ПОГРУЖНАЯ УСТАНОВКА ВИНТОВОГО НАСОСА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.
Полезная модель относится к технике добычи нефти, а именно у погружным насосным установкам с приводом от погружного электродвигателя, и может быть использована в нефтедобывающих отраслях промышленности при подъеме пластовых жидкостей с большой глубины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство скважинного штангового винтового насоса с поверхностным приводом [Нефтепромысловое оборудование. Под общ. ред. В.Н.Ивановского. Учеб. Для ВУЗов. - М.: «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006. - 720 с.: ил. стр.476]; [Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Одновинтовые гидравлические машины: В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - 2005. - T.1 Одновинтовые насосы. - 488 с. Стр.60]; [А.Р.Брот. Установки винтовых насосов как способ эксплуатации малодебитных скважин. Инженерная практика №7 2010 г. стр.111]; [А.Р.Брот, Ю.В.Николаев. Винтовые насосы. Нефтегазовая вертикаль №12 2009 г.].
В известном устройстве скважинного погружного насоса с поверхностным приводом винтовой насос подвешен в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, ротор насоса приводится во вращение посредством штанг, соединенных с установленным на поверхности электродвигателем.
Недостатком известного устройства является недолговечность штанг при использовании в глубоких или кривых скважинах. Трение вращающихся штанг по внутренним поверхностям насосно-компрессорных труб приводит к износу, обрыву, отвороту штанг и к износу насосно-компрессорных труб с потерей их герметичности.
Известна, также, установка погружного привода винтового насоса с опорным узлом [Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Одновинтовые гидравлические машины: В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - 2005. - T.1 Одновинтовые насосы. - 488 с. Стр.58]; [Патент RU №2375604. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки].
Установка состоит из (снизу-вверх) электродвигателя, гидрозащиты, опорного узла, корпуса приемного модуля с гибким валом и однопоточного винтового насоса.
Недостатком известного устройства с погружным приводом является возможность потери продольной устойчивости ротора насоса и гибкого приводного вала под действием осевых нагрузок в условиях эксплуатации установки с значительными напорами. Как следствие, изгиб ротора винтового насоса и повышенный износ эластомера, а также, слом гибкого приводного вала, подверженного одновременному воздействию крутящего момента, сжимающих осевых сил и знакопеременного изгибающего момента.
Наиболее близким по своей сути является подвесная электрическая погружная винтовая насосная система [Патент RU №2395004. Подвесная электрическая погружная винтовая насосная система]. Система состоит из верхнего соединителя, предохранителя, направляющего жидкость рукава, приводного механизма, муфты соединения валов, первой кольцевой полости, второй кольцевой полости, третьей кольцевой полости, четвертой кольцевой полости и отверстия выхода пластовой жидкости. Первая кольцевая полость, вторая кольцевая полость, третья кольцевая полость, четвертая кольцевая полость и отверстие выхода жидкости в должном порядке соединены с трубопроводом выкачивания пластовой жидкости скважин. Электропроводящая система состоит из подводящего провода, электродвигателя, центрального отверстия предохранителя, пятой кольцевой полости и выходного отверстия для провода.
Недостатком прототипа является наличие дополнительных корпусных элементов устройства, расположенных вокруг электродвигателя и образующих кольцевые полости. Указанные элементы неизбежно приводят к увеличению диаметрального габарита устройства, что не позволит использовать его в скважинах с малым диаметром обсадных колонн, в скважинах с отремонтированными колоннами и в боковых стволах.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности оборудования погружной установки винтового насоса и расширение технологических возможностей за счет применения установки в скважинах с малым диаметром обсадных колонн, в скважинах с отремонтированными колоннами и в боковых стволах.
Повышение надежности обеспечивается тем, что гарантированное охлаждение корпуса электродвигателя обеспечивается перемещающейся вдоль него пластовой жидкостью.
Требуемый результат достигается тем, что в погружной установке винтового насоса, включающей электродвигатель с нижним выходом вала, кабельную линию, гидрозащиту, узел подвеса насоса, размещенный ниже электродвигателя и соединенный с ротором винтового насоса торсионом, согласно изобретению, погружная установка винтового насоса дополнительно снабжена нижним и верхним перепускными модулями для входа и выхода пластовой жидкости, а также верхним и нижним пакерами ограничивающими кольцевую полость для протока пластовой жидкости, образованную между верхним перепускным модулем, компенсатором гидрозащиты, электродвигателем, модулем уплотнения гидрозащиты, узлом подвески насоса и нижним перепускным модулем с наружней стороны и обсадной колонной с внутренней стороны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется фигурами 1 и 2, на которых показаны компоновки погружной установки винтового насоса с использованием насосно-компрессорных труб и без них соответственно.
1 - Насосно-компрессорные трубы,
2 - Обратный клапан,
3 - Верхний пакер с кабельным вводом,
4 - Верхний перепускной модуль,
5 - Компенсатор гидрозащиты,
6 - Кабельная линия,
7 - Электродвигатель с нижним выходом вала,
8 - Кольцевая полость,
9 - Модуль уплотнения гидрозащиты,
10 - Узел подвеса,
11 - Обсадная колонна,
12 - Нижний перепускной модуль,
13 - Нижний пакер,
14 - Торсион,
15 - Ниппель,
16 - Винтовой насос,
17 - Кабель-канат.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Погружная установка винтового насоса предназначена для подъема пластовой жидкости с большой глубины в условиях значительной кривизны скважины.
Погружная установка винтового насоса состоит из электродвигателя 7 с нижним выходом вала, кабельной линии 6, гидрозащиты с модулем уплотнения 9 и компенсатором 5, узла подвеса 10 насоса, размещенного ниже электродвигателя и соединенного с ротором винтового насоса торсионом 14, верхнего 4 и нижнего 12 перепускных модулей, верхнего пакера с кабельным вводом 3, нижнего пакера 13, однопоточного винтового насоса 16 (РСР-насоса).
Погружная установка размещена внутри обсадной колонны 11. (Фиг.1)
Пространство в коаксиальном направлении между внешними поверхностями составных частей погружной установки и внутренним диаметром обсадной колонны образует кольцевую полость 8. Кольцевая полость 8, ограниченная верхним пакером с кабельным вводом 3 сверху и нижним пакером 13 снизу, предназначена для протока пластовой жидкости.
Ротор винтового насоса закреплен на узле подвеса 10 посредством торсиона 14, который размещен внутри нижнего перепускного модуля 12 и нижнего пакера 13. Обойма винтового насоса подвешена на нижнем пакере 13 с помощью ниппеля 15.
Узел подвеса 10 предназначен для компенсации осевой нагрузки от массы столба пластовой жидкости, поднимаемой на поверхность, и для передачи крутящего момента от электродвигателя 7 к винтовому насосу 16.
В качестве торсиона 14 может быть использована стандартная укороченная штанга.
Торсион 14 соединен с валом узла подвеса 10 и с ротором винтового насоса 16 резьбовыми муфтами.
Перепускные модули 4 и 12 могут быть выполнены из насосно-компрессорных труб с отверстиями или пазами для прохода пластовой жидкости.
Электродвигатель 7 снабжен фланцевым креплением с модулем уплотнения 9 гидрозащиты и с компенсатором 5 гидрозащиты. Узел подвеса 10 снабжен фланцевым креплением с модулем уплотнения 9 гидрозащиты. Остальные составные части установки имеют резьбовые соединения.
Погружная установка винтового насоса работает следующим образом.
Крутящий момент от электродвигателя 7 через вал модуля уплотнения 9 гидрозащиты, через вал узла подвеса 10 и через торсион 14 передается на ротор винтового насоса 16.
Вращение винтового насоса 16 обеспечивает нагнетание пластовой жидкости через центральное отверстие нижнего пакера 13 в нижний перепускной модуль 12. Далее через отверстия в перепускном модуле 12 пластовая жидкость поступает в кольцевую полость 8. По мере работы насоса пластовая жидкость протекает в кольцевой полости снизу-вверх, вдоль наружных поверхностей узла подвеса 10, модуля уплотнения 9, электродвигателя 7, компенсатора 5 и через отверстия проникает внутрь верхнего перепускного модуля 4. Через центральное отверстие верхнего пакера с кабельным вводом 3 пластовая жидкость подается на поверхность по колонне насосно-компрессорных труб 1. На входе в колонну насосно-компрессорных труб может быть установлен обратный клапан 2.
Погружная установка винтового насоса может быть подвешена на кабель-канате без использования насосно-компрессорных труб. Погружная установка состоит из электродвигателя 7 с нижним выходом вала, кабельной линии 6, гидрозащиты с модулем уплотнения 9 и компенсатора 5, узла подвеса 10 насоса, размещенного ниже электродвигателя и соединенного с ротором винтового насоса торсионом 14, нижнего 12 перепускного модуля, нижнего пакера 13, однопоточного винтового насоса 16 (Фиг.2). В этом случае пластовая жидкость от винтового насоса 16 протекает через центральное отверстие нижнего пакера 13 в нижний перепускной модуль 12. Далее через отверстия в перепускном модуле 12 пластовая жидкость поступает в кольцевую полость 8, протекает в кольцевой полости снизу-вверх, вдоль наружных поверхностей узла подвеса 10, модуля уплотнения 9, электродвигателя 7, компенсатора 5 и подается на поверхность по внутреннему пространству обсадной колонны 11.
Масса столба пластовой жидкости, поднимаемой на поверхность, воздействует на ротор винтового насоса 16, подвешенный на торсионе 14. Реактивная нагрузка от этой осевой силы воспринимается узлом подвеса 10 через торсион 14. При этом торсион 14 и ротор винтового насоса испытывают растягивающие усилия, следовательно находятся в устойчивом состоянии и не испытывают нагрузок, приводящих к потере продольной устойчивости.
Для мониторинга процесса добычи пластовой жидкости и состояния оборудования возможно применение погружного блока термоманометрической системы, который размещен между нижней частью электродвигателя 7 и узлом подвеса 10 винтового насоса.
Перемещение пластовой жидкости вдоль всей поверхности корпуса электродвигателя 7 обеспечивает эффективное охлаждение и, тем самым, повышение надежности электрической машины.
Заявляемое устройство погружной установки винтового насоса обеспечивает возможность эксплуатации оборудования в глубоких и кривых скважинах малого диаметра и в боковых стволах с высокой степенью надежности.