SUBMERSIBLE INSTALLATION OF AN ELECTRICALLY DRIVEN CENTRIFUGAL PUMP WITH A SAFETY DEVICE
Погружная установка электроприводного центробежного насоса с защитным устройством

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для охлаждения погружного электрического двигателя (ПЭД) установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) при выводе скважины на режим или периодической эксплуатации при недостаточном притоке, а также при эксплуатации с расположением установки ниже интервала перфорации. Предназначено для увеличения надежности и обеспечения бесперебойной эксплуатации при недостаточном для охлаждения ПЭД притоке флюида из пласта.
Известен способ эксплуатации скважин с повышенной температурой перекачиваемой жидкости (Патент РФ №2136970 F04D 13.10. Б.И. №25, 10.09.99), реализуемый устройством, которое состоит из охладительной емкости, расположенной на корпусе ПЭД. Емкость выполнена в форме цилиндрического охладителя, открытого снизу и имеющего отверстия на верхнем торце и верхней части боковой поверхности. Цилиндрическая охладительная емкость снабжена сплошными кольцами, расположенными ниже отверстий на верхней части емкости.
Размещение электродвигателя внутри охладительной емкости обеспечивает увеличение скорости движения откачиваемой жидкости и интенсивности охлаждения электродвигателя.
Недостатком данного устройства являются большие габаритные размеры герметизирующих колец, делающие прохождение установки при спускоподъемных операциях (СПО) на отдельных участках скважины невозможным в силу вероятности наличия окалин и иных отложений на стенках эксплуатационной колонны (ЭК), а также в случае использования ступенчатой ЭК, состоящей из труб одного внешнего диаметра, но имеющих разную толщину стенки. Также недостатками являются невозможность обеспечения охлаждения ПЭД при заглублении насосной установки ниже интервала перфорации, повышенный температурный режим работы или перегрев при выводе скважины на режим, и при эксплуатации в периодическом режиме, характеризующимся длительными периодами откачки и накопления.
Известна погружная электроцентробежная насосная установка, снабженная кожухом для дополнительного охлаждения ПЭД (RU патент №2382237 С1, 20.02.10) за счет увеличения скорости потока добываемой жидкости между внутренней поверхностью кожуха и корпусом ПЭД. Кожух выполнен в виде цилиндрической емкости, монтируемой с проточным зазором на корпус входного модуля выше приемной сетки, при этом во внутренней полости кожуха расположена приемная сетка, гидрозащита, ПЭД, а также питающий кабель УЭЦН. Верхний конец кожуха имеет жесткое крепление к корпусу входного модуля, герметичен, снабжен устройством для прокладки кабеля УЭЦН, нижний конец кожуха - открытый.
Недостатками данного устройства являются засорение проточной полости между кожухом и УЭЦН в процессе спуска компоновки в скважину, вследствие соскребания отложений со стенок эксплуатационной колонны, что приводит к засорению приемной сетки УЭЦН и ограничению притока жидкости, а также может привести к уменьшению площади циркуляционного зазора, что в целом ограничивает возможность охлаждения ПЭД, а в ряде случаев приводит к перегреву ПЭД.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности УЭЦН за счет обеспечения охлаждения электродвигателя потоком жидкости, равным производительности УЭЦН на текущем режиме, независимо от количества жидкости, поступающей из пласта, а также исключение необходимости монтажа дополнительных защитных устройств, препятствующих попаданию мех. примесей в компоновку.
Поставленная задача решается тем, что в погружной установке электроприводного центробежного насоса с защитным устройством, включающей в себя электроприводный центробежный насос с входным модулем, погружной электродвигатель с термоманометрической системой и гидрозащитой, погружной кабель, защитное устройство, размещенное снаружи погружного электродвигателя с кольцевым зазором, согласно изобретению нижняя часть корпуса защитного устройства выполнена в виде усеченного конуса, верхняя часть корпуса защитного устройства, закрепленная на корпусе входного модуля электроприводного центробежного насоса имеет герметизирующее уплотнение, а внутренняя полость корпуса защитного устройства снабжена спиралевидными ребрами жесткости.
Нижняя часть корпуса защитного устройства выполнена в виде усеченного конуса, верхняя часть корпуса защитного устройства, закрепленная на корпусе входного модуля электроприводного центробежного насоса имеет герметизирующее уплотнение, а внутренняя полость корпуса защитного устройства снабжена спиралевидными ребрами жесткости.
Выполнение нижней части корпуса защитного устройства в виде усеченного конуса предотвращает попадание отложений со стенок эксплуатационной колонны внутрь полости устройства и УЭЦН во время СПО. Корпус защитного устройства дополнительно оснащается спиралевидными ребрами жесткости, обеспечивающими центровку устройства на корпусе ПЭД и повышающими эффективность охлаждения за счет кругового обтекания корпуса ПЭД вихревым потоком жидкости.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в скважине, на фиг. 2 3D вид на защитное устройство, на фиг. 3 вид защитного устройства в разрезе.
Погружная установка электроприводного центробежного насоса (фиг. 1) включает электроприводный центробежный насос 1, входной модуль 2 электроприводного центробежного насоса 1 с отверстиями 3, гидрозащиту 4, погружной электродвигатель 5, погружной кабель 6, зафиксированный клямсами 7, термоманометрическую систему 8, защитное устройство 9 оснащенное спиралевидными ребрами 10 жесткости и усеченным конусом 11.
Кабель электродвигателя 6 (фиг. 1) прикреплен к насосу 1 и входному модулю 2 с помощью клямс 7. На входной модуль насоса 2 закреплен корпус защитного устройства 9, имеющего сальниковое уплотнение, позволяющее герметизировать кабельный ввод, защитное устройство закреплено таким образом, что отверстия 3 входного модуля 2 расположены внутри полости устройства. Внутри полости защитного устройства 9 находится гидрозащита 4, погружной электродвигатель 5 и термоманометрическая система 8. Компоненты УЭЦН соединены друг с другом посредством фланцевых соединений. Нижняя часть защитного устройства 9 выполнена в виде усеченого конуса 11 с отверстием для входа жидкости. Внутренняя часть защитного устройства 9 оснащена спиралевидными ребрами жесткости 10.
Устройство работает следующим образом. При выводе скважины на режим и, соответственно, снижении уровня жидкости в связи перекрытием отверстия 3 входного модуля насоса 2 защитным устройством 9, жидкость направляется к электродвигателю через отверстие в нижней части защитного устройства 9, выполненное в виде усеченного конуса 11, далее, двигаясь по спирали, жидкость охлаждает погружной электродвигатель 5 и направляется во входной модуль насоса 2.
Использование защитного устройства позволит минимизировать превышение допустимой температуры работы УЭЦН в процессе вывода скважины на стационарный режим работы, при эксплуатации скважин с расположением УЭЦН в эксплуатационной колонне большого диаметра или с расположением УЭЦН ниже интервала перфорации, при периодическом режиме эксплуатации малодебитных скважин, а также скважин с высокой температурой пластового флюида.
Основными преимуществами погружной установки электроприводного центробежного насоса с защитным устройством относительно существующих устройств и способов эксплуатации скважин с повышенной температурой перекачиваемой жидкости являются повышение эффективности охлаждения ПЭД за счет кругового обтекания потоком жидкости и защищенности оборудования благодаря оснащению спиралевидными ребрами жесткости корпуса системы, также исполняющими функцию направляющей потока, а также предотвращение попадания отложений со стенок эксплуатационной колонны внутрь полости системы и УЭЦН во время СПО за счет закрепления защитного устройства на корпусе ПЭД ниже головки и выполненного в виде усеченного конуса нижней части корпуса устройства.