МАГНИТНЫЙ ФИЛЬТР СКВАЖИННОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам штанговых глубинных насосов (УШГН) и может быть использована для эксплуатации нефтяных скважин, в том числе горизонтальных и наклонно-направленных.
При эксплуатации штанговых глубинных насосов одной из ключевых проблем является влияние механических примесей на работу клапанных пар. При попадании на седло клапана мелких металлических частиц, образуемых при длительной эксплуатации металлических частей скважинного оборудования, герметичность насоса снижается, что приводит к снижению заполнения полезного пространства насоса, либо к полной потере подачи. Помимо снижения герметичности клапанных пар появляется проблема заклинивания УШГН. Мелкие частицы металла, попадая в зазор между плунжером и цилиндром насоса, создают сопротивление движению плунжерной пары, что со временем приводит к износу плунжера и его заклиниванию. Обычно в таких случаях проводятся обратные промывки скважин с целью вымывания таких частиц из насоса, но, как правило, эти мероприятия редко приносят положительный эффект, и насос признается негодным к дальнейшей эксплуатации, что ведет к дополнительным затратам на приобретение нового оборудования и остановке скважины на текущий капитальный ремонт.
Наиболее часто встречающиеся частицы мехпримесей составляют окалины металла, которые отделяются от эксплуатационной колонны и колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) вследствие их длительной эксплуатации. Величина данных частиц может быть различной в зависимости от степени износа глубинного насосного оборудования. Попадание окалин происходит как с верхних участков подвески НКТ и штанг, так и с хвостовика. Нередко источником проблемы является длительный срок эксплуатации обсадных колонн.
Из уровня техники известен щелевой фильтр (патент РФ №2445146, МПК B01D 29/48, опубликовано 20.03.2012), содержащий трубу, фильтровальный участок которой имеет перфорацию в виде отверстий, фильтрующий элемент в виде навитой по спирали проволоки, пружину. Фильтрующий элемент установлен концентрично трубе между неподвижно закрепленным нижним опорным элементом в виде стакана и подвижным двусторонним упором в кольцевых зазорах между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами нижнего опорного элемента и подвижного двустороннего упора, с опорой на кольцевую площадку каждого. Между подвижным двусторонним упором и верхним подвижным упором в кольцевые зазоры между наружным диаметром трубы и внутренними диаметрами упоров с опорой на кольцевую площадку каждого установлена пружина, первоначальное усилие которой превышает упругую деформацию пружины фильтрующего элемента, что обеспечивает плотное прилегание витков проволоки фильтрующего элемента.
Недостатком данного фильтра является его высокая пропускная способность, способствующая неэффективной фильтрации жидкости, содержащей частицы меньшего размера, чем проходное отверстие фильтра. В скважинах с выносом песка и мелкого абразива данное устройство неэффективно и защищает только от крупных отложений.
Известен газопесочный якорь скважинного насоса (патент РФ №65128, МПК Е21В 43/34, опубликовано 27.07.2007), включающий закрытую снизу наружную трубу с радиальными впускными отверстиями и внутреннюю трубу для направления скважинной жидкости из нижней части наружной трубы в насос. Впускные отверстия наружной трубы закрыты фильтрующей сеткой, причем в кольцевом пространстве между наружной трубой и сеткой установлены разделительные кольца, размещенные непосредственно под каждым рядом впускных отверстий наружной трубы.
Данное устройство имеет более высокую эффективность в сравнении с щелевыми фильтрами, так как имеет несколько фильтрационных каналов, через которые проходит жидкость. При попадании мелких частиц в такой фильтр, они осаждаются и не попадают в полость насоса, тем самым увеличивая его наработку на отказ. Однако, в отличие от щелевого фильтра газопесочный якорь имеет недостаток при борьбе с крупными мехпримесями из-за возможной закупорки отверстий газопесочного якоря, что влечет за собой отсутствие притока жидкости из пласта в насос и, соответственно, к устью скважины.
Известен фильтр для погружного электроцентробежного насоса (патент РФ №165052, МПК Е21В 43/08, опубликовано 27.09.2016), включающий корпус входного модуля, в средней части которого размещен упругий металлический каркас типа беличьего колеса, выполненный из стальных спиц, верхние и нижние концевые части которых закреплены в разрезных металлических кольцах, установленных на корпусе входного модуля, пластиковую фильтрующую сетку, закрепленную снаружи металлического каркаса посредством клямс, причем внутри упругого каркаса на корпусе входного модуля закреплен нижний конец капилляра для подачи растворителя, а в верхней части корпуса входного модуля выполнены отверстия для прохода нефтесодержащей жидкости.
Недостатком данного фильтра является его сложное конструктивное выполнение, а также недостаточно эффективная очистка от металлических частиц.
Несмотря на индивидуальные особенности различных методов борьбы с механическими примесями в скважине, эффективность их рассматривается только при поступлении отложений из призабойной зоны скважины. Однако, существующие устройства для борьбы с мехпримесями не предусматривают защиту от возможных выпадений частиц металла, окалин с верхней части подвески НКТ, возникающих при временной остановке насоса.
Техническим результатом полезной модели является увеличение срока службы насосного оборудования посредством снижения вероятности его заклинивания в результате засорения металлическими частицами, поступающими как из призабойной зоны пласта, так и с верхней части подвески колонны НКТ.
Указанный технический результат достигается магнитным фильтром скважинного глубинного насоса, содержащим патрубок насосно-компрессорной трубы, на внутренней поверхности которого закреплены магнитные пластины.
Согласно полезной модели магнитные пластины могут быть расположены равномерно по окружности патрубка насосно-компрессорной трубы.
Согласно полезной модели магнитные пластины могут быть расположены по высоте патрубка насосно-компрессорной трубы в несколько рядов.
Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой ШГН с магнитными фильтрами, один из которых установлен над насосом, а другой - снизу хвостовика НКТ.
ШГН содержит плунжер 1, перемещающийся внутри цилиндра 2, соединенного с НКТ через верхний магнитный фильтр 3. В нижней части плунжера установлен нагнетательный клапан 4, в нижней части цилиндра установлен всасывающий клапан 5. Непосредственно под цилиндром 2 насоса установлен приемный фильтр 6 для улавливания крупного мусора. На хвостовике НКТ установлен нижний магнитный фильтр 7 для притягивания металлических частиц. Каждый магнитный фильтр состоит из патрубка 8 НКТ, с закрепленными внутри него магнитными пластинами 9.
Магнитные фильтры в составе ШГН работают следующим образом.
При движении плунжера 1 вверх происходит подъем жидкости, находящейся над плунжером, на поверхность. При движении плунжера вниз жидкость через полый плунжер перетекает в НКТ. При этом мелкие и крупные металлические частицы, которые выносятся с пластовой жидкостью, попадают в полость насоса. Направляясь к устью, пластовая жидкость выносит металлические частицы в полость насоса. Установленные в магнитных фильтрах магнитные пластины 9 проявляют свои физические свойства магнитного притяжения, в результате чего частицы металла меняют свое направление от устья скважины к магнитным пластинам, тем самым задерживаясь в намагниченной зоне. Таким образом минимизируется попадание металлических частиц в зону работы плунжера, что позволяет увеличивать срок службы насосного оборудования.
Предложенная конструкция магнитного фильтра прошла опытно-промысловые испытания в скважинах ООО «Башнефть-Добыча». В двух скважинах штанговый глубинный насос был спущен на НКТ 1991 и 1995 годов изготовления. Ранее было получено по 3 отказа по причине заклинивания насоса из-за негативного влияния механических примесей металлического происхождения. После установки магнитных фильтров работа насосов стабилизировалась и отказы не происходили.
Таким образом, использование предложенных магнитных фильтров ШГН без усложнения конструкции позволяет увеличить срок службы насосного оборудования при попадании в него металлических частиц.