ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНАЯ ПОГРУЖНАЯ УСТАНОВКА
ELECTRIC CENTRIFUGAL SUBMERSIBLE PLANT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для добычи нефти из скважин погружными электроцентробежными насосами (УЭЦН), в том числе с высоким содержанием механических примесей и газа.
Известен комплект противополетного оборудования (ППО) фирмы «Гайберсон» с песочным якорем, применяемый в НГДУ «Арланнефть» (НТЖ «Нефтяное хозяйство» №4, 2002, с.63). Песочный якорь изготавливается из НКТ диаметрами 76 и 89 мм, имеет фильтр с отверстиями 3 мм и накопитель, длина которого рассчитывается в зависимости от концентрации песка в добываемой продукции и желаемого межремонтного периода. Сборка 11110 «Гайберсон» и песочного якоря устанавливается на расчетной глубине на пакере (30-40 м ниже зоны подвески УЭЦН), разобщая пласт и УЭЦН. Продукция скважины поступает в песочный якорь через отверстия фильтра, песок оседает в накопителе, пластовая жидкость через клапан-отсекатель поступает в насос.
Сборка ППО, как пишет автор, показала неплохие результаты на двух скважинах при отделении механических примесей концентрации 0,181 г/л и 0,154 г/л при значительном межремонтном периоде.
Недостатком данной сборки ППО «Гайберсон» является возможное скапливание газа под пакером, прорыв его через фильтр песочного якоря на прием насоса в больших количествах и срыв подачи ЭЦН. Кроме того, отсутствует очищение фильтра, а концентрация отделяемых механических примесей невелика (менее 0,2 г/л).
Наиболее близкой к изобретению является электроцентробежная погружная установка (патент RU 2382237, опубликован 04.06.2010), содержащая насос, протектор, электродвигатель, кожух, фильтр с отверстиями, песконакопитель и установленный снаружи шламоуловитель. Фильтр выполнен каркасно-проволочным. Каркасно-проволочный фильтр представлен несущим стержнем, трубным каркасом и оболочкой фильтра, причем трубный каркас имеет продольные щели, а на наружной поверхности нарезана треугольная резьба. Оболочка фильтра выполнена из проволоки треугольного профиля, между витками которой имеются щели, расширяющиеся внутрь конструкции.
Недостатком данного изобретения является неэффективное отделение песка без использования изменения векторов скоростей движения жидкости и неудачная конструкция накопителя и клапанного узла.
Кроме того в установке не предусмотрено отделение газа, который практически всегда присутствует в добываемой жидкости. Жидкость с мелкими фракциями песка, пройдя каркасно-проволочный фильтр и продольные щели в корпусе, прямиком отправится в трубу, в кожух и на прием насоса без отделения песка. Те крупные частички песка, которые задержатся каркасно-проволочным фильтром, будут вновь и вновь поступать и накапливаться снаружи фильтра, пока окончательно не перекроют все отверстия. И тогда откроются клапаны в клапанном узле, через которые будут беспрепятственно поступать в насос все фракции песка, что быстро выведет насос из строя.
Накопитель имеет фланцевое соединение (сужение), на котором будут оседать те немногие песчинки, которые не будут захвачены потоком жидкости и не попадут на прием насоса. И лишь когда их накопится достаточное количество (критический угол), они начнут проваливаться под собственным весом через фланец в накопитель.
Задачами предлагаемого изобретения являются предотвращение износа насоса и защита его от попадания механических примесей и газа.
Техническим результатом, достигаемым при использовании данного изобретения, является повышение межремонтного периода работы оборудования, более эффективное охлаждение всех нагревающихся частей погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости и отвод попутного газа в затрубное пространство, минуя прием насоса.
Технический результат достигается за счет того, что в электроцентробежной погружной установке, состоящей из насоса, протектора, электродвигателя, кожуха, фильтра с отверстиями, песконакопителя и установленного снаружи шламоуловителя, согласно изобретению фильтр имеет всасывающую трубу, расширяющуюся книзу, подвижную пружину с кольцевой крышкой, расположенную внутри или снаружи фильтра.
На чертеже изображена электроцентробежная погружная установка.
Установка содержит насос 1 с приемной сеткой 2, протектор 3, электродвигатель 4, кожух 5, фильтр 6 с отверстиями и всасывающей трубой 13, расширяющейся книзу, песконакопитель 7, переводные муфты 10 и 14, колонну НКТ 11. Снаружи фильтра 6 установлен шламоуловитель 12. Кожух 5 изготовлен из одной или нескольких труб соответствующего размера, вверху соединен с колонной НКТ переводной муфтой 14, внизу - муфтой 10 с фильтром 6 с подвижной пружиной 9, установленной внутри или снаружи фильтра 6.
Подвижная пружина 9 в верхней части имеет кольцевую крышку 8, перекрывающую кольцевое пространство фильтра. В нижней части подвижная пружина 9 прикреплена к внутренней или наружной части корпуса фильтра 6. Выше кольцевой крышки 8 в корпусе фильтра имеются отверстия большего диаметра. Ниже кольцевой крышки 8 в основной части корпуса фильтра 6 имеются отверстия, равные удвоенному среднему размеру выносимого песка или проппанта. Количество отверстий в фильтре n определяется из дебита скважины Q по соотношениям:
;
где V скорость движения жидкости через отверстия фильтра 6;
k - коэффициент, учитывающий содержание газа;
f - площадь сечения одного отверстия.
Изобретение направлено на повышение межремонтного периода работы установки ЭЦН при добыче жидкости с высоким содержанием мехпримесей газа, в том числе и после гидроразрыва пласта, путем отделения на первом этапе наиболее крупной составляющей песка в фильтре 6 и сброса его в шламоуловитель 12, на втором этапе улавливание мелких фракций песка в песконакопитель 7 и на третьем этапе - улавливание оставшихся частиц над переводной муфтой 10.
Кроме того, в предлагаемом изобретении предусмотрены отделение и отвод свободного газа через верхние отверстия фильтра 6.
Предлагаемая электроцентробежная погружная установка работает следующим образом: жидкость с песком поступает через фильтр 6. Наиболее крупные частицы песка (или проппанта) будут задерживаться фильтром 6 и под собственным весом оседать в шламоуловителе 12. Более мелкие фракции песка будут проникать внутрь фильтра 6 и вместе с жидкостью двигаться вниз, ускоряясь в месте расширения внутренней всасывающей трубы 13. За счет высокой скорости и массы частицы будут проскакивать вниз в песконакопитель 7, который может состоять из нескольких труб, а жидкость в центральной части трубы 13 изменит вектор движения на противоположный. Скорость восходящего потока будет в несколько раз ниже нисходящего за счет увеличения сечения внутреннего канала расширения трубы 13, что обеспечит эффективное отделение жидкости от песка. Остаточный песок будет отделен в районе переводной муфты 10 за счет резкого изменения вектора скорости движения жидкости. Затем очищенная жидкость поступит в кожух 5, охлаждая электродвигатель, и в приемную сетку 2 насоса 1.
В случае забивания отверстий фильтра 6 разрежение внутри фильтра 6 увеличится и тогда жидкость начнет поступать через верхние (крупные) отверстия фильтра 6, сжимая (разжимая) подвижную пружину 9 с кольцевой крышкой 8. Кольца подвижной пружины начнут выдавливать и сбивать застрявшие частички песка, освобождая отверстия фильтра.
Попадающий в фильтр свободный газ будет скапливаться под кольцевой крышкой 8 подвижной пружины 9, способствуя ее колебанию, и отводиться через верхние отверстия фильтра в межтрубное пространство.
Длина и объем песконакопителя 7 и шламоуловителя 12 рассчитываются в зависимости от типоразмера применяемых труб, концентрации песка в добываемой продукции и необходимого межремонтного периода.