ПРИВОД ЭЛЕКТРОПОГРУЖНОГО НАСОСА С НАРУЖНЫМ КОЖУХОМ
DRIVE OF ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP WITH OUTER JACKET

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к глубинным электропогружным приводам скважинных насосных установок.
Известна «Насосная установка для одновременно раздельной эксплуатации двух пластов в скважине» (патент RU №2339798, E21B 43/14, опубл. 27.11.2008), включающая привод электропогружного насоса, содержащий кабель, пакер, кожух электропогружного насоса, охватывающий только электродвигатель и сообщенный с входом насоса через входной модуль, узлом герметизации кабеля во входном модуле электропогружного насоса, причем электропогружной насос снизу может быть оснащен датчиком давления, выполненным с возможностью передачи информации по кабелю электропогружного насоса.
Недостатком привода данного насоса является невозможность использования телеметрии, присоединяемой к электродвигателю и технологических элементов для соединения и защиты насоса (например, гидрозащиты, соединительных муфт, соединенных в блок электродвигателей и т.п.), так как кожух охватывает только электродвигатель.
«Скважинная насосная установка для одновременной раздельной эксплуатации двух пластов» (патент RU №2381352, E21B 43/14, опубл. 10.02.2010), содержащая привод электропогружного насоса, включающий электродвигатель, оснащенный снизу измерительным блоком, кабель, кожух, охватывающий привод, который оснащен сверху переводником с узлом герметизации кабеля и технологическими каналами, установленным между нижним насосом и его электродвигателем так, что вход этого насоса сообщен технологическим каналом с кожухом, при этом электропогружной насос может быть оснащен гидрозащитой, а снизу - измерительным блоком, выполненным с возможностью передачи информации по кабелю электропогружного насоса.
Недостатком привода данного насоса является необходимость иметь несколько конструкций по длине и по типу соединения с приводом и электропогружным насосом, так как для различных целей могут быть использованы различные электропогружные насосы (например: центробежный, винтовой, роторный и т.п.) и электродвигатели (в зависимости от интервала установки и производительности пласта), в том числе и при последовательном блочном соединении нескольких электродвигателей, при этом насосы могут оснащаться телеметрией, гидрозащитой и другими технологическим элементами, в совокупности приводит к изготовлению специальных кожухов для каждого конкретного случая, что приводит к большим затратам на изготовление и хранение неиспользованных кожухов.
Технической задачей изобретения является создание привода с универсальными сборными переводником и кожухом для снижения затрат на изготовление и хранение.
Техническая задача решается приводом электропогружного насоса с наружным кожухом, содержащим кабель, как минимум один электродвигатель с технологическими элементами, соединенный сверху с переводником, кожух, охватывающий электродвигатель с технологическими элементами и соединенный сверху и снаружи с переводником, оснащенным узлом герметизации кабеля и технологическими каналами для сообщения кожуха с входом насоса.
Новым является то, что переводник выполнен сборным, состоящим из верхней части с верхним соединением для насоса и нижней части с нижним соединением для электродвигателя с технологическими элементами, причем части между собой соединены резьбовым соединением, причем на верхней части выполнено цилиндрическое расширение с осью, смещенной относительно оси переводника, и наружным разъемным технологическим соединением под кожух, при этом наружные отверстия технологических каналов расположены ниже технологического соединения, а узел герметизации кабеля размещен со стороны максимального смещения расширения относительно переводника, при этом кожух выполнен сборным, состоящим из нижнего звена длиной, достаточной для охвата минимально укомплектованного технологическими элементами электродвигателя и промежуточных цилиндрических взаимозаменяемых вставок, нижнее звено оснащено нижней технологической резьбой и верхним соединением, ответным технологическому соединению переводника, а вставки - верхним и нижним соединениями, ответными соответственно технологическому соединению переводника и верхнему соединению нижнего звена, причем длина каждой вставки соответствует применяемому дополнительно с электродвигателем технологическому элементу или электродвигателю.
На чертеже изображена схема привода (слева - верхняя часть, справа - нижняя).
Привод электропогружного насоса содержит кабель 1, как минимум один электродвигатель 2 с технологическими элементами 3 (гидрозащита 3, стыковочные узлы 3', блоки телекоммуникации 3'', и т.д.), соединенный сверху с переводником 4, кожух 5, охватывающий электродвигатель 2 с технологическими элементами 3 и соединенный сверху и снаружи с переводником 4, оснащенным узлом герметизации 6 кабеля 1 и технологическими каналами 7 для сообщения кожуха 5 с входом насоса 8. Переводник 4 выполнен сборным, состоящим из верхней части 9 с верхним соединением 10 для насоса 8 и нижней части 11 с нижним соединением 12 для электродвигателя 2 с технологическими элементами 3. Части 9 и 11 между собой соединены резьбовым соединением 13. На верхней части 9 выполнено цилиндрическое расширение 14 с осью 15, смещенной относительно оси переводника 4, и наружным разъемным технологическим соединением 16 (например, резьбовое) под кожух 5. Наружные отверстия 17 технологических каналов 7 расположены ниже технологического соединения 16, а узел герметизации 6 кабеля 1 размещен со стороны 18 максимального смещения расширения 14 относительно переводника 4. Кожух 4 выполнен сборным, состоящим из нижнего звена 19 длиной, достаточной для охвата минимально укомплектованного технологическими элементами 3 электродвигателя 2 и промежуточных цилиндрических взаимозаменяемых вставок 20, нижнее звено 19 оснащено нижней технологической резьбой 21 и верхним соединением 22 (например, резьбовым), ответным технологическому соединению 16 переводника 4, а вставки 20 - верхним 23 и нижним 24 соединениями (например, резьбовыми), ответными соответственно технологическому соединению 16 переводника 4 и верхнему соединению 22 нижнего звена 19, причем длина каждой вставки 20 соответствует применяемому дополнительно с электродвигателем технологическому элементу 3 и/или дополнительному электродвигателю 2'.
Привод электропогружного насоса работает следующим образом.
Перед спуском привода в скважину определяют необходимую комплектацию его: сколько электродвигателей 2 и 2' и каких необходимо (если привод используется для поднятия с глубин скважины 1000-2000 м используют мощные высокооборотистые двигатели; более 2000-2500 м обычно используют два электродвигателя 2 и 2'; свыше 2500 м - 3 и более), какие технологические элементы 3 необходимы: нужна ли гидрозащита 3 (при наличии газа в подымаемой жидкости - она необходима), какие стыковочные узлы 3' (резьбовые или фланцевые, каких размеров) для соединения элементов привода нужны, какие блоки телекоммуникации 3'' необходимы (блок измерения давления, расходомер и/или т.п.) и какие насосы 8, исходя из продуктивности пласта мощности и оборотистости электродвигателей 2, будут применяться (центробежные, винтовые, героторные или т.п.). Исходя из вышесказанного, выбирают верхнюю часть 9 переводника 4 с верхним соединением 10, соответствующим выбранному насосу 8; нижнюю часть 11 переводника 4 с нижним соединением 12, соответствующим выбранному электродвигателю 2 или технологическим элементам 3, которые устанавливаются между насосом 8 и электродвигателем 2; нижнее звено 19 кожуха 4 и вставки 20, соответствующие по длине (изготавливаемые под каждый из дополнительных конструктивных элементов 2' и 3'' специально) дополнительным к минимально укомплектованному приводу двигателям 2' и технологическим элементам 3. После чего скручивают выбранные верхнюю 9 и нижнюю 11 части переводника 4 по резьбовому соединению 13.
Далее в скважину 25 последовательно спускают нижнее звено 19, к которому по необходимости при помощи нижней резьбы 21 присоединят дополнительное скважинное оборудование (например, хвостовик с пакером, скважинный фильтр и т.п. - на чертеже не показано) и звенья 20 (если необходимо из выбранной конфигурации привода), в любом порядке соединяя их между собой по соответствующим унифицированным соединениям 22, 23 и 24, собирая кожух 4 необходимой длины, и фиксируют на устье скважины 25. После сбора кожуха 4 в него спускают электродвигатель 2 и технологические элементы 3 привода, соединяемые стыковочными узлами 3'. Сверху электродвигатель 2 оснащают переводником 4 (напрямую или через гидрозащиту 3) благодаря соединению 12. Через узел герметизации 6 пропускают кабель 1 от электродвигателя 2 пожильно или если позволяют габариты целиком с последующей герметизацией поджатием уплотнительных элементов зажимной гайкой (на чертеже не показана). Переводник 4 технологическим соединением 16 присоединяется к ответному соединению 22 нижнего звена 19 или соединению 23 верхней из вставок 20. К верхнему соединению 10 переводника 4 присоединяют насос 8. После чего на колонне труб (на чертеже не показаны), присоединенных сверх к насосу 1, с параллельным кабелем 1 всю конструкцию в сборе спускают в скважину 25 до интервала установки, например: до взаимодействия хвостовика с пакером (на чертеже не показаны), что отражается снижением веса спускаемого оборудования, отмечаемого по устьевому индикатору веса (на чертеже не показан), или до упора на забой (на чертеже не показан) скважины 25, или в требуемый интервал скважины 25, измеряемый при спуске оборудования с устья, например, подсчетом количества труб в колонне труб известной длины. Для снижения вибраций между кожухом 5 и электродвигателем 2 с технологическими элементами может устанавливаться демпфер 26, направляющий хвостовик 27 с отверстиями 28. Затем по кабелю 1 подается напряжение, запускающее в работу электродвигатель 2 (и при наличии дополнительные электродвигатели 2'), которые передают вращение своего ротора насосу 8. В результате жидкость из скважины 25 поступает снизу в кожух 5, омывает и охлаждает снаружи электродвигатель 2 (и 2' при наличии) с технологическими элементами 3, через отверстия 7 переводника 4 поступает на вход насоса 8, который перекачивает ее по колонне труб на поверхность. Данные с блока телекоммуникации 3'' по кабелю 1 поступают в блок управления (на чертеже не показан) на поверхность, где обрабатываются и отслеживаются для принятия решения по режимам эксплуатации данной скважины 25.
Благодаря тому, что наружные отверстия 17 технологических каналов 7 расположены ниже технологического соединения 16, внутреннее пространство кожуха 4 изолировано от внутрискважинного пространства и сообщено с входом насоса 8, исключая скопление газа, выделяемого из добываемой жидкости, вверху кожуха 4.
Благодаря тому, что цилиндрическое расширение 14 на верхней части 9 выполнено с осью 15, смещенной относительно оси переводника 4, можно более рационально использовать внутреннее пространство кожуха 5 и разместить оптимально кабель 1, расположенный внутри кожуха 5.
Так как верхняя 9 и нижняя 11 части переводника 4 по отдельности более короткие, чем цельная конструкция, то все соответствующие соединения 10 и 12 и резьбовое соединение 23 каждой из частей 9 или 11 изготавливаются с одной установки на станке, что исключает несносность роторов электродвигателя 2 и насоса 8. Благодаря чему увеличивается срок службы конструкции переводника 4, а сборная конструкция которого более проста в изготовлении. При этом использование в скважинах 25 с различными свойствами пластов (продуктивность, глубина залегания), что требует использования различных электродвигателей 2 и 2' (чем глубже, тем более мощный требуется электродвигатель 2 или в сборе с дополнительными двигателями 2') и насосов 8 (чем продуктивней пласт, тем более производительный требуется насос 8), а это приводит к необходимости сочетания соединений 10 и 12 переводника 4 с различными типами соответственно насосов 8 и электродвигателей 2. Решить эту задачу меньшим количеством переводников 4 позволяет сборная конструкция переводника 4 с частями 9 и 11, имеющими соответствующие соединения 10 и 12 под различные типоразмеры насосов 8 и электродвигателей 2, но с одинаковым резьбовым соединением 13 и технологическим соединением 16 для соединения с кожухом 5. Например: для пяти типоразмеров насосов 8 и четырех типов электродвигателей 2 требуется двадцать цельных переводников 4 или девять (пять верхних 9 и четыре нижних 11 частей переводника) типовых частей 9 и 11 сборного переводника 4. При этом наличие сборного кожуха 5 с нижним звеном 19 и вставками 20, оснащенными соответствующими унифицированными соединениями 22, 23 и 24 относительно соединения 1 6 переводника 4, позволяет практически нижним звеном 19 и семью вставками 20 перекрыть все возможные варианты компоновки электродвигателей 2 и 2' и технологических элементов 3 (до этого использовалось более тридцати кожухов 5 без унифицированных соединений 16, 22, 23 и 24 и вставок 20), причем неиспользуемые вставки 20 могут быть использованы при необходимости в компоновках привода электропогружного насоса 8 с кожухом 5 на других скважинах 25. Нижние звенья 19 изготавливаются по количеству скважин 25, в которых используются погружные насосы 8 с кожухами 5, при смене компоновки (электродвигателей 2, 2', технологические элементы 3 и/или насоса 8), нет необходимости менять нижние звенья 19, что не потребует их хранения на складах. При этом нижние звенья 19 и вставки 20 все унифицированы и для их изготовления используется для каждых одинаковое оборудование и оснастка, что позволяет снизить затраты на производство практически в полтора - два раза. Неиспользуемые вставки 20 на складах занимают в 7-8 раз меньше места, чем кожухи 5 при применении компоновок приводов с неунифицированными деталями. Это все в совокупности делает сборный переводник 4 и сборный кожух 5 погружного электрического насоса 8 более универсальным (функциональным), что экономит материалы и упрощает применение в различных условиях, а также требует меньших площадей для хранения неиспользуемых в данный момент деталей привода погружного насоса.
Предлагаемый привод скважинного насоса является универсальным для любых компоновок привода, прост и позволяет значительно снизить затраты на его изготовление и хранение.