Скважинная насосная установка
DOWNHOLE PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано для эксплуатации обводненных нефтяных скважин с неустойчивым уровнем жидкости.
Известна скважинная штанговая насосная установка (патент RU № 2459116, МПК F04B 47/00, опубл. 20.08.2012 Бюл. № 23), содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, хвостовик и насос с цилиндром и плунжером, разделяющим цилиндр на нефтяную секцию с входным каналом, всасывающим и нагнетательным клапанами, сообщенную со скважинным пространством выше уровня водонефтяного контакта и сверху с колонной лифтовых труб, и водную секцию, снабженную отдельным всасывающим и нагнетательным клапанами и сообщенную с цилиндром ниже плунжера и скважинным пространством ниже уровня водонефтяного контакта через хвостовик с сифоном и входным каналом, объем которого выполнен больше объема всасывания водной секции насоса и достаточен для всплытия нефти в воде за период нагнетания водной секции насоса, причем хвостовик сообщен через всасывающий клапан водной секции обводным каналом через боковую стенку с цилиндром, а входной канал нефтяной секции через всасывающий клапан сообщен с низом цилиндра, причем нагнетательный клапан этой секции размещен в дополнительном обводном канале, сообщающем выход всасывающего клапана нефтяной секции с колонной лифтовых труб, при этом в цилиндре ниже плунжера установлен поршень с возможностью ограниченного перемещения между выходом обводного канала и всасывающим клапаном нефтяной секции.
Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления и низкая производительность из-за наличия большого количества внешних перепускных каналов, а также снижение эффективности работы при резком изменения уровня жидкости в скважине из-за точной настройки под конкретный дебит скважины.
Известна также скважинная насосная установка (патент RU № 2132969, МПК F04D 13/10, опубл. 10.07.1999 Бюл. № 19), содержащая колонну насосно-компрессорных труб, струйный насос с радиальными приемными клапанами, центробежный насос, устройство для регулирования режима работы установки и средство для измерения динамического уровня, причем устройство для регулирования режима работы установки выполнено в виде подвижно установленных на струйном насосе кольцевого поплавка и соединенного с ним тягами корпуса с радиальными приемными каналами, участок перекрытия приемных каналов струйного насоса и упорами для положений с раскрытыми и перекрытыми приемными каналами.
Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления из-за наличия электроцентробежного и струйного насоса, а также системы противовесов, и узкая область применения, так как предназначена для водозаборных неглубоких скважин, а также изменения режимов работы насоса при изменении уровня жидкости, что приводит к снижению его коэффициента полезного действия (КПД).
Наиболее близким по технической сущности является скважинная насосная установка (патент RU № 2211378, МПК F04D 13/10, опубл. 27.08.2003 Бюл. № 24), содержащая центробежный насос, водоподъемную колонну, кольцевой поплавок, телескопически связанный с тягами, соединенными жестко с водоподъемной колонной в нижней части, гибкую мерную связь, соединенную одним концом с кольцевым поплавком, а другим - с противовесом и перекинутую через направляющий ролик, установленный на устье скважины, причем она снабжена дополнительным кольцевым поплавком, установленным под кольцевым поплавком и жестко соединенным с водоподъемной колонной.
Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления из-за наличия системы противовесов на устье скважины и узкая область применения, так как предназначена для водозаборных неглубоких скважин, а также изменения режимов работы насоса при изменении уровня жидкости, что приводит к снижению его коэффициента полезного действия (КПД).
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание скважинной насосной установки, позволяющей упростить конструкцию и расширить область применения за счет исключения противовесов с гибкой тягой на устье и оснащения нижней части лифтовой колонны для подъема продукции изменяющейся по длине трубой возможности работы в глубоких (в том числе и нефтеносных) скважинах с изменяемым уровнем жидкости, а также использования как минимум в нижней части спиральным питающим кабелем, позволяющим свободно перемещаться насосу вверх-вниз за счет прикрепленного к корпусу поплавка в пределах нижней части лифтовой колонны без провисания.
Техническая задача решается скважинной насосной установкой, включающей центробежный насос с электродвигателем и наружным корпусом, лифтовую колонну для подъема продукции и поплавок.
Новым является то, что поплавок жестко соединен с корпусом насоса для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости в скважине, как минимум нижняя часть лифтовой колонны выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом насоса, а как минимум нижняя часть кабеля изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля при перемещении насоса.
Новым является также то, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде герметично телескопически вставленных с возможностью продольного перемещения труб, нижняя из которых жестко соединена с корпусом насоса.
Новым является также то, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде поперечно гофрированной с возможностью сжатия трубы, низ которой жестко соединен с корпусом насоса.
На фиг. 1 изображена насосная установка, спущенная в скважину.
На фиг. 2 изображена нижняя часть лифтовой колонны в виде труб, телескопически вставленных друг в друга.
На фиг. 3 изображена нижняя часть лифтовой колонны в виде поперечно гофрированной трубы.
Скважинная насосная установка включает центробежный насос 1 (фиг. 1) с электродвигателем 2 и наружным корпусом 3, лифтовую колонну 4 для подъема продукции на поверхность и поплавок 5, который жестко соединен с корпусом 3 насоса 1 для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости 6 в скважине 7. Как минимум нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 1 и 2) выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1. Как минимум нижняя часть кабеля 8, питающего электродвигатель 2, изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля 8 при перемещении насоса 1 вверх-вниз.
Нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 2) может быть изготовлена в виде герметично телескопически вставленных с возможностью продольного перемещения труб 9 и 10, нижняя из которых жестко соединена с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1, например, муфтой 11, сваркой (не показана), развальцовкой (не показана) или т.п. Такую конструкцию низа лифтовой колонны 4 рекомендуется использовать в скважинах 7, в которых перепад уровня жидкости 6 не превышает 7 - 10 м.
Нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 3) может быть изготовлена в виде поперечно гофрированной с возможностью сжатия трубы 12, низ которой жестко соединен с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1, например, муфтой 11, сваркой (не показана), развальцовкой (не показана) или т.п. Такую конструкцию низа лифтовой колонны 4 рекомендуется использовать в скважинах 7, в которых перепад уровня жидкости 6 превышает 10 м.
Поскольку поплавок 5 (фиг. 1) изготовлен из менее плотного материала (меньше плотности жидкости в скважине 7), то он имеет низкую теплопроводность, поэтому его не рекомендуется размещать на электродвигателе 2, который охлаждается снаружи за счет естественной конвекции жидкости в скважине 7. А насос 1 охлаждается преимущественно за счет вынужденной конвекции, прокачиваемой через него жидкости, поступающей на вход 13 и подымаемой далее на поверхность по лифтовым трубам 4. Поплавок 5 может быть изготовлен из пенопласта, вспененного полиуретана, резиновой полости с воздухом внутри или т.п. (автор на это не претендует).
Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность насосной установки, на чертежах (фиг. 1 - 3) не показаны или показаны условно.
Скважинная насосная установка работает следующим образом.
Насос 1 (фиг. 1) с электродвигателем 2 и поплавком 5 наружным корпусом 3, например, при помощи муфты 11 при соединяют к лифтовым трубам 4 и спускают в скважину 7. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) полностью выходит из трубы 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) максимально удлиняется, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), за счет веса насоса 1 с поплавком 5 и электродвигателем 2. После спуска насоса 1 ниже уровня жидкости 6 поплавок 5 (за счет силы Архимеда) всплывает с насосом 1 и электродвигателем 2, что отмечается на устьевом индикаторе веса (УИВ - не показан). При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) входит в трубу 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) сжимается, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), исключая провисание кабеля 8. Как только показания на УИВ перестает снижаться спуск лифтовых труб 4 прекращают, так как это свидетельствует, что насос находится на оптимальной глубине относительно уровня жидкости 6. Устье (не показано) скважины 7 герметизируют по кабелю 8 подают питание на электродвигатель 2, который приводит в работу насос 1. В результате жидкость из скважины 7 поступает на вход 13 и насосом 1 по лифтовой колонне 4 перекачивается на поверхность.
При отключении близлежащих нагнетательных скважин (не показаны), например, на обслуживание, капитальный ремонт или т.п., уровень жидкости 6 в скважине 7 снижается (из-за снижения пластового давления). Вместе с уровнем жидкости под действием поплавка 5 опускается и насос 1 с электродвигателем 2, исключая захват воздуха через вход 13 насосом 1, а это может привести к его перегреву и выходу из строя. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) выходит из трубы 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) удлиняется, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1).
При отключении близлежащих добывающих скважин (не показаны), например, на обслуживание, капитальный ремонт или т.п., уровень жидкости 6 в скважине 7 повышается (из-за роста пластового давления). Вместе с уровнем жидкости под действием поплавка 5 всплывает и насос 1 с электродвигателем 2, исключая расположение входа 13 ниже уровня водонефтяного контакта (ВНК - не показан), а это может привести к перекачке только воды, делая не рентабельным добычу из этой скважины 7. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) входит в трубу 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) сжимается, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), исключая его провисание.
Исключение провисания кабеля 8 не позволяет заклинить ему между поплавком 5 стенками скважины и, как следствие, оборваться при перемещении насоса 1 вместе с поплавком 5, исключая аварийные ситуации.
Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет упростить конструкцию и расширить область применения за счет исключения противовесов с гибкой тягой на устье и оснащения нижней части лифтовой колонны для подъема продукции изменяющейся по длине трубой возможности работы в глубоких (в том числе и нефтеносных) скважинах с изменяемым уровнем жидкости, а также использования как минимум в нижней части спиральным питающим кабелем, позволяющим свободно перемещаться насосу вверх-вниз за счет прикрепленного к корпусу поплавка в пределах нижней части лифтовой колонны без провисания.