ПОГРУЖНАЯ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для механизированной добычи нефти в условиях выноса механических примесей, а также для утилизации механических примесей из горизонтальных стволов скважин.
Известна скважинная насосная установка, содержащая последовательно установленные на валу газопесочный сепаратор механических примесей гравитационного типа, центробежный насос, струйный насос и погружной электродвигатель, в которой приемная камера струйного насоса гидравлически сообщена с камерой сбора механических примесей сепаратора, а погружной электродвигатель установлен внутри трубы, соединяющей выход струйного насоса и колонну насосно-компрессорных труб [патент РФ №2056541, F04D 13/10, 20.03.1996]. В указанной установке за счет размещения электродвигателя над центробежным насосом отпадает необходимость прокладки кабеля по корпусу насоса, а использование завихрителя в виде ребер, расположенного вокруг электродвигателя, повышает эффективность охлаждения последнего.
Недостатком указанного устройства является необходимость установки трубы для создания зазора вокруг электродвигателя для прохода добываемой жидкости, что увеличивает радиальный габарит всей установки. Кроме того, применение газопесочного сепаратора эффективно только в вертикальных скважинах, поскольку сепарация в таком устройстве происходит за счет закручивания потока смеси винтовыми лопастями неподвижного шнека и дальнейшего гравитационного разделения компонентов смеси разной плотности. Поэтому такой сепаратор не будет работать в горизонтальных скважинах. Еще одним недостатком является значительное усложнение конструкции струйного насоса из-за проходящего через него вала, соединяющего электродвигатель и центробежный насос.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является погружная насосно-эжекторная установка для добычи нефти, включающая центробежный насос, погружной электродвигатель, расположенный между ними центробежный сепаратор для отделения механических примесей и струйный насос, установленный на выходе из центробежного насоса и связанный с сепаратором соединительной трубкой [авторское свидетельство №954623, F04D 13/08, 30.08.1982]. Сепаратор выполнен в виде короткого винтового шнека постоянного шага уменьшенного диаметра, закрепленного на валу и помещенного в широкую часть конического (сужающегося по ходу потока) участка трубы, окруженного цилиндрической проставкой, образующей с наружной стенкой конусного участка кольцевую полость, служащую сборником отсепарированных частиц. Во всасывающий патрубок центробежного насоса поступает очищенная жидкость из центральной части сепаратора, а отделенные в нем твердые частицы откачиваются из кольцевой полости струйным насосом через соединительную трубку в обход центробежного насоса, увеличивая тем самым его наработку.
Транспорт частиц по соединительной трубке осуществляется только за счет разрежения, создаваемого струйным насосом, и существенно зависит от его режима работы, поэтому возможны ситуации, когда продвижение частиц к приемной камере струйного насоса затруднено или полностью прекращается, что приводит к переполнению кольцевой полости, засорению соединительной трубки и, как следствие, к снижению качества очистки жидкости и износу ступеней центробежного насоса. Кроме того, высокая скорость твердых частиц, прижатых к периферии, вызывает ускоренный износ, а в дальнейшем и сквозные промывы поверхности конической трубы. Таким образом, основным недостатком описанной конструкции является низкая надежность установки в целом.
Техническим преимуществом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы установки в условиях интенсивного выноса механических примесей и возможность ее использования при добыче нефти из горизонтальных скважин за счет эффективной системы прокачки отсепарированных твердых частиц.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружной насосно-эжекторной установке, включающей последовательно расположенные погружной электродвигатель, центробежный сепаратор механических примесей со шнеком в виде втулки с лопастями, центробежный насос и струйный насос, к приемной камере которого подведена соединительная трубка для откачки отделенных частиц из сепаратора, согласно полезной модели, центробежный сепаратор дополнительно снабжен как минимум одной насосной ступенью, установленной на входе.
При этом шнек центробежного сепаратора выполнен с переменным шагом, а напорная поверхность лопасти по отношению к боковой поверхности втулки расположена под углом, монотонно убывающим по направлению потока в интервале значений от 90° до 30°.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой погружной насосно-эжекторной установки; на фиг. 2 сепаратор механических примесей, в аксонометрии; на фиг. 3 - поперечный разрез сепаратора.
Погружная насосно-эжекторная установка состоит из центробежного насоса 1, электродвигателя 2, струйного насоса 3, содержащего приемную камеру 5 и сопло 6, и центробежного сепаратора механических примесей 4, расположенного между электродвигателем 2 и центробежным насосом 1 (фиг. 1). Центробежный сепаратор 4 имеет два выхода, один из которых гидравлически сообщается с насосом 1, а другой - с приемной камерой 5 струйного насоса 3 с помощью соединительной трубки 7. Сепаратор механических примесей 4 содержит последовательно по направлению потока расположенные как минимум одну насосную ступень, состоящую из рабочего колеса 8 и направляющего аппарата 9 (например, осевого типа), сепарационный блок в виде шнека 10 переменного шага (фиг. 2), окруженного защитной гильзой 11, и узел отвода отсепарированных частиц 12, к которому подведена соединительная трубка 7. В узле отвода 12 концентрично гильзе 11 размещен цилиндрический разделитель (фиг. 3), направляющий поток отсепарированных частиц с периферии сепаратора 4 через соединительную трубку 7 к приемной камере 5 струйного насоса 3, а поток очищенной жидкости из центральной части сепаратора 4 на вход центробежного насоса 1 (фиг. 1).
Для повышения эффективности сепарации шнек 10, по сравнению с прототипом, выполнен с большим числом оборотов лопасти вокруг втулки. При этом предпочтительно использовать шнек 10 с монотонно уменьшающимся углом наклона лопастей к втулке, в котором напорная поверхность лопасти по отношению к боковой поверхности втулки расположена под углом, монотонно убывающим по направлению потока в интервале значений от 90° до 30°. При использовании сепаратора с таким шнеком в процессе отделения механические примеси, перемещающиеся под действием центробежных сил в радиальном направлении, упираются в поверхность лопасти, и их дальнейшее движение к гильзе 11 замедляется за счет трения о лопасть, что значительно снижает ее износ.
Насосно-эжекторная установка работает следующим образом.
Добываемая жидкость (стрелки с изображением частиц) поступает в
приемные отверстия центробежного сепаратора 4 механических примесей и, проходя через насосную секцию, приобретает напор, затем в шнеке 10 специальной конструкции происходит отделение твердых частиц от добываемой жидкости и дополнительное увеличение напора. Очищенная жидкость (контурные стрелки) из центральной части сепаратора 4 поступает далее на прием центробежного насоса 1, а жидкость с периферии, содержащая отделенные частицы (черные стрелки), под давлением из узла отвода 12 направляется с помощью соединительной трубки 7 в обход центробежного насоса 1, после чего поступает в струйный насос 3. Очищенный поток добываемой жидкости из центробежного насоса 1 нагнетается в сопло 6 струйного насоса 3, в котором из-за сужения сопла увеличивается скорость жидкости, поэтому уменьшается давление. В приемной камере 5 струйного насоса 3 создается разрежение и начинается процесс эжектирования жидкости с твердыми частицами из соединительной трубки 7. Благодаря созданию дополнительного напора с помощью насосных ступеней, установленных на входе центробежного сепаратора 4, твердые частицы гарантированно поступают в приемную камеру 5 струйного насоса 3.
Таким образом, механические примеси пускаются в обход основного центробежного насоса, не причиняя ему вреда, а затем просто выносятся на поверхность. Создание дополнительного напора предотвращает скопление механических примесей в соединительной трубке и засорение всей установки. В результате увеличивается время безотказной работы и надежность установки в целом.