НАСОСНАЯ КОМПОНОВКА СКВАЖИННАЯ САМООЧИЩАЮЩАЯСЯ
DOWNHOLE SELF-CLEANING PUMP ASSEMBLY UNIT

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для защиты скважинного электроцентробежного насоса от попадания на прием механических примесей с одновременным выносом данных примесей с пластовой жидкостью на дневную поверхность.
Известен фильтр блочный для погружного центробежного электронасоса, содержащий основание, головку и установленный между ними фильтрующий блок, фильтрующий блок состоит из одной или более фильтрующих секций, выполненных с возможностью их замены, при этом основание и каждая фильтрующая секция содержат корпус, установленный в каждом корпусе с возможностью вращения вал, на одном конце которого установлена шлицевая муфта, а другой конец вала снабжен шлицевыми элементами для соединения с ответными частями шлицевых муфт присоединяемых валов, каждая фильтрующая секция снабжена соединенными с перфорированным корпусом ниппелем и переводником с отверстиями для прохода жидкости и установленным между ниппелем и переводником фильтрующим элементом, при этом переводник и ниппель содержат присоединительные поверхности для соединения фильтрующей секции с основанием или предыдущей фильтрующей секцией и головкой или последующей фильтрующей секцией соответственно [1].
Недостатком прототипа является сложность конструкции, в частности наличие нескольких соосных валов, открытая поверхность фильтрующих элементов, что может привести к повреждению их при спуске в скважину, быстрая закупорка механическими примесями фильтрующих элементов и невозможность их очистки без подъема на дневную поверхность, что значительно снижает срок наработки на отказ электроцентробежного насоса и загрязнение скважины из-за сброса механических примесей в зумпф.
Известен фильтр скважинный самоочищающийся Юмачикова, состоящий из трех концентрично расположенных труб разного диаметра, две последние в верхней части соединены патрубком и снабжены отверстиями, внутренняя труба снабжена фильтрующим элементом, размещенным в интервале отверстий на данной трубе, эта же труба снабжена раструбом и соединена с ним продольными ребрами, при этом раструб расположен с зазором относительно промежуточной трубы и снабжен в нижней части соплом, в кольцевом зазоре между внутренней и промежуточной трубами соосно с ними размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде обратного усеченного конуса и прикрепленный к данным трубам выше верхних отверстий, выполненных на них, при этом средние отверстия промежуточной трубы выполнены напротив раструба и снабжены фильтрующим элементом, раструб также снабжен центратором [2].
Недостатком данного фильтра является сложность конструкции, дополнительные спуско-подъемные операции при установке и подъеме его из скважины, при этом требуется подготовка эксплуатационной колонны в случае подвески его на пакере.
Наиболее близким решением, взятым за прототип, является насосный агрегат для прокачки скважины, включающий погружной и водоструйный насосы таким образом, что водоструйный насос установлен над погружным насосом и соединен с его выходом через сопло в водоподъемный состав труб подачи водоструйного и погружного насосов, при этом насосный агрегат дополнительно снабжен корпусом в виде двух концентрично расположенных труб, кольцевое пространство между которыми образует всасывающий канал водоструйного насоса, соединенный с продолжающим его дополнительным нижним узлом насосного агрегата с трубой, а погружной насос расположен по центру внутренней трубы корпуса, образуя между своей боковой наружной поверхностью и внутренней поверхностью этой трубы всасывающий канал погружного насоса, который соединен окнами, выполненными друг напротив друга в обоих трубах в нижней части корпуса, с пространством, образованным стенкой скважины и внешней трубой корпуса, для чего противолежащие окна в обеих трубах соединены трубчатыми элементами с возможностью перекрытия кольцевого пространства между трубами так, что их длина равна расстоянию между трубами плюс толщине внешней трубы, а суммарная площадь окон эквивалентна по сопротивлению входа жидкости площади всасывающего канала погружного насоса, при этом площадь сечения по внешнему диаметру труб дополнительного нижнего узла насосного агрегата равна минимальной для всаса водоструйного насоса, обеспечивающей совместно с максимальным отвлечением потока всасывания водоструйного насоса, скорость потока воды, при которой частицы, создающие угрозу абразивного износа, не попадают в погружной насос [3].
Преимуществом прототипа по сравнению с аналогами является снижение количества механических примесей в части пластовой жидкости, прокачиваемой электроцентробежным насосом, отбор струйным насосом, установленным над электроцентробежным насосом, части пластовой жидкости, проходящей мимо электроцентробежного насоса и содержащей большее количество механических примесей, подъем смеси частей пластовой жидкости с меньшей и большей концентрацией механических включений по трубам на устье.
Недостатками прототипа являются вероятность попадания механических примесей в электроцентробежный насос и связанные с этим износ деталей насоса, перегрев подземного электродвигателя из-за заклинивания турбинок. Концентрично расположенная в интервале всего насосного агрегата герметичная сверху внутренняя труба дополнительного корпуса исключает возможность использования прототипа в нефтедобывающих скважинах.
Задачей изобретения является повышение наработки на отказ насосной компоновки, включающей очистку части пластовой жидкости, перекачиваемой электроцентробежным насосом, повышение межремонтного периода работы скважины за счет постоянной самоочистки фильтра, подъем смеси очищенной и неочищенной части пластовой жидкости, проходящей мимо компоновки и содержащей механические примеси на устье.
Решение задачи включает защиту скважинного электроцентробежного насоса компоновки от попадания на его приемный модуль механических примесей, перенос данных примесей в неочищаемый поток пластовой жидкости, движущийся мимо компоновки на прием струйного насоса.
Технический результат достигается тем, что насосная компоновка скважинная самоочищающаяся включает фильтр в составе установки электроцентробежного насоса и установленный над ним струйный насос, концентрично расположенный кожух, снабженный отверстиями в нижней части, при этом фильтр включает полый корпус с фланцами, шлицевой вал, фильтр-элемент, выполненный в виде усеченного конуса, закрепленного с возможностью перекрытия кольцевого зазора между полым корпусом и концентричным кожухом, при этом на боковой поверхности концентрично расположенного кожуха выполнены отверстия перед верхними кромками фильтр-элемента, производительность установки электроцентробежного насоса равна 70% дебита скважины, производительность струйного насоса равна 30% дебита скважины.
Сущность изобретения заключается в том, что часть пластовой жидкости, которая проходит через фильтр в приемный модуль электроцентробежного насоса(ЭЦН), непосредственно перед фильтр-элементом делится на два потока за счет подбора ЭЦН производительностью, равной 70% дебита скважины по жидкости, при этом та часть потока, которая не поступает на прием ЭЦН, выходит из фильтра через отверстия на боковой поверхности концентрично расположенного кожуха, смывая частицы механических примесей с поверхности фильтр-элемента в кольцевой зазор, между кожухом и эксплуатационной колонной, по которому поток жидкости с механическими примесями смешивается с потоком неочищенной части пластовой жидкости, которая проходит мимо фильтра и поступает на прием струйного насоса, через который смесь частей, очищенной и неочищенной от механических примесей, поднимается по лифтовой колонне на устье.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен частичный продольный разрез насосной компоновки скважинной самоочищающейся; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 представлена схема работы насосной компоновки скважинной самоочищающейся. На фигурах условно показаны эксплуатационная колонна (ЭК), лифтовая колонна (ЛК), кабель (К) подземного электродвигателя.
Насосная компоновка состоит из фильтра (1), установки электроцентробежного насоса, включающей электродвигатель (2), протектора (3), входного модуля (4), центробежного насоса (5), газосепаратор (не показан) размещенный между модулем (4) и насосом (5), струйного насоса (6), кожуха (7) с нижними отверстиями (8) и боковыми отверстиями (9). Фильтр (1) включает полый корпус (10), фланцы (11), шлицевой вал (12), фильтр-элемент (13), выполненный в виде усеченного конуса.
Компоновка функционирует следующим образом (Фиг.3).
Пластовая жидкость, поднимаясь вдоль компоновки насосной, непосредственно перед фильтром (1) делится на две части, при этом одна часть проходит через фильтр (1), другая часть поднимается по затрубному зазору между кожухом (7) и эксплуатационной колонной (ЭК) в сторону струйного насоса (6), часть жидкости, проходящая через фильтр (1), поступает в него через отверстия (8) и, перемещаясь вверх, проходит через фильтр-элемент (13), далее очищенная от механических примесей жидкость поступает в приемный модуль(4) центробежного насоса (5) в объеме, равном производительности ЭЦН, которая в данной компоновке равна 70% дебита скважины по жидкости, при этом та часть жидкости, которая не поступает в приемный модуль(4) центробежного насоса (5), выходит из фильтра (1) через боковые отверстия (9) кожуха (7), одновременно смывая с поверхности фильтр-элемента (13) частицы механических примесей в затрубный зазор и поднимается вдоль компоновки, смешиваясь с неочищенной частью пластовой жидкости, проходящей мимо фильтра (1), и всасывается в струйный насос (6), через который смесь очищенной и неочищенной пластовой жидкости по лифтовой колонне (ЛК) поднимается на устье.
3
3
3
Технические характеристики элементов компоновки, например, для скважины дебитом 100 м/сут., производительность: - установки электроцентробежного насоса - 70 м/сут.; - струйного насоса 30 м/сут.; скважинность фильтр-элемента равна не менее трем площадям скважинности перфорации входного модуля центробежного насоса, при этом используются электроцентробежные насосы обычного исполнения.
На январь 2011 года средняя наработка на отказ внутрискважинного оборудования по Тюменской области (включая Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий округа) составляет в среднем 450-500 суток при потенциальном ресурсе оборудования, например, установки электроцентробежного насоса, равном 1200 суток и более, таким образом, за период, равный ресурсу одного электроцентробежного насоса, используются еще два новых электроцентробежных насоса, по причине выхода из строя первых двух из-за отрицательного влияния механических примесей, содержащихся в пластовой жидкости.
Использование насосной компоновки скважинной самоочищающейся позволит повысить наработку на отказ скважинных установок до потенциального ресурса, при этом экономический эффект составит не менее 5 млн. руб. на одну скважину, за счет увеличения в два и более раза наработки на отказ установки электроцентробежного насоса и исключения не менее трех остановок скважины на очистку и ремонт, а также за счет исключения потери добычи пластовой жидкости при простоях.
В настоящее время ведутся работы по изготовлению опытного образца компоновки и проведения опытно промышленных испытаний на скважинах.
Источники информации
1. Патент на изобретение RU №2395014 С1 МПК F04D 29/70,
2. Патент на изобретение RU №2305756 С1 МПК E21B 43/00.
3. Свидетельство на полезную модель RU №27171 U1 МПК F04D 13/10 2002 г. - прототип.