ФИЛЬТР ПОГРУЖНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Техническое решение относится к устройствам для фильтрации пластовой жидкости в скважине и может быть использовано в нефтяной промышленности при добыче нефти из пескопроявляющих скважин для защиты погружного насосного оборудования от воздействия мехпримесей, а также для защиты от нештатных режимов работы при засорении фильтрующих элементов.
Известен фильтр погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, описанный в патенте RU 2230181 С2, 20.02.2004, включающий в себя патрубок, верхний относительно рабочего положения насосного агрегата в скважине конец которого гидравлически связан с приемом насоса, а на нижнем конце патрубка в боковой стенке выполнены приемные отверстия и закреплены фильтрующие элементы. Фильтр включает в себя также магнитоактиватор в виде вставной трубы, расположенной коаксиально внутри патрубка в зоне размещения фильтрующих элементов с образованием кольцевого зазора для прохода перекачиваемой жидкости между внешней стенкой вставной трубы и внутренней стенкой патрубка. Внутри вставной трубы установлены постоянные термостойкие магниты, обеспечивающие магнитную обработку перекачиваемой жидкости. Патрубок выполнен с
возможностью закрепления на нижнем конце полого цилиндрического кожуха с обеспечением движения потока пластовой жидкости через нижний конец патрубка. Кожух выполнен с возможностью размещения внутри него погружного электродвигателя насосного агрегата таким образом, что обеспечивается возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом и электродвигателем, при этом кожух выполнен с возможностью герметичного закрепления своим верхним концом выше приемного отверстия насоса перед спуском насосного агрегата в скважину.
Основным недостатком аналога является отсутствие средств защиты насоса от срыва подачи и защиты погружного электродвигателя от перегрева при забивании фильтрующих элементов частицами мехпримесей.
Известен фильтр погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти (см. патент на полезную модель RU 60613 U1, 27.01.2007), включающие в себя патрубок, верхний конец которого гидравлически связан с приемом насоса, а на нижнем конце патрубка в боковой стенке выполнены приемные отверстия и закреплены фильтрующие элементы. Фильтр также включают в себя предохранительный перепускной клапан, размещенный на нижнем торце патрубка и выполненный с возможностью соединения с затрубным пространством полости насосного агрегата, находящейся за фильтрующими элементами по ходу движения перекачиваемой жидкости, при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения. Патрубок выполнен с возможностью закрепления на нижнем конце полого цилиндрического кожуха, аналогичного описанному выше или выполнен с
возможность закрепления верхнего конца патрубка на нижнем модуле насосного агрегата перед спуском насосного агрегата в скважину. В последнем случае в средней части патрубка должны быть выполнены перфорации, а между перфорациями и приемным узлом расположено устройство для герметизации кольцевого зазора, выполненное с возможностью герметичной установки в эксплуатационной колонне при размещении насосного агрегата в скважине.
Основным недостатком аналога является высокая вероятность засорения фильтрующих элементов, особенно в скважинах с низким дебитом и, соответственно, низкой скоростью движения жидкости через фильтр. Кроме того, в процессе эксплуатации из проходящей через фильтроэлементы скважинной жидкости вследствие снижения скорости фильтрации оседает неотфильтрованный песок мелких фракций и забивает предохранительный клапан, что может препятствовать его срабатыванию.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является фильтр погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, описанный в патенте SU 973926 А1, 15.11.1982, включающий в себя патрубок, верхний относительно рабочего положения насосного агрегата в скважине конец которого гидравлически связан с приемом насоса, а на нижнем конце патрубка в боковой стенке выполнено, по меньшей мере, одно приемное отверстие и закреплен фильтрующий элемент. Фильтр содержит полую перфорированную вставную трубу коаксиально расположенную внутри патрубка в зоне размещения фильтрующего элемента с образованием кольцевого зазора для прохода перекачиваемой жидкости между внешней стенкой вставной трубы и
внутренней стенкой патрубка. Фильтр также включает в себя предохранительный перепускной клапан, размещенный на нижнем торце патрубка. Предохранительный клапан выполнен с возможностью гидравлического соединения затрубного пространства с внутренней полостью вставной трубы при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения. Верхний конец трубы и кольцевой зазор со стороны перепускного клапана по существу герметично закрыты. Предохранительный клапан представляет собой шариковый обратный калан, причем шариковый запорный орган выполнен с возможностью перемещения внутри вставной трубы вдоль перфораций, предназначенных для прохода скважинной жидкости из полости вставной трубы в кольцевой зазор при срабатывании клапана. При частичном заполнении фильтра мехпримесями происходит подъем шарового обратного клапана, благодаря чему открывается соответствующий ряд отверстий, через которые жидкость попадает в кольцевой канал и далее на прием насоса. Таким образом, заполненная мехпримесями часть кольцевого канала промывается через отверстия расположенные выше текущего уровня загрязнения.
Основным недостатком прототипа является невозможность свободного перемещения шарика внутри вставной трубе при наличии в ней мехпримесей и парафиновых отложений, а также высокая вероятность забивания перфораций вставной трубы неотфильтрованными частицами мехпримесей, что снижает надежность предохранительного клапана, а в некоторых случаях может препятствовать его срабатыванию.
Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная
полезная модель, состоит в создании фильтра погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, обеспечивающего возможность осуществления добычи нефти из пескопроявляющих скважин, а также защиту насосного агрегата от нештатных режимов работы при загрязнении фильтровальных устройств.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении долговечности и надежности насосного агрегата, эксплуатируемого в сложных условиях, характеризующихся высоком содержанием в перекачиваемой жидкости частиц механических примесей, в том числе мелкодисперсных, за счет снижения вероятности засорения фильтрующих элементов, а также повышения надежности защиты насосного агрегата от нештатных режимов работы в случае засорения фильтрующих элементов.
Фильтр погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, включает в себя патрубок, верхний относительно рабочего положения насосного агрегата в скважине конец которого гидравлически связан с приемом насоса, а на нижнем конце патрубка выполнено, по меньшей мере, одно приемное отверстие и закреплен фильтрующий элемент. Фильтр содержит полую вставную трубу расположенную внутри патрубка в зоне приемного отверстия патрубка с образованием кольцевого зазора между внешней стенкой вставной трубы и внутренней стенкой патрубка, предназначенного для прохода перекачиваемой жидкости, причем указанный кольцевой зазор по
существу герметично закрыт с нижней стороны. Фильтр также включает в себя предохранительный перепускной клапан, выполненный с возможностью гидравлического соединения затрубного пространства с внутренней полостью вставной трубы при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения. При этом в отличии от прототипа вставная труба открыта со стороны ее верхнего конца, а наружный диаметр вставной трубы выбран из условия обеспечения скорости потока в кольцевом зазоре большей скорости осаждения неотфильтрованных частиц мехпримесей при расчетной подаче насоса.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели предохранительный перепускной клапан размещен на нижнем торце патрубка.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели вставная труба расположена коаксиально внутри патрубка.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели на верхнем конце вставной трубы закреплены два ограничительных стержня, расположенных перпендикулярно друг другу и продольной оси вставной трубы, таким образом, что концы каждого из стержней расположены вблизи внутренней стенки патрубка.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели верхний конец патрубка выполнен с возможностью закрепления на нижнем модуле насосного агрегата перед спуском насосного агрегата в скважину, в средней части патрубка выполнены перфорации, а между перфорациями и приемным узлом расположено устройство для герметизации кольцевого зазора,
выполненное с возможностью по существу герметичной установки в эксплуатационной колонне при размещении насосного агрегата в скважине.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели патрубок выполнен с возможностью закрепления на нижнем конце полого цилиндрического кожуха с обеспечением движения потока пластовой жидкости через нижний конец патрубка, кожух выполнен с возможностью размещения внутри него погружного электродвигателя насосного агрегата таким образом, что обеспечивается возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом и электродвигателем, при этом кожух выполнен с возможностью закрепления своим верхним концом выше приемного отверстия насоса перед спуском насосного агрегата в скважину.
Благодаря существенному увеличению скорости движения жидкости в кольцевом зазоре между патрубком и вставной трубой за счет соответствующего подбора внешнего диаметра вставной трубы значительно замедляется оседание мехпримесей во внутренней кольцевой полости фильтра и существенно снижается вероятность забивания фильтрующих элементов мехпримесями и асфальтосмолопарафиновыми веществами (АСПВ). При этом, в случае забивании фильтрующих элементов предохранительный клапан обеспечивает обратный поток жидкости через щели фильтроэлементов и их промывку.
Наличие вставной трубы позволяет также свести к минимуму вероятности забивания предохранительного клапана песком. Благодаря этому в случае заполнения полости кольцевого зазора неотфильтрованными
частицами мехпримесей произойдет нормальное срабатывание предохранительного клапана и пластовая жидкость по вставной трубе с высокой скоростью направится на прием насоса. При этом открытая сверху вставная труба образует своего рода кольцевое сопло струйного насоса, благодаря чему мехпримеси из кольцевого зазора будут выносится потоком на поверхность. Когда фильтр очистится настолько, что предохранительный клапан закроется, фильтр продолжит функционировать в штатном режиме.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием фильтра погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее.
На Фиг.1 изображен фильтр в сборе.
На Фиг.2 и 3 изображен скважинный насосный агрегат с фильтром.
Фильтр 1 погружного скважинного насосного агрегата для добычи нефти включает в себя патрубок 2, верхний конец которого гидравлически связан с приемом насоса (на чертежах не показан), а на нижнем конце патрубка в боковой стенке выполнены приемные отверстия 3 и закреплен фильтрующий элемент 4. На внешней поверхности патрубка установлен центратор 21.
Верхний конец патрубка перед спуском насосного агрегата в скважину может быть закреплен непосредственно на нижнем фланце электродвигателя (компенсатора гидрозащиты, блока погружной телеметрии и т.п.) с
помощью фланцевой муфты 5. В этом случае средней части патрубка должны быть выполнены перфорации 6, а между перфорациями и приемным узлом располагают устройство (пакер-пробку) 7 для герметизации кольцевого зазора между патрубком и эксплуатационной колонной (см. патент на полезную модель RU 60613 U1, 27.01.2007). Устройство 7 препятствует обратному перетоку жидкости из части затрубного пространства, в которую выходят перфорации 6 патрубка и приемные отверстия насоса, в нижнюю часть затрубного пространства, где находится интервал перфорации скважины, из которого пластовая жидкость поступает в приемные отверстия 3 фильтра и поднимается по патрубку 2 к перфорациям 6, заполняя верхнюю часть затрубного пространства.
В том случае, если насосный агрегат размещают ниже интервала перфорации, патрубок 2 закрепляют на нижнем конце полого цилиндрического кожуха 8 (см. Фиг.3). Внутри кожуха размещают погружной электродвигатель насосного агрегата с гидрозащитой (на чертежах не показан) таким образом, что обеспечивается возможность движения потока перекачиваемой жидкости через зазор между кожухом и электродвигателем (см., в частности, патент на полезную модель RU 43320 U1, 2005.01.10 и RU 60613 U1, 27.01.2007), при этом кожух 8 закрепляют верхним концом выше приемного отверстия насоса. Конструкция кожуха 8 может предусматривать герметизацию отверстия для прохода кабеля-удлинителя, но герметизация этого отверстия не является обязательной т.к. небольшой переток жидкости не влияет на работу насосного агрегата. В процессе работы насосного агрегата поток пластовой жидкости
из интервала перфорации скважины за счет депрессии, создаваемой насосным агрегатом, будет двигаться в направлении нижнего конца патрубка 2 и приемных отверстий 3, а затем по патрубку и зазору между кожухом и электродвигателем поступать на прием насоса.
Щелевой фильтрующий элемент 4 включающий в себя два кольцевых бандажа 9 закрепленные с двух сторон от приемных отверстий 3, а в бандажах закреплены концы проволочной навивки 10 фильтра. Может быть использован также фильтрующий элемент с гравийной засыпкой.
Фильтр содержит полую вставную трубу 11 расположенную коаксиально внутри патрубка в зоне размещения фильтрующего элемента 4 с образованием кольцевого зазора для прохода перекачиваемой жидкости между внешней стенкой вставной трубы 11 и внутренней стенкой патрубка 2. Кольцевой зазор по существу герметично закрыт с нижней стороны, а вставная труба 11 открыта со стороны ее верхнего конца. Наружный диаметр вставной трубы выбран из условия обеспечения скорости потока в кольцевом зазоре большей скорости осаждения неотфильтрованных мехпримесей при расчетной подаче насоса.
Площадь кольцевого зазора (S) рассчитывают исходя из значения критической скорости потока, соответсвующей скорости осаждения неотфильтрованных частиц мехпримесей при расчетной подаче насоса (по известным данным критическая скорость должна быть не менее 2,5 м/с)
к
S=Q/V,
где
S - площадь кольцевого зазора,
Q - расход жидкости,
к
v - критическая скорость потока.
На верхнем конце вставной трубы закреплены два ограничительных стержня 12, расположенных перпендикулярно друг другу и продольной оси вставной трубы, таким образом, что концы каждого из стержней расположены вблизи внутренней стенки патрубка Стержни 12 предназначен для ограничения смещения верхнего конца вставной трубы в радиальном направлении.
Фильтр 1 также включает в себя предохранительный перепускной клапан 13, размещенный на нижнем торце патрубка 2. Клапан 13 выполнен с возможностью гидравлического соединения затрубного пространства с внутренней полостью вставной трубы 11 при повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения, происходящем вследствие засорения фильтрующих элементов и снижения их пропускной способности.
Предохранительный клапан 13 включает в себя закрепляемый на конце патрубка 2 корпус 14 и крышку 15. Полость клапана гидравлически связана с полостью вставной трубы. Внутри корпуса размещен запорный орган 16 и выполнено отверстие 17, связывающее полость корпуса с затрубным пространством. Запорный орган 16 с помощью винтовой цилиндрической пружины 18 прижат к внутренней стенке крышки 15 с заданным усилием, определяемым характеристиками пружины, что обеспечивает открытие отверстия
при заданном значении давления. Запорный орган 16 представляет собой полый цилиндрический поршень, размещенный в соответствующем отверстии корпуса с возможностью осевого перемещения. Центральное осевое 19 отверстие запорного органа закрыто со стороны торца, которым запорный орган прижат к крышке 15, а в боковой стенке выполнены радиальные каналы 20, связывающие центральное отверстие с полостью корпуса 14, в которой выполнено отверстие 17. Пружина 18 размещена в кольцевой полости между внешней стенкой запорного органа и внутренней стенкой отверстия корпуса. При повышении давления в затрубном пространстве выше заданного значения пружина сжимается под действием усилия со стороны нижнего торца запорного органа, который поднимается с седла и пластовая жидкость минуя фильтрующие элементы через отверстия 17, 20 и 19 поступает во вставную трубу 11, а оттуда в патрубок 2.
Применение фильтров предложенной конструкции позволяет существенно увеличить межремонтный период работы скважины.