ВПУСКНОЙ МОДУЛЬ ГАЗОСЕПАРАТОРА ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
INLET MODULE GAS SEPARATOR OF DOWNHOLE ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к устройствам газосепараторов погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН), предназначенных для подъема газожидкостной смеси с высоким содержанием свободного газа из скважин с зенитными углами в зоне подвеса насоса 65-89 градусов.
Известен входной модуль ЭЦН, включающий корпус с отверстиями, головку, основание, вал, установленный в подшипниках скольжения, цилиндр с впускным отверстием, имеющий за счет оснащения грузом смещенный центр тяжести и возможность вращения относительно корпуса [CN №201953369, Е21В 43/34, 2011]. Недостатком входного модуля является сложность конструкции и трудоемкость сборки из большого числа деталей.
Известен входной модуль ЭЦН, включающий корпус с отверстиями, головку, основание, установленный в подшипниках скольжения вал, и цилиндр со смещенным центром тяжести и впускным отверстием, способный к вращению относительно корпуса. Цилиндр выполнен с разной толщиной стенки по окружности, а впускное отверстие сформировано в области наибольшей толщины стенки. [RU №159496 U1, F04D 13/10, F04D 31/00, 2015]. Недостатком входного модуля является сниженная пропускная способность из-за избыточных габаритов конструкции.
Известен входной модуль ЭЦН, включающий корпус в форме трубы, содержащий впускные отверстия, ограничитель газа, представляющий собой эксцентриситентную втулку. Верхняя часть втулки выполнена в форме полуцилиндра, ось вращения которого совпадает с осью вращения насоса. Нижняя часть имеет наружную поверхность, смещенную от оси вращения дальше, чем верхняя часть. Ограничитель газа может самостоятельно ориентироваться относительно корпуса под действием силы тяжести. [US 9494022 В2, E2IB 43/128, 2016]. Недостатком входного модуля является сниженная пропускная способность и сложность конструкции.
Перечисленные выше технические решения относятся к конструкции входных модулей ЭЦН, а не к газосепараторам, однако, данные технические решения являются наиболее близкими по совокупности существенных признаков.
Впускной модуль газосепаратора с саморегулирующимся перекрывающим устройством может быть изготовлен на общеизвестном оборудовании и установлен в газосепараторах погружных электроцентробежных насосов с различным форм-фактором. Поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявленное изобретение направлено на решение задачи создания впускного модуля газосепаратора с саморегулирующимся перекрывающим устройством ЭЦН, позволяющего повысить надежность работы электроцентробежного насоса при эксплуатации в скважинах с зенитными углами в зоне подвеса насоса 65-89 с высоким содержанием свободного газа и включающего корпус, перекрывающий элемент, противовес, верхнюю опору, верхний и нижний подшипники, элементы, воспринимающие осевую нагрузку, верхний и нижний переводники.
В таком типе скважин сепарированный газ скапливается в верхней части из-за более низкой плотности, вследствие чего на искривленных участках скважин могут образовываться газовые шапки. Как результат, возникает вероятность повторного всасывания уже отсепарированного газа, что снижает эффективность сепарации газожидкостной смеси в целом. Поступление избыточного количества свободного газа из газовой шапки в ЭЦН также может привести к срыву подачи и другим осложнениям. Технический результат заключается в перекрытии доступа свободному газу во впускной модуль газосепаратора ЭЦН.
В графических материалах заявляемого изобретения представлены фигуры, где на фиг. 1 приведен общий вид впускного модуля газосепаратора ЭЦН с саморегулирующимся перекрывающим устройством, на фиг. 2 - противовес; на фиг. 3 - армирующий каркас перекрывающего элемента.
Впускной модуль газосепаратора погружного электроцентробежного насоса с саморегулирующимся перекрывающим устройством (фиг. 1) состоит из перекрывающего элемента 5, имеющего форму полуцилиндра. Перекрывающий элемент 5 соединен с одной стороны с противовесом 4, а с противоположной - с верхней опорой 6. В свою очередь, противовес 4 соединен с нижним переводником 1 посредством нижнего подшипника 3, который может быть выполнен в форме втулки с антифрикционным покрытием рабочей поверхности. В конструкции учтены элементы, предназначенные для компенсации возможных осевых нагрузок - упорные кольца 2 и 8. Как на втулках скольжения, так и на упорных кольцах имеются специальные смазочные канавки, предназначенные для равномерного распределения смазки на рабочих поверхностях. Для дополнительной фиксации и предотвращения проворачивания, упорные кольца фиксируются установочными коническими штифтами 11. Противовес 4 выполнен в форме втулки с изменяющейся толщиной стенки и имеющей сечение в виде полумесяца (фиг. 2). Противовес размещен в нижней части впускного модуля, что позволяет улучшить угловую ориентацию перекрывающего элемента относительно корпуса, вследствие того, что центр тяжести устройства смещается вниз. Верхняя опора 6 соединена с верхним переводником 9 с помощью верхнего подшипника 7, также имеющего антифрикционное покрытие рабочей поверхности. Таким образом, перекрывающий элемент 5 имеет возможность совершать вращательные движения относительно входной части - корпуса 10. Верхняя опора 6 и противовес 4 одновременно служат креплениями для перекрывающего элемента 5, являются цапфами, а противовес 4 дополнительно обеспечивает требуемую угловую ориентацию перекрывающего элемента 5 внутри корпуса 10. Верхний переводник 9 крепится с корпусом газосепаратора ЭЦН (не указан), а нижний переводник к гидрозащите погружного электродвигателя (не указан).
Перекрывающий элемент 5 может изготавливаться из полимерных материалов путем их нанесения на предварительно подготовленный армирующий каркас 12 (фиг. 3). Рекомендуется использовать полимерные материалы с физико-химическими свойствами, соответствующими условиям эксплуатации (устойчивость к агрессивным кислотным средам, высокое содержание механических примесей и т.д.).
Армирующий каркас 12 предназначен для повышения общей прочности конструкции перекрывающего элемента. В одном из вариантов армирующий каркас 12 выполнен в форме полуцилиндра с отверстиями, равномерно распределенными по его площади. Для усиления прочности конструкции рекомендуется увеличение числа ребер жесткости армирующего каркаса 12 (как вдоль, так и поперек конструкции). Для улучшения сцепления полимерного материала с каркасом рекомендуется уменьшение площади отверстий в каркасе с последующим увеличением их общего числа.
Использование полимерных материалов, например, полиуретана, позволяет значительно снизить вес перекрывающего элемента и, как следствие, геометрические параметры противовеса, при этом сохранив высокие прочностные характеристики.
Использование полимерных материалов является одним из вариантов исполнения перекрывающего элемента впускного модуля с саморегулирующимся устройством газосепаратора и объем защиты изобретения не ограничивается описанным примером.
Устройство работает следующим образом. Впускной модуль с саморегулирующимся перекрывающим устройством, входящий в состав газосепаратора ЭЦН, спускается в скважину с зенитным углом в зоне подвеса насоса 65-89 градусов и с высоким содержанием свободного газа. При спуске электроцентробежного насоса невозможно сохранить угловую ориентацию самого модуля, вследствие воздействия различного рода сил. Однако, несмотря на вращение последнего вокруг продольной оси, перекрывающий элемент 5 постоянно занимает строго определенное положение относительно корпуса 10 впускного модуля, вследствие того, что, вес противовеса 4 распределен не равномерно по длине окружности, утяжеленная часть в форме полумесяца стремится занять нижнее положение, а участок с меньшей толщиной верхнее. В таком типе скважин сепарированный газ скапливается в верхней части из-за более низкой плотности, а жидкие углеводороды опускаются в нижнюю ее половину. Вследствие этого, через находящееся внизу отверстия в корпусе впускного модуля 10 поступают только жидкие углеводороды, а перекрывающий элемент 5, занявший верхнее положение, предотвращает попадание в полость скопившегося свободного газа. Далее жидкие углеводороды проходят процесс сепарации в газосепараторе и после поступают на прием ЭЦН. Благодаря отсутствию газа в перекачиваемой жидкости и предотвращению поступления избыточного количества свободного газа из газовой шапки в ЭЦН обеспечивается его надежная работа без срыва подачи и без снижения эффективности газосепарации.