ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОЙ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА В ОСЛОЖНЕННЫХ УСЛОВИЯХ
PROTECTIVE DEVICE OF WELL ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP INSTALLATION UNDER COMPLICATED CONDITIONS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей области, в частности к методам и средствам защиты скважинных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при добыче углеводородного сырья.
Эксплуатация скважинной установки электроцентробежного насоса в осложненных условиях при добыче углеводородного сырья характеризуется, прежде всего, наличием в составе скважинного флюида (пластовой жидкости) значительного количества мехпримесей, а также компонентов, обуславливающих гидратные и гидратоуглеводородные отложения. Все это отрицательно влияет на работу УЭЦН, снижая эффективность и наработку на отказ. Существующие защитные устройства, используемые в заводской комплектации, решают, как правило, одну из проблем - защиту от механических примесей, или различных отложений, или коррозии.
Известен скважинный щелевой самоочищающийся трубчатый фильтр (а.с. №1432199, МПК E21B 43/08, 1986 г.), содержащий однослойный или многослойный фильтрующий элемент, закрепленный на каркасном элементе, который содержит перфорированный корпус с нормированным размером фильтрующих отверстий и подвижный, подпружиненный относительно корпуса очищающий узел, скребущая кромка которого охватывает корпус и при осевых перемещениях узла по корпусу счищает с его фильтрующей части налипшие образования мехпримеси. На эффект очистки в значительной мере влияет процесс «зашпаклевывания» фильтрующих отверстий. Отрицательными факторами также является электрическое взаимодействие между поверхностью фильтрующего элемента и заряженными частицами мехпримеси.
Кроме этого, известны несколько различных конструкций фильтров ЗАО «Новомет», ОАО «Алнас», ООО «РЕАМ-РТИ» (Камалетдинов Р.С., Лазарев А.Б. Обзор существующих методов борьбы с мехпримесями // «Инженерная практика». 2010, №2. С.6-13), использующих в качестве фильтрующего элемента сетку, проволоку или металлизированный поролон. Общим недостатком данных элементов является то, что все они выполнены из металла и способны электрически взаимодействовать с заряженными частицами мехпримеси (эффект налипания).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является фильтр скважинный насосный (пат. РФ 2302514, МПК E21B 43/08, опуб. 10.07.2007 г.), который крепится к основанию погружного двигателя УЭЦН. Фильтр скважинный насосный содержит перфорированную трубу и фильтрующую металлическую сетку, охватывающую наружную поверхность перфорированной трубы, и выполнен из двух основных частей: фильтрующей и соединительной, которые закреплены между собой с помощью муфты, фильтрующая часть представляет собой перфорированную трубу со щелевыми отверстиями, а соединительная часть представляет также перфорированную трубу с круглыми отверстиями. На тело трубы соединительной части приварена втулка с резьбовым соединением для установки резиновых уплотнительных колец, наружный диаметр которых выбран на 3-5 мм больше внутреннего диаметра скважины, с прокладками, зажатыми круглой гайкой и фиксированными контргайками. Недостатками данной конструкции являются большие габариты и низкая эффективность очистки пластовой жидкости от механических частиц, которые забивают поры фильтра и зазоры подшипников скольжения рабочих органов электроцентробежного насоса.
Общим недостатком известных устройств является отсутствие защиты от естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений и коррозии.
Задачей изобретения является повышение эффективности защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья в осложненных условиях от мехпримесей, естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, коррозии за счет комплексного использования фильтра мехпримесей, электромагнитного защитного устройства (электромагнитного протектора) и антикоррозионного защитного устройства (протектора-коагулятора).
Поставленная задача решается защитным устройством скважинной установки электроцентробежного насоса, включающее установленный в ее нижней части фильтрующий элемент в виде перфорированной трубы и охватывающей ее фильтрующей сетки. В отличие от прототипа оно дополнительно содержит электромагнитный протектор и антикоррозионный протектор, а также фильтрующий элемент, оснащенный промежуточной перфорированной трубой с формированием лабиринтного направляющего канала. Сетка фильтрующего элемента выполнена из неметаллического материала. При этом электромагнитный протектор соединен посредством перфорированного патрубка с основанием погружного электродвигателя установки, а своей нижней частью соединен через разобщитель с фильтрующим элементом, который, в свою очередь, соединен с антикоррозионным протектором.
Согласно предложенному изобретению осуществляется комплексная защита УЭЦН по трем направлениям: фильтрация мехпримесей, предотвращение естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, антикоррозионная защита посредством специализированного протектора. Техническая реализация в совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, обеспечивает повышение эффективности защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья. Предложенная совокупность существенных признаков является новой, а достигаемый результат не следует явным образом из существующего уровня техники.
Конструкцию и принцип действия заявляемого устройства иллюстрируют чертежи на фиг.1. и фиг.2.
На фиг.1 показана скважинная компоновка УЭЦН с защитным устройством, которая включает в себя: силовой кабель 1, эксплуатационную колонну 2, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, шламоуловитель 4, сливной клапан 5, обратный клапан 6, электроцентробежный насос (ЭЦН) 7, фильтр ЭЦН 8, гидрозащиту 9, погружной электродвигатель (ПЭД) 10, электромагнитный протектор 11, разобщитель 12, фильтрующий элемент 13, антикоррозионный протектор 14. Стрелками схематично показано движение скважинной жидкости.
На фиг.2 изображена схема движения жидкости внутри фильтрующего элемента 13. Здесь изображено: центральная труба 15, промежуточная труба 16, корпус фильтрующего элемента 17, частицы мехпримеси 18. Стрелки показывают траекторию движения жидкости.
Следует отметить, что силовой кабель 1, эксплуатационная колонна 2, колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, шламоуловитель 4, сливной клапан 5, обратный клапан 6, электроцентробежный насос (ЭЦН) 7, фильтр ЭЦН 8, гидрозащита 9, погружной электродвигатель (ПЭД) 10 являются элементами скважинной компоновки, широко распространенной при добыче углеводородного сырья (Агеев Ш.Р. и др. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, 645 с.).
Принцип действия и устройство электромагнитного протектора 11 также известно, например (пат. RU 2348794 С2, МПК E21B 37/00, опубл. 10.03.2009). Работа устройства основана на иницировании объемного кристаллообразования и повышении его скорости, вместо кристаллообразования на инородной, по отношению к кристаллообразующему веществу, поверхности скважинной компоновки. При этом образовавшиеся в объеме флюида твердые частицы уносятся этим флюидом на поверхность.
Действие антикоррозионной защиты базируется на электролизе воды, эмульгированной в нефти, что позволяет снизить степень коррозионного разрушения насосного оборудования вследствие его катодной поляризации (патент РФ №2132454, МПК E21B 43/00, 27.06.1999 г.). Кроме того, например, при использовании магний-цинковых материалов в составе антикоррозионного протектора создается на внешних поверхностях УЭЦН магнетитовая защитная пленка с низкой адгезией, предотвращающая доступ коррозионной среды к поверхности защищаемого оборудования.
Как видно из фиг.1, заявляемое устройство подвешивается на основание ПЭД 10 на перфорированном патрубке электромагнитного протектора 11, корпус которого также выполняет функцию верхнего центратора. Нижняя часть устройства также оснащена центратором, совмещенным с корпусом антикоррозионного протектора 14.
Устройство работает следующим образом: механические примеси, находящиеся в пластовой жидкости, проходя мимо антикоррозионного протектора 14, отделяются от потока на неметаллической (капроновой) сетке фильтрующего элемента 13 с лабиринтным входом (фиг.2). Как видно из фиг.2, фильтрующий элемент 13 дополнительно оснащен промежуточной трубой 16, перфорированной так же, как корпус 17, и разделяющей нисходящий поток жидкости на два канала с меньшим суммарным сечение, при этом формируется лабиринтный направляющий канал, ускоряющий восходящий поток жидкости. При этом более мелкие механические примеси, прошедшие через сетку фильтрующего элемента 13, проходят через этот лабиринтный направляющий канал (фиг.2), сепарируются и выпадают в осадок. Далее очищенная пластовая жидкость поднимается по центральной трубе 15, затем через разобщитель 12 и через электромагнитный протектор 11 выходит в затрубное пространство под ПЭД 10. Далее подготовленная жидкость проходит мимо ПЭД 10 на входной модуль ЭЦН 7, где дополнительно очищается фильтром ЭЦН 8, выполненным также на основе неметаллической (капроновой) сетки. Затем жидкость проходит через ЭЦН 7, обратный клапан 6, шламоулавитель 4 и по НКТ 3 поднимается на поверхность. Предотвращение естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений на элементах скважинной компоновки, включая УЭЦН, осуществляется за счет генерации электромагнитного поля, которое иницирует объемное кристаллообразование и повышает его скорость, тем самым существенно уменьшает кристаллообразование на поверхности скважинной компоновки. При этом образовавшиеся в объеме флюида твердые частицы уносятся этим флюидом на поверхность. Защита от коррозии осуществляется посредством антикоррозионного протектора 14. Использование неметаллических сеток в фильтрующих элементах 8 и 13 позволяет исключить электрическое взаимодействие между поверхностью фильтрующего элемента и заряженными частицами мехпримеси, т.е. предотвращается налипание твердых частиц на фильтрующую поверхность.
Таким образом, заявленное устройство позволяет повысить эффективность защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья в осложненных условиях от мехпримесей, естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, коррозии за счет комплексного использования фильтра мехпримесей, электромагнитного защитного устройства (электромагнитного протектора) и антикоррозионного защитного устройства (антикоррозионного протектора).