ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОГО ВИНТОВОГО НАСОСА

Технические решения относятся к нефтедобыче, а именно к клапанным устройствам для погружных насосных установок, преимущественно установок электроприводных винтовых насосов, и могут найти применение при эксплуатации погружных насосных установок в условиях, осложненных интенсивным отложением минеральных веществ на поверхностях погружного оборудования, для очистки насоса и насосно-компрессорных труб от асфальтосмолопарафиновых отложений.
Известна погружная насосная установка для добычи нефти с клапанным узлом, описанная в патенте RU 43906 U1, 10.02.2005, RU 44142 U1, 27.02.2005 и др. Клапанный узел выполнен с возможностью подключения в напорную линию насосной установки за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости. Клапанный узел состоит из обратного клапана, выполненного с возможностью перекрытия напорной линии насоса для предотвращения перетока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, и промывочного клапана, который выполнен с возможностью соединения полости насосно-компрессорных труб за обратным клапаном с затрубным пространством при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения. Обратный клапан предназначен, главным образом, для облегчения
пуска насоса, а промывочный клапан используют для проведения обратной промывки насосно-компрессорных труб (НКТ).
Недостатком описанного аналога является отсутствие возможности очистки обратного клапана при промывке НКТ, а также отсутствие возможности расклинивания и промывки насоса путем его реверсирования, если насос допускает возможность нагнетания жидкости как в прямом направлении в колонну НКТ, так и в обратном направлении в затрубное пространство (например, винтовой насос). В описанной насосной установке выход насоса отделен от затрубного пространства и колонны НКТ обратным клапаном и при реверсировании насоса (например, при обратном вращении винта) насос практически сразу начнет работать без притока жидкости, что приводит к существенному снижению ресурса или выходу насоса из строя.
Известна погружная насосная установка для добычи нефти с клапанным узлом, описанная в авторском свидетельстве SU 898119 А1, 15.01.1982). Клапанный узел выполнен с возможностью подключения в напорную линию за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости. Клапанный узел состоит из обратного клапана, выполненного с возможностью перекрытия напорной линии насоса для предотвращения перетока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, и промывочного клапана, который выполнен с возможностью соединения полости между входом в клапанный узел (выходом насоса) и обратным клапаном с полостью насосно-компрессорных труб при повышении давления в колонне НКТ выше заданного значения. Давление открытия клапана определяется давлением, создаваемым
в колонне НКТ промывочным агрегатом.
Указанное техническое решение принято за прототип для каждого из технических решений заявленной группы полезных моделей.
Основным недостатком прототипа является невозможность промывки насоса с подачей промывочной жидкости через затрубное пространство, так как при подаче промывочной жидкости через насосно-компрессорные трубы скапливающиеся в них отложения попадают в полость насоса, что существенно снижает эффективность промывки.
Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная группа полезных моделей, состоит в создании погружной насосной установки для добычи нефти, преимущественно установки электроприводного винтового насоса, пригодной для эксплуатации в условиях интенсивного отложения минеральных веществ на поверхностях погружного оборудования, и клапанного устройства для обратной промывки насосно-компрессорных труб, а также промывки насоса, в случае применения электроприводного винтового насоса.
Технический результат, достигаемый при реализации обоих технических решений заявленной группы полезных моделей, заключается в повышении надежности и увеличении межремонтного периода за счет обеспечения возможности расклинивания рабочих органов и их промывки путем реверсирования подачи насоса при использовании в составе погружной насосной установки винтового насоса и за счет обеспечения возможности промывки обратного клапана при использовании в составе погружной насосной установки
центробежного насоса.
Погружная насосная установка для добычи нефти, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, включает в себя насос, обратный клапан, расположенный за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости и выполненный с возможностью перекрытия напорной линии насоса для предотвращения перетока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, а также промывочный клапан. При этом в отличии от прототипа промывочный клапан выполнен с возможностью соединения полости насосной установки между выходом насоса и обратным клапаном с затрубным пространством при повышении разности значений давления в затрубном пространстве и упомянутой полости выше заданного значения.
Кроме того, в частном случае реализации насосной установки насос выполнен с возможностью нагнетания жидкости в прямом направлении в колонну насосно-компрессорных труб и в обратном направлении в затрубное пространство.
При этом в частном случае реализации насосной установки насос представляет собой погружной винтовой насос для добычи нефти.
Кроме того, в частном случае реализации насосной установки насос представляет собой погружной центробежный многоступенчатый насос для добычи нефти.
Кроме того, в частном случае реализации насосной установки снабжена вторым обратным клапаном, распложенным между выходом насоса и промывочным клапаном по ходу движения перекачиваемой жидкости.
Кроме того, в частном случае реализации насосной установки обратный и промывочный клапаны выполнены в едином корпусе.
Кроме того, в частном случае реализации насосной установки обратный и промывочный клапаны выполнены в отдельных корпусах.
Клапанный узел погружной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающий достижение указанного выше технического результата, включает в себя обратный и промывочный клапаны и выполнен с возможностью подключения в напорную линию насосной установки за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости. Обратный клапан выполнен с возможностью перекрытия напорной линии насоса для предотвращения перетока жидкости из колонны насосно-компрессорных труб. При этом в отличии от прототипа промывочный клапан выполнен с возможностью соединения полости между входом в клапанный узел и обратным клапаном с затрубным пространством при повышении разности значений давления в затрубном пространстве и упомянутой полости выше заданного значения.
Кроме того, в частном случае реализации клапанного узла он предназначен для использования с насосом, обеспечивающим возможность нагнетания жидкости в прямом направлении в колонну насосно-компрессорных труб и в обратном направлении в затрубное пространство.
При этом в частном случае реализации клапанного узла насос представляет собой погружной винтовой насос для добычи нефти.
Кроме того, в частном случае реализации клапанного узла насос представляет собой погружной центробежный многоступенчатый насос для добычи
нефти.
Кроме того, в частном случае реализации клапанного узла он включает в себя корпус, выполненный с возможностью размещения за насосом по ходу движения перекачиваемой жидкости, в корпусе размещен обратный клапан, а между входом в полость корпуса и обратным клапаном в корпусе клапанного узла образован канал для соединения соответствующей части полости корпуса с затрубным пространством при размещении клапанного узла в скважине, при этом промывочный клапан выполнен с возможностью открытия указанного канала при повышении разности значений давления в затрубном пространстве и упомянутой части полости корпуса выше заданного значения.
При этом в частном случае реализации клапанного узла промывочный клапан, включает в себя седло, отверстие которого образует часть канала для соединения полости корпуса с затрубным пространством, и запорный орган, предназначенный для закрытия канала, при этом запорный орган прижат к седлу с заданным усилием.
При этом в частном случае реализации клапанного узла боковая стенка корпуса клапанного узла выполнена с приливом, в котором выполнено отверстие для соединения полости корпуса с затрубным пространством, в указанном отверстии закреплена сетка для тонкой очистки проходящей через промывочной клапан жидкости, седло промывочного клапана и корпус промывочного клапана, отверстие которого образует часть канала для соединения полости корпуса с затрубным пространством, корпус выполнен в виде стакана и установлен таким образом, что открытый торец стакана расположен
в непосредственной близости от седла клапана, при этом в стенке корпуса промывочного клапана выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, связывающие полость корпуса с полостью клапанного узла, в полости корпуса размещен шариковый запорный элемент, пружина и нажимной элемент, расположенный между пружиной и запорным элементом, внешний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру корпуса, при этом запорный элемент выполнен с возможность перемещения внутри корпуса таким образом, что обеспечивается гидравлическая связь отверстия седла клапана и упомянутых отверстий в стенке корпуса промывочного клапана, по меньшей мере, в крайнем положении запорного элемента, корпус клапанного узла включает также в себя приемную полость промывочного клапана, часть стенки которой образована сеткой для грубой очистки проходящей через промывочной клапан жидкости.
При этом в частном случае реализации клапанного узла отверстие, образующее канал для соединения полости корпуса с затрубным пространством, ориентировано параллельно продольной оси корпуса, а корпус промывочного клапана расположен соосно указанному отверстию, при этом в боковой стенке стакана выполнено два расположенных рядом друг с другом по окружности корпуса отверстия, связывающие полость стакана с полостью клапанного узла.
При этом в частном случае реализации клапанного узла пружина представляет собой винтовую цилиндрическую пружину, запорный элемент по форме представляет собой шар, а опорная поверхность нажимного элемента
со стороны запорного элемента выполнена сферообразной и соответствует форме запорного элемента.
При этом в частном случае реализации клапанного узла корпус клапанного узла состоит из клапанной части, выполненной в виде трубы, открытой с обоих концов, и переходника, присоединяемого к клапанной части корпуса со стороны промывочного клапана с помощью резьбового соединения, в клапанной части размещен обратный клапан и выполнен прилив с размещенным в нем промывочным клапаном, переходник выполнен со сквозным отверстием для подачи потока жидкости в полость клапанной части корпуса, а боковые стенки переходника с закрепленной на них сеткой для грубой очистки жидкости образуют приемную полость промывочного клапана.
При этом в частном случае реализации клапанного узла переходник выполнен с резьбой, предназначенной для присоединения клапанного узла к головке насоса или верхней насосной модуль - секции или соответствующей трубе колонны насосно-компрессорных труб, а на конце клапанной части корпуса со стороны противоположной переходнику выполнена резьба для присоединения клапанного узла к соответствующей трубе колонны насосно-компрессорных труб.
Кроме того, в частном случае реализации клапанного узла обратный клапан включает в себя седло и шариковый запорный орган, выполненный с возможностью размещения на упомянутом седле и перекрытия проходного сечения корпуса.
При этом в частном случае реализации клапанного узла снабжен шламоулавливающим
устройством, включающим в себя шламовую трубу, закрепленную за обратным клапаном по ходу движения перекачиваемой жидкости с возможностью размещения внутри колонны насосно-компрессорных труб, таким образом, что кольцевой зазор между внешней стенкой шламовой трубы и внутренней стенкой соответствующей трубы колонны насосно-компрессорных труб закрыт со стороны обратного клапана и образует шламоулавливающую кольцевую камеру, которая сообщена с внутренней полостью шламовой трубы посредством сквозных отверстий, выполненных в боковой стенке шламовой трубы, при этом шламовая труба закрыта с противоположной от обратного клапана стороны.
Размещение промывочного клапана, который автоматически открывается при возникновении заданной разности значений давления в соответствующей полости насосной установки и затрубном пространстве, перед обратным клапаном по ходу движения перекачиваемой жидкости позволяет, во-первых эффективно вымывать частицы мехпримесей и асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), скапливающиеся в зоне обратного клапана, при проведении промывки насосной установки, во-вторых осуществлять расклинивание рабочих органов винтового насоса (при необходимости) и их промывку обратным вращением винта, причем промывку можно производить промывочной жидкостью, нагнетаемой через затрубное пространство специальным промывочным агрегатом или с использованием пластовой жидкости, накапливающейся в затрубном пространстве выше интервала перфорации скважины, так как находящаяся там жидкость содержит малое количество
газа и мехпримесей вследствие ее естественного разгазирования и естественного осаждения частиц мехпримесей.
Возможность осуществления каждого из технических решений, образующих группу полезных моделей, охарактеризованную приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием погружной насосной установки для добычи нефти с клапанным узлом, выполненными в соответствии с заявленной группой полезных моделей.
Описание сопровождается чертежами, на которых изображено следующее:
На Фиг.1 - принципиальная схема размещения клапанов погружной насосной установки для добычи нефти.
На Фиг.2 - вариант принципиальной схемы размещения клапанов погружной насосной установки.
На Фиг.3 - клапанный узел.
Погружная скважинная насосная установка для добычи нефти включает в себя, в частности, колонну НКТ 1, насосный агрегат, состоящий из погружного электродвигателя с гидрозащитой, и электроприводного винтового (ЭВН) или центробежного (ЭЦН) насоса, а также клапанный узел 2, который включен в напорную линию насосной установки за насосом 3 по ходу движения жидкости, перекачиваемой насосной установкой в рабочем режиме. Клапанный узел 2 включает в себя обратный 4 и промывочный 5 клапаны.
Обратный клапан 4 предназначен для перекрытия напорной линии насоса и предотвращения перетока жидкости из колонны насосно-компрессорных
труб. При использовании в составе установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) обратный клапан препятствует опорожнению НКТ после остановки насоса, что облегчает последующий запуск насоса, так как любой центробежный насос потребляет наименьшую мощность при нулевой подаче (насос запускают с закрытой задвижкой) и максимальном напоре. Кроме того, обратный клапан препятствует попаданию в насос частиц мехпримесей осаждающихся в НКТ после остановки насоса. При использовании в составе установки электроприводного винтового насоса (УЭВН) обратный клапан обеспечивает возможность расклинивание рабочих органов винтового насоса (при необходимости) и их промывку реверсированием подачи насоса.
Промывочный клапан 5 расположен между входом в клапанный узел (выходом насоса) и обратным клапаном 4. Клапан 5 обеспечивает соединение соответствующей полости 8 клапанного узла 2 с затрубным пространством при промывке колонны НКТ или при промывке винтового насоса.
В некоторых скважинах наиболее значительную и опасную часть отложений в колонне НКТ составляют парафины. Интенсивность образования в пластовой жидкости твердых частиц тяжелых углеводородов зависит от температуры перекачиваемой жидкости, которая в пласте может достигать 150°С и постепенно снижается по мере подъема жидкости на поверхность, где температура окружающей среды может достигать значительных отрицательных величин. Таким образом наибольшая интенсивность соответствующих отложений в таких скважинах будет иметь место в районе верхней трети колонны НКТ, где и необходимо проводить наиболее интенсивную промывку, в частности,
горячей нефтью, растворяющей парафиновые отложения. Для этого клапанный узел 2 размещают под указанной частью колонны НКТ (см. Фиг.2), а, в случае применения в составе установки центробежного насоса, непосредственно над насосом устанавливают дополнительный обратный клапан 32 с шламоулавливающим устройством, аналогичным описанному ниже. Клапан 32, во-первых препятствует попаданию в ЭЦН мехпримесей, осаждающихся из части колонны НКТ между клапанным узлом 2 и насосом 3 при его остановке, а во-вторых препятствует попаданию внутрь центробежного насоса горячей нефти или другой агрессивной промывочной жидкости, если вследствие низкого сопротивления со стороны пласта промывочная жидкость после открытия клапан 3 начнет двигаться по колонне НКТ не только вверх, но и вниз. Для предотвращения описанного эффекта УЭЦН может снабжаться дополнительным обратным клапаном 32 и в том случае, если интервал между насосом 3 и клапанным узлом 2 относительно невелик и осаждение мехпримесей из него не имеет существенно значения. При использовании описанной схемы размещения клапанов промываться будет только верхний из двух обратных клапанов, однако в силу указанных выше обстоятельств засорение этого клапана будет происходить более интенсивно, кроме того из-за наличия верхнего обратного клапана 3 количество мехпримесей, которые могут скапливаться в зоне клапана 32 при остановке насоса существенно уменьшится.
Обратный клапан 4 размещен в верхней части корпуса клапанного узла, боковая стенка которого между входом в полость корпуса и обратным клапаном
выполнена с приливом 7, в котором образовано отверстие, соединяющее полость 8 корпуса с затрубным пространством и ориентированное параллельно продольной оси корпуса клапанного узла. В указанном отверстии размещены седло 9 и корпус 10 промывочного клапана 5, образующие соответствующие части канала для соединения полости 8 с затрубным пространством, а также крышка 11 с внешней резьбой, в которой закреплена сетка 12 для тонкой очистки проходящей через клапан 5 жидкости. Крышка 11 обеспечивает фиксацию седла 9 и корпуса 10 в отверстии прилива 7.
Корпус клапанного узла состоит из клапанной части 13, выполненной в виде трубы, открытой с обоих концов, и переходника 14, присоединяемого к клапанной части корпуса со стороны промывочного клапана 5 с помощью резьбового соединения. В клапанной части 13 размещен обратный клапан 4 и выполнен прилив 7 с промывочным клапаном 5. Переходник 14 выполнен со сквозным отверстием 15 для подачи потока жидкости в полость клапанной части корпуса, а боковые стенки переходника с закрепленной на них сеткой 16 для грубой очистки жидкости образует приемную полость промывочного клапана.
Переходник выполнен с резьбой, предназначенной для присоединения клапанного узла к головке насоса или верхней насосной модуль - секции, а на конце клапанной части корпуса, со стороны противоположной переходнику, выполнена резьба для присоединения клапанного узла к соответствующей трубе колонны насосно-компрессорных труб.
При необходимости обратный и промывочный клапаны могут быть выполнены
в отдельных корпусах, при этом относительное расположение клапанов должно соответствовать указанному выше.
Корпус 10 промывочного клапана 5 выполнен в виде стакана и расположен соосно отверстию в приливе 7. Корпус 10 установлен таким образом, что открытый торец стакана расположен в непосредственной близости от седла 9 клапана, при этом в боковой стенке корпуса 10 выполнены два отверстия 18, расположенные рядом друг с другом по окружности корпуса. Отверстия 18 связывают полость стакана с полостью 8 клапанного узла. В полости стакана размещен запорный элемент 19, винтовая цилиндрическая пружина 20 и нажимной элемент 21, расположенный между пружиной 20 и запорным элементом 19.
Запорный элемент 19 по форме представляет собой шар, внешний диаметр которого соответствует внутреннему диаметру корпуса 10, при этом запорный элемент выполнен с возможность перемещения внутри корпуса таким образом, что обеспечивается гидравлическая связь отверстия седла клапана и упомянутых отверстий в стенке корпуса 10 при смещении запорного элемента. Опорная поверхность нажимного элемента 21 со стороны запорного элемента 19 выполнена сферообразной и соответствует форме запорного элемента.
Обратный клапан 4 включает в себя седло 22, шариковый запорный орган 23 и стакан 24 с отверстиями 31, предназначенный для ограничения перемещения запорного органа при движении жидкости из насоса в колонну НКТ. При возникновении перетока жидкости в полость насоса из колонны
НКТ (после остановки ЭЦН или при обратном вращении винта ЭВН) запорный орган 23 садится на седло 22 и перекрывает напорную линию установки.
Обратный клапан снабжен шламоулавливающим устройством, включающем в себя шламовую трубу 25, закрепленную за обратным клапаном по ходу движения перекачиваемой жидкости внутри соответствующей трубы колонны НКТ. Кольцевой зазор между внешней стенкой шламовой трубы и внутренней стенкой соответствующей трубы колонны насосно-компрессорных труб закрыт со стороны нижнего конца шламовой трубы и образует шламоулавливающую кольцевую камеру 26, которая сообщена с внутренней полостью шламовой трубы посредством сквозных отверстий 29, выполненных в средней и нижней части боковой стенке шламовой трубы 25. С противоположного от клапана 4 конца шламовая труба 25 закрыта пробкой 27, в которой закреплены два радиально ориентированных пальца 28, расположенные перпендикулярно друг к другу и предназначенные для ограничения радиального смещения верхнего конца шламовой трубы.
Промывку насосно-компрессорных труб проводят следующим образом (независимо от типа насосной установки) - промывочную жидкость, в частности, горячую нефть, обеспечивающую растворение парафиновых отложений, закачивают с помощью промывочного агрегата в затрубное пространство скважины, при достижении заданного давления, превышающего давление столба жидкости в колонне НКТ и усилие пружины 20, шарик 19 отходит от седла 9 и промывочная жидкость устремляется через полость 8 и обратный клапан 4 в сторону поверхности, вытесняя пластовую жидкость из колонны
НКТ, обеспечивая промывку обратного клапана и насосно-компрессорных труб.
Промывку винтового насоса производят следующим образом - после остановки насоса уровень жидкости в затрубном пространстве повышается за счет притока жидкости из пласта и при обратном включении винтового насоса (обратном вращении винта 30) происходит расклинивание винтовой пары, если имело место заклинивание, а жидкость начинает нагнетаться не в прямом направлении в колонну насосно-компрессорных труб, а в обратном направлении - в затрубное пространство. В результате в напорной полости 6 и, соответственно полости 8 клапанного узла создается разряжение, а в приемной полости (на чертежах не показана) создается избыточное давление. Когда воздействие на шарик 19, возникающее за счет разности между величиной давления жидкости в затрубном пространстве над клапаном 5 и в полости 8, превышает усилие пружины 20 клапан открывается и относительно чистая пластовая жидкость из затрубного пространства поступает к рабочим органам насоса, обеспечивая их промывку. Усилие пружины и интервал между остановкой и обратным включением насоса подбирают таким образом, чтобы исключить работу без притока жидкости.
В некоторых случаях для очистки винтовой пары необходимо применять специальную промывочную жидкость, которую закачивают с помощью промывочного агрегата в затрубное пространство скважины, вытесняя находящуюся там пластовую жидкость, по меньшей мере, до уровня приемного отверстия клапана 5, а затем осуществляют реверсирование насоса и проводят
его промывку как описано выше.  При плановом обслуживании насоса или, если насос на момент проведения промывки сохранил работоспособность, закачку промывочной жидкости перед реверсированием насоса производят не выключая насос, чтобы не создавать значительного противодавления на пласт.
Как правило оказывается достаточно кратковременного реверсирования насоса для того, чтобы преодолеть заклинивание и промыть рабочие органы промывочной жидкостью или относительно чистой пластовой жидкостью, после чего насос вновь готов к работе.