ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Техническое решение относится к устройствам для фильтрации и магнитной обработки жидкой среды, в частности водонефтяной смеси нефтяных скважин и может быть использовано в нефтяной и нефтегазовой промышленности для защиты погружного насосного оборудования от воздействия мехпримесей, содержащихся в пластовой жидкости, а также предотвращения отложений органических и неорганических веществ на внутренних поверхностях насосного агрегата, колонны насосно-компрессорных труб и промысловых трубопроводах.
При подъеме по колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и транспортировке по наземным трубопроводам происходит быстрое охлаждение пластового продукта, в результате, в скважине и внутрипромысловых трубопроводах происходит отложение солей жесткости, в том числе нерастворимых, особенно при повышенном содержание пластовых рассолов в перекачиваемой водонефтяной смеси, что препятствует нормальной работе оборудования. Кроме того, пластовая жидкость, особенно из месторождений с глубоким залеганием продуктивных пластов, обычно содержит большое количество фракций тяжелых углеводородов, значительную часть которых составляют парафиновые углеводороды. При понижении температуры парафины переходят
в твердую фазу, образуя коллоидный раствор в пластовой жидкости, что резко снижает эффективность работы погружной насосной установки, а также осложняет задачи внутрипромыслового сбора и подготовки нефтяного конденсата к транспорту. Процессы парафиноотложения значительно усиливаются в верхней части колонны НКТ и на начальном участке внутрипромыслового трубопровода, где происходит интенсивное охлаждение водонефтяной смеси до температуры грунта, а также в конце внутрипромыслового трубопровода, где температура смеси сильно снижается вследствие теплообмена с окружающей средой. Для решения описанных проблем часто прибегают к магнитной обработке потока водонефтяной смеси, в частности, непосредственно в скважине, это обеспечивает интенсивную кристаллизацию солей в объеме обрабатываемой жидкости, что значительно уменьшает отложения солей на рабочих поверхностях погружного насоса, внутренних стенках колонны насосно-компрессорных труб, промысловых трубопроводах и т.д., при этом кристаллы солей становятся центрами коагуляции коллоидного раствора парафинов, частицы которого выносятся с потоком пластовой жидкости, что существенно снижает количество отложений парафинов на внутренних поверхностях погружного и наземного оборудования.
Известно входное устройство скважинного центробежный насосный агрегат для добычи нефти, описанное в патентах RU 2230181 С1, 10.06.2004 и RU 46532 U1, 10.07.2005), содержащее цилиндрический кожух, верхний конец которого герметично закреплен над приемным отверстием насоса с образованием зазора между кожухом и электродвигателем насосного
агрегата. На нижнем конце кожуха закреплен хвостовик с каналами для прохода перекачиваемой водонефтяной смеси. На хвостовике закреплены проволочные фильтрующие элементы, образующие отверстия заданного размера для прохода перекачиваемой смеси. Входное устройство снабжено магнитной системой, предназначенной для магнитной обработки потока водонефтяной смеси, включающей в себя постоянные магниты, расположенные в хвостовике (в нижней части кожуха на выходе из хвостовика см. RU 46532) за фильтрующими элементами по ходу движения водонефтяной смеси.
При размещении магнитов в хвостовике или нижней части кожуха активная кристаллизация солей, происходящая в результате магнитного воздействия на поток, будет начинаться непосредственно в кожухе, что может привести к забиванию кристаллами солей и парафином узкого кольцевого зазора между кожухом и корпусом ПЭД и, соответственно, срыву подачи, выходу из строя насосного агрегата вследствие перегрева двигателя и пр. Описанная ситуация наиболее вероятна в скважинах с небольшим внутренним диаметром эксплуатационной колонны, где зазор между кожухом и корпусом ПЭД очень мал, так как диаметральный габарит кожуха жестко ограничен.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков (прототипом) является входное устройство скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти (см. патенты RU 2261369 С1, 27.09.2005, RU 41792 U1, 10.11.2004, RU 26814 U1, 20.12.2002), включающее в себя фильтрующие элементы, образующие отверстия заданного размера для прохода перекачиваемой смеси. Входное устройство размещено между
электродвигателем и насосом центробежного насосного агрегата и образует приемную полость насоса, соединенную с полостью, в которой размещены рабочие органы насоса. Внутри приемной полости размещен вала, предназначенный для передачи крутящего момента от электродвигателя к рабочим органам насоса.
Основным недостатком прототипа является отсутствие комплексной защиты погружного оборудования, включающей в себя не только фильтрацию твердых включений, но и защиту оборудования от отложения солей и парафинов, так как надежность и долговечность погружного и промыслового оборудования определяется в большинстве случаев воздействием всех этих факторов одновременно. Кроме того, при наличии входного фильтра в водонефтяной смеси существенно снижается содержание твердых частиц мехпримесей, служащих в обычных условиях центрами кристаллизации солей и парафинов, что приводит к интенсификации роста отложений на внутренних поверхностях насосных установок и промысловых трубопроводов.
Таким образом, задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в создании входного устройства скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти, обеспечивающего как защиту погружного оборудования от воздействия мехпримесей, содержащихся в пластовой жидкости, так и предотвращение отложений органических и неорганических веществ на внутренних поверхностях насосных установок и промысловых трубопроводов.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели,
заключается в повышении надежности и долговечности скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти за счет обеспечения комплексного воздействия на перекачиваемую среду, заключающегося в фильтрации частиц мехпримесей, а также магнитном воздействии на поток, при одновременном повышении эффективности магнитного воздействия и обеспечении активного выноса образующихся в результате магнитного воздействия частиц потоком перекачиваемой среды.
Входное устройство скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, выполнено с возможностью размещения между электродвигателем и насосом скважинного центробежного насосного агрегата и включает в себя корпус и фильтрующие элементы, образующие отверстия заданного размера для прохода перекачиваемой смеси. При этом в отличии от прототипа входное устройство снабжено магнитной системой, предназначенной для магнитной обработки потока перекачиваемой смеси, включающей в себя постоянные магниты, расположенные за фильтрующими элементами по ходу движения нефтеводогазовой смеси.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, корпус включает в себя основание и головку, при этом входное устройство включает в себя несущие элементы, которые соединяют головку и основание корпуса, магниты закреплены на несущих элементах, при этом между несущими элементами образованы каналы для прохода перекачиваемой смеси.
При этом, в частном случае реализации полезной модели, фильтрующие
элементы закреплены на несущих элементах магнитной системы.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, между несущими элементами в каналах для прохода перекачиваемой смеси расположены перемычки, соединяющие головку и основание корпуса, которые имеют в сечении форму трапеции, обращенной меньшим основанием навстречу потоку.
При этом, в частном случае реализации полезной модели, фильтрующие элементы закреплены на перемычках и несущих элементах магнитной системы
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, фильтрующие элементы имеют кольцевую форму и закреплены соосно продольной оси корпуса устройства таким образом, что между фильтрующими элементами образованы щелевые отверстия для прохода перекачиваемой смеси.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, несущие элементы выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью и стойкость к коррозии с среде пластовой жидкости.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, несущие элементы выполнены с радиально ориентированными выступами, в которых образованы герметичные полости, в которых размещены магниты.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, магниты закреплены на несущих элементах, по меньшей мере, двумя рядами, каждый из которых включает в себя, по меньшей мере, три магнита, равномерно распределенных вокруг продольной оси входного устройства на одинаковом
расстоянии относительно указанной оси.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, магниты в каждом ряде ориентированы своими полюсами в радиальном направлении относительно продольной оси входного устройства и направлены одноименными полюсами к указанной оси.
При этом, в частном случае реализации полезной модели, полюса магнитов, находящихся в соседних рядах, могут быть направлены в противоположных направлениях относительно продольной оси входного устройства.
При этом, в частном случае реализации полезной модели, полюса магнитов во всех рядах могут быть направлены в одном направлении относительно продольной оси входного устройства.
Наличие фильтрующих элементов и магнитной системы обеспечивает комплексную защиту погружного оборудования и промысловых трубопроводов от отложения солей и парафинообразования. Оптимальным является размещение магнитов за фильтрующими элементами по ходу движения перекачиваемой водонефтяной смеси, т.к. фильтрация позволяет отделить взвешенные ферромагнитные частицы, которые задерживаются на наружной поверхности элементов магнитной системы, существенно снижая эффективность магнитной обработки Кроме того, фильтрация смеси позволяет отделить твердые частицы, изнашивающие поверхность оборудования, в результате чего интенсивность роста отложений на этих поверхностях существенно возрастает. Наличие фильтрующих элементов на входе устройства также обеспечивает турбулизацию потока, что дополнительно повышает эффективность
магнитной обработки.
Магнитная обработка потока после фильтрации особенно важна, так как из-за наличие входного фильтра в водонефтяной смеси практически отсутствуют твердые части мехпримесей, служащие в обычных условиях центрами кристаллизации парафинов.
Размещение магнитов в полости входного устройства, непосредственно соединенной с полостью нижней насосной модуль-секции, в которой находятся рабочие органы насоса, или с полостью газосепаратора (диспергатора) позволяет повысить общую надежность насосного агрегата, так как в результате магнитного воздействия на поток начинается активная кристаллизация солей и коагуляция парафинов и образовавшиеся частицы будут сразу попадать в проточную часть насоса и выноситься на поверхность, не задерживаясь в узких каналах, патрубках и т.п.
Размещение магнитной системы между насосом и электродвигателем в приемной полости, через которую проходит вал, передающий крутящий момент от электродвигателя к рабочим органам насосного агрегата, обеспечивает существенную дополнительную турбулизацию потока за счет вращения вала.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием входного устройства скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено следующее.
На Фиг.1 схематично изображен входное устройство в разрезе на виде сбоку.
На Фиг.2 изображен разрез А-А по Фиг.1.
На Фиг.3 и 4 изображены схема размещения магнитов магнитной системы входного устройства.
Входное устройство 1 скважинного центробежного насосного агрегата для добычи нефти в предпочтительном варианте реализации полезной модели присоединяют между электродвигателем (протектором гидрозащиты электродвигателя) и насосом центробежного насосного агрегата (на чертежах не показаны) вместо входного модуля насосного агрегата. Однако, возможно выполнение входного устройства как части нижней насосной модуль-секции или приемной части газосепаратора (диспергатора, газосепаратора-диспергатора) насосного агрегата. Кроме того, входное устройство в виде отдельного модуля, описанное ниже, может быть присоединено к насосному агрегату с газосепаратором (диспергатором, газосепаратором-диспергатором) специального исполнения, не имеющего приемных отверстий, или обычным газосепаратором с заглушенными приемными отверстиями.
Входное устройство 1 включает в себя корпус 2, образующий приемную полость 3 насоса, непосредственно соединенную с полостью нижней насосной модуль-секции электроцентробежного насоса (ЭЦН). В корпусе образованы каналы 4 для прохода перекачиваемой водонефтяной смеси в приемную
полость 3. На корпусе закреплены кольцевые фильтрующие элементы 5, образующие щелевой фильтр на входе в каналы 4 корпуса. В полости входного устройства с помощью двух радиальных подшипников 6 и 7 установлен вал 8, предназначенный для передачи крутящего момента от вала протектора погружного электродвигателя (ПЭД) к валу нижней секции ЭЦН, который соединен с указанными валами с помощью шлицевых муфт (на чертежах не показаны). В том случае, если устройство 1 представляет собой часть насосной модуль-секции, газосепаратора (диспергатора, газосепаратора-диспергатора), указанные узлы должны быть выполнены с удлиненным валом или снабжены дополнительным валом, аналогичным описанному выше.
Входное устройство 1 снабжено магнитной системой, предназначенной для магнитной обработки потока перекачиваемой смеси, включающей в себя постоянные магниты 9, закрепленные на несущих элементах 10, которые соединяют головку 11 и основание 12 корпуса, при этом упомянутые каналы 4 для прохода перекачиваемой смеси образованы между несущими элементами 10. Магниты 9 размещены в полости входного устройства через которую проходит вал 8, что обеспечивает турбулизацию потока и повышение эффективности магнитного воздействия. При этом вал 8 может быть выполнен с дополнительными турбулизирующими элементами, представляющими собой пазы или выточки на валу, ил лопастные (шнековые) насадки расположенные между магнитами (на чертежах не показаны).
Несущие элементы 10 выполнены из материала с высокой магнитной проницаемостью и стойкость к коррозии с среде пластовой жидкости, а
магниты 9 размещены в герметично закрытых полостях, выполненных внутри радиально ориентированных выступов несущих элементов, что исключает контакт поверхности магнита с водонефтяной смесью и, соответственно, коррозию магнитов, приводящую к изменению их свойств. Магниты закреплены несколькими рядами, каждый из которых включает в себя от трех до пяти магнитов, равномерно распределенных вокруг продольной оси входного устройства на одинаковом расстоянии относительно оси вала 8. Магниты в каждом ряде ориентированы своими полюсами в радиальном направлении относительно продольной оси вала и направлены одноименными полюсами к указанной оси (см. Фиг.1).
Для повышения жесткости конструкции радиальные выступы могут быть соединены между собой или выполнены в виде единого элемента с центральным отверстием для вала. Кроме того, вал может быть размещен внутри трубы, расположенной в приемной полости насоса и соединенной с выступами несущих элементов, в этом случае турбулизирующее влияние вала будет отсутствовать, но жесткость конструкции будет максимальной.
В том случае, если осевой габарит входного устройства может быть увеличен без ущерба для эксплуатационных характеристик насосного агрегата, магниты располагают таким образом, чтобы полюса магнитов во всех рядах были направлены в одном направлении относительно оси вала входного устройства (см. Фиг.3). В этом случае достигается максимальная интенсивность магнитного поля, создаваемого каждым магнитом в зоне протекания водонефтяной смеси. Кроме того, количество рядов магнитов может быть
увеличено для повышения эффективности магнитной обработки потока.
В том случае, если осевой габарит входного устройства ограничен и может быть использовано не более двух рядов магнитов, которые необходимо расположить на незначительном расстоянии относительно друг друга, полюса магнитов, находящихся в соседних рядах, направляют в противоположных направлениях относительно оси (см. Фиг.4), так как подобное размещение магнитов позволяет повышать эффективность магнитного воздействия за счет создания более сложной конфигурации магнитных полей на пути водонефтяного потока.
Магниты 9 закреплены в приемной полости за фильтрующими элементами 5 по ходу движения нефтеводогазовой смеси, так как фильтрация пластового продукта позволяет повысить магнитную проницаемость среды.
Кольцевые фильтрующие элементы 5 из листового материала закреплены на несущих элементах магнитной системы друг над другом соосно продольной оси входного устройства, а между ними образованы щелевые отверстия заданного размера для прохода перекачиваемой смеси. Размер щелей между элементами 5 выбирают исходя из предполагаемых характеристик скважины в которой будет эксплуатироваться входное устройство.
Между несущими элементами 10 расположены ориентированные в осевом направлении перемычки 13, соединяющие головку 11 и основание 12 корпуса, которые имеют в сечении форму трапеции, обращенной меньшим основанием навстречу потоку проходящему через в каналы 4. Перемычки 13 предназначены для рассечения и турбулизации потока водонефтяной смеси,
но они могут служить также дополнительной опорой для закрепления фильтрующих элементов 5. Так как основную осевую нагрузку в описанной конструкции воспринимают несущих элементы 10 перемычки 13 могут быть выполнены практически любой толщины, необходимой для решения задач разделения и турбулизации потока.
Устройство работает следующим образом.
Водонефтяная смесь под действием столба жидкости, находящегося в эксплуатационной колонне скважины, проходит между фильтрующими элементами 5 через каналы 4 в приемную полость 3, при этом частицы мехпримесей задерживаются элементами 5 и опускаются на забой скважины. Поток водонефтяной смеси, проходя через решетчатую конструкцию, образованную элементами 5 и перемычками 13, разделяется на части и турбулизируется. Попав в полость 3 поток дополнительно турбулизируется за счет взаимодействия с валом 8 и подвергается магнитному воздействию со стороны системы магнитов 9 в результате чего начинается активная кристаллизация солей и коагуляция парафинов. После этого поток попадает в насосную модуль-секции ЭЦН, а образовавшиеся в результате магнитного воздействия частицы попадают в проточную часть насоса и выносятся на поверхность не откладываясь на рабочих органах насоса, НКТ и пр.