинных условий.
При переполнении отстойника 4 (это может произойти в случае длительной откачки продукции с очень высоким содержанием механических примесей) твердые частицы поступают по трубе 10 через сопло 19 в зумпф 13 скважины 5, расположенный ниже интервала перфорации 11.
Таким образом, снабжение нижнего конца трубы сужающимся соплом позволяет ограничивать и регулировать расход жидкости в отстойник и трубу, при этом превышение подачи центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% по сравнению с подачей насоса обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу. Последнее предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.