ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована при добыче нефти из скважин с высоким газовым содержанием.
Известна погружная насосная установка, содержащая погружной электродвигатель с гидрозащитой, газосепаратор, диспергатор и погружной насос (патент США №5628616 кл. F04D 29/22, 1997). Известное устройство имеет низкие функциональные возможности и ограниченную область применения из-за малоэффективного диспергирования газожидкостной смеси лопастными колесами с отверстиями в верхнем диске и лопастях.
Задачей полезной модели является повышение надежности, долговечности насосной установки, снижение энергозатрат и повышение производительности добычи пластовой жидкости путем обеспечения оптимальных параметров диспергированной газожидкостной смеси, подаваемой на погружные насосы.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружной насосной установке, содержащей погружной электродвигатель с гидрозащитой, газосепаратор, диспергатор и погружной насос, газосепаратор содержит установленные на валу кавернообразующее колесо, сепарационный барабан, радиальные подшипники, два или более расположенные друг за другом между основанием газосепаратора и кавернообразующим колесом шнеки с различным шагом, причем, шнек с наименьшим шагом расположен ближе к основанию газосепаратора, а диспергатор содержит рассекатель, расположенный в головке диспергатора, и диспергирующие ступени, состоящие из роторов и статоров, которые имеют одно или многозаходные спиральные канавки на наружных и на внутренних поверхностях соответственно, притом ротора установлены на валу с возможностью вращения.
Кроме этого, в погружной насосной установке перед диспергирующими ступенями установлен нагнетательный насос, а рассекатель выполнен заедино с корпусом радиального подшипника диспергатора, при этом силовые ребра подшипника выполнены профилированными и служат в качестве рассекателя.
Также в установке нагнетательный насос может быть выполнен в виде шнека, установленного на валу с возможностью вращения.
Кроме того, в качестве диспергирующих ступеней может быть использован установленный на валу нагнетательный насос в виде многозаходного шнека, а газосепаратор содержит направляющий аппарат с профилированными лопастями.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
На фиг.1 представлена схема погружной насосной установки в скважине.
На фиг.2 представлена схема газосепаратора с диспергатором.
На фиг.3 представлен вариант выполнения диспергатора.
На фиг.4 представлен вариант выполнения диспергатора.
Погружная насосная установка (см. фиг.1) для эксплуатации скважины содержит погружной электродвигатель 1 с гидрозащитой 2, газосепаратор 3, диспергатор 4 и погружной насос 5. Установка крепится в скважине на насосно-компрессорных трубах 6. Электроэнергия к погружному электродвигателю 1 подается по кабелю 7. Между насосно-компрессорными трубами 6 и эксплуатационной колонной скважины образовано затрубное пространство 8.
Газосепаратор содержит установленные на валу 9 кавернообразующее колесо 10, сепарационные барабаны 11, радиальные подшипники 12, два или более друг за другом расположенные шнеки 13, 14 с различным шагом, установленные между основанием 15 газосепаратора и кавернообразующим колесом, причем, шнек 14 с наименьшим шагом расположен ближе к основанию газосепаратора. В верхней части газосепаратора расположено разделительное устройство 17. Диспергатор содержит рассекатель 18, расположенный, в головке 19 диспергатора, и диспергирующие ступени 20, состоящие из роторов 21 (внутренних) и статоров 22 (наружных), которые имеют одно или многозаходные спиральные каналы 23 на наружных 24 и на внутренних 25 поверхностях соответственно. Внутренний ротор 21 установлен на валу с возможностью вращения. Наружный статор 22 установлен неподвижно в корпусе 26 диспергатора.
На фиг.3 показан вариант исполнения диспергатора, когда перед диспегирующими ступянями установлен нагнетательный насос 27, например, в виде шнека, который позволяет повысить давление на входе в насос, что положительно сказывается на работе насосной установки. Рассекатель 18 изготовлен заедино с корпусом радиального подшипника 12 диспергатора. Силовые ребра 28 подшипника выполнены профилированными и служат в качестве рассекателя. Это позволяет снизить себестоимость продукции, уменьшить габарит диспергатора.
На фиг.4 показан вариант исполнения диспергатора и газосепаратора, когда в качестве диспергирующих ступеней использован установленный на валу нагнетательный насос в виде многозаходного шнека 29, а газосепаратор 3 содержит направляющий аппарат 30 с профилированными лопастями 31. Как правило используются трех и четырехзаходные шнеки в качестве нагнетательного насоса. Направляющий аппарат установлен на разделительном устройстве 17 в полости 32 для поступления газожидкостной смеси после газосепаратора 3 в диспергатор 4.
Погружная насосная установка для эксплуатации скважины работает следующим образом.
Погружной электродвигатель 1, электроэнергия к которому подается по кабелю 7, приводит во вращение погружной насос 5 с газосепаратором 3 и диспергатором 4. Погружная насосная установка откачивает из пласта смесь нефти, газа и воды в скважину. По мере подъема продукции пласта по стволу скважины давление в потоке падает, и попутный газ выделяется из нефти. При этом также увеличивается объемная доля газа в смеси. Газожидкостная смесь, поступающая из скважины, имеет в своем составе пузырьки газа различных величин. Газожидкостная смесь из скважины поступает во входные отверстия 16 газосепаратора 3 и далее - в шнек 14 с наименьшим шагом, далее в шнек с большим шагом 13. Каждый последующий шнек имеет шаг больший, чем предыдущий. Шнеки в зависимости от дебета и характеристик пластовой жидкости могут быть однозаходные и многозаходные, также менять число заходов по длине шнека, как правило, применяются двухзаходные шнеки с изменением заходности по длине шнека. В зоне перехода шнека с меньшим шагом и в шнек с большим шагом происходит интенсивное укрупнение газовых пузырьков. При прохождении через шнек 13 происходит повышение давления газожидкостной смеси, которая направляется затем в кавернообразующее колесо 10. При попадании на кавернообразующее колесо 10 происходит дальнейшее укрупнение части пузырьков газа, имеющих наибольшие размеры, образуя газовые суперкаверны. В дальнейшем эти укрупненные газовые включения отделяются от жидкости в сепарационных барабанах 11 и отводятся в затрубное пространство 8 скважины через разделительное устройство 17 газосепаратора 3. На вход в диспергатор 4 поступает смесь с меньшим газосодержанием и оставшимися в ней пузырьками газа меньшего среднего размера, чем в смеси на входе в газосепаратор 3. При прохождении через ступени 20 диспергатора 4 газожидкостная смесь подвергается интенсивному измельчению. Наиболее эффективное дробление имеет место в том случае, когда число ступеней 20 диспергатора 6 составляет не менее двух. Рассекатель диспергатора за счет имеющихся у него профилированных лопаток ориентирует диспергированную газожидкостную смесь для направленного приема ее в насосную установку.
Установленный на валу шнек с наименьшим шагом после основания, выполнен из условия забора пластовой жидкости с обеспечением безкавитационного и без обратного тока жидкости в зоне нагнетательных шнеков, что повышает надежность, долговечность и безаварийную работу насосной установки предотвращая разрушение корпуса газосепаратора.
Кавернообразующее колесо, сепарационный барабан, радиальные подшипники, два или более друг за другом расположенные шнеки, установленные между основанием газосепаратора и кавернообразующим колесом, обеспечивают удаление необходимого количества газа из пластовой жидкости для подачи его в диспергатор. Число и параметры нагнетательных шнеков газосепаратора зависят от содержания газа в пластовой жидкости, мощности и производительности насосной установки. Рассекатель и диспергирующие ступени диспергатора, состоящие из роторов и статоров, которые имеют одно или многозаходные спиральные каналы на наружных и на внутренних поверхностях соответственно, обеспечивают необходимые параметры диспергированной газожидкостной смеси для качественного приема в погружные насосы и создания "газ-лифтного" эффекта при подъеме данной смеси по насосно-компрессорным трубам, создавая дополнительную подъемную силу жидкости, тем самым обеспечивается снижение энергозатрат и повышение производительности добычи пластовой жидкости, надежности, долговечности насосной установки. Спиральные каналы роторов и статоров в зависимости от производительности, напора насоса и характеристик пластовой жидкости могут быть однозаходные или многозаходные, могут быть с переменным или с постоянным шагом, каналы могут быть с постоянной или с переменной площадью сечения. Установка нагнетательного насоса, например, в виде шнека, позволяющая повысить давление на входе в насос, положительно сказывается на работе насосной установки. После прохождения сепарационного барабана газожидкостная смесь движется по спиральной траектории. Направляющий аппарат, установленный на разделительном устройстве в полости для поступления газожидкостной смеси после газосепаратора в диспергатор, выправляет газожидкостную в поступательное движение и направляет в диспергатор. При определенных параметрах содержания газа в пластовой жидкости использование нагнетательного насоса в виде многозаходного шнека в диспергаторе и направляющего аппарата с профилированными лопастями в газосепараторе позволяет снизить себестоимость насосной установки.
Выполнение таким образом погружной насосной установки позволяет существенно интенсифицировать отделение газа из пластовой жидкости и диспергирование газа в смеси перед входом в погружной насос, что значительно снижает вредное влияние свободного газа на работу насоса и дает возможность успешно вести добычу нефти из скважин с высоким газовым фактором, в которых известные технические решения менее эффективны.
Кроме того, предлагаемая конструкция погружной насосной установки позволяет повысить надежность, долговечность насосной установки, снизить энергозатраты и повысить производительность добычи пластовой жидкости путем обеспечения оптимальных параметров диспергированной газожидкостной смеси, подаваемой на погружные насосы.