СПОСОБ СЕПАРАЦИИ ГАЗА, СОВМЕЩЕННЫЙ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF GAS SEPARATION COMBINED WITH COOLING OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в установках погружных электроцентробежных насосов с погружными электродвигателями в кожухе, перекачивающих из скважин газожидкостные смеси с высоким содержанием газа. Обеспечивает повышение эффективности и надежности эксплуатации погружного электроцентробежного насоса с погружным электродвигателем в кожухе для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа за счет разделения газожидкостной смеси и эффективного охлаждения погружного электродвигателя.
Присутствие газа в добываемой нефти ухудшает эксплуатационные характеристики насосного оборудования. Чтобы поднять производительность насоса осуществляют разделение газожидкостной смеси в сепараторах, установленных на приеме насоса, после которых отсепарированный свободный газ направляют в затрубное пространство. Эффективное охлаждение электродвигателей погружных насосных агрегатов при эксплуатации на нефтедобывающих скважинах снижает вероятность отказа электродвигателя и соответственно увеличивает межремонтный период работы насосного агрегата.
Известно устройство для сепарации газа в нефтяных скважинах, (аналог) (1), патент на полезную модель №78524 Е21В 43/38. Устройство содержит «хвостовик» с пакером, открытую снизу газосборную емкость, выполненную в виде перевернутого стакана, снабженную газоотводной трубкой, сообщающейся с затрубным пространством. При этом газосборная емкость соединена своей донной частью с ЭЦН, а выход газоотводной трубки расположен над приемным модулем насоса. Таким образом, обеспечивается подача жидкости и газа в затрубное пространство, при этом жидкость подводится к зоне приема насоса, а газ выше этой зоны. Такая схема движения разделившихся фаз позволяет использовать высокопроизводительные УЭЦН взамен менее совершенных поршневых насосов. Недостатками способа является то, что если скважинная жидкость содержит абразивные частицы, то существует потенциальный риск расчленения установки по корпусу газосепаратора, не обеспечивается достаточное охлаждение погружного электродвигателя, нагрев которого вызывает увеличение объема газожидкостной смеси, особенно в скважинах с большим газовым фактором. Известен погружной насосный агрегат с системой принудительного охлаждения приводного электродвигателя, (аналог) (2), патент РФ №2293217, дата подачи заявки 15.09.2005, опубликовано 10.02.2007. Погружной насосный агрегат содержит насос, газосепаратор и приводной электродвигатель, размещенный в кожухе принудительного обтекания с отверстиями на боковой поверхности. Центробежный газосепаратор снабжен дополнительным шнековым узлом после сепарирующего узла (по ходу движения жидкости), причем входная часть газосепараторного канала для отвода газожидкостной смеси образована полостью с дополнительным шнековым узлом. Конструкция кожуха выполнена с возможностью обеспечения протока жидкости, откачиваемой из межтрубного пространства, через боковые отверстия кожуха к входным отверстиям газосепаратора. Недостатками являются сложность конструкции и герметизации кожуха охлаждения в местах прохождения кабеля питания погружного электродвигателя. Кроме того не обеспечивается достаточное охлаждение погружного электродвигателя, нагрев которого вызывает увеличение объема газожидкостной смеси, особенно в скважинах с большим газовым фактором, в связи с этим требуется установка дополнительного теплообменника.
Известен способ откачивания жидкости установкой электроцентробежного насоса и газосепаратор установки электроцентробежного насоса, (аналог) (3), патент РФ №2442023, дата подачи заявки 07.07.2010, опубликовано 10.02.2012, который заключается в подводе газожидкостной смеси в газосепаратор, повышении ее напора в шнеке газосепаратора, закручивании потока газожидкостной смеси, разделении потока с последующим отводом отсепарированного газа в затрубное пространство и подачу дегазированной жидкости в электроцентробежный насос. В ограниченных радиальных габаритах скважины предварительно, до размещения установки электроцентробежного насоса в скважине, определяют диапазон подач газожидкостной смеси, рассчитывают для каждого значения этого диапазона геометрические параметры шнека газосепаратора и затем комплектуют установку партией рассчитанных шнеков для каждого значения подачи в пределах одного габарита скважины. Недостатками является то, что при установке пакера над электроцентробежным насосом происходит скопление газа в межтрубном пространстве в подпакерной зоне и возможен прорыв его на прием электроцентробежного насоса, что приведет к срыву рабочего режима электроцентробежного насоса. Кроме того не обеспечивается достаточное охлаждение погружного электродвигателя, нагрев которого вызывает увеличение объема газожидкостной смеси, особенно в скважинах с большим газовым фактором. Известен способ сепарации газа погружного электроцентробежного насоса с погружным электродвигателем в кожухе, (прототип) (4), патент РФ №2691221, дата подачи заявки 14.05.2018, опубл. 11.06.2019. Согласно способу, в скважинах с большим газовым фактором погружной электродвигатель с гидрозащитой, охлаждаемый перекачиваемой жидкостью, снабжен наружным герметичным кожухом, который герметично соединен с входным модулем электроцентробежного насоса и выполнен с возможностью изолирования приема насоса от межтрубного пространства. Ниже кожуха погружного электродвигателя расположен газосепаратор, который герметично соединен с нижней частью герметичного кожуха с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал газосепаратора и гидравлически соединен с полостью колонны труб хвостовика. При осуществлении способа происходит подвод газожидкостной смеси в газосепаратор, закручивание потока газожидкостной смеси, разделение потока с последующим отводом отсепарированного газа в затрубное пространство и подача дегазированной жидкости в герметичный кожух погружного электродвигателя с гидрозащитой и входной модуль электроцентробежного насоса. Недостатками являются применение погружного электродвигателя с двухсторонним валом для передачи крутящего момента на вал газосепаратора и необходимость установки дополнительной гидрозащиты, сложность герметизации кожуха охлаждения в местах прохождения кабеля питания погружного электродвигателя.
Технической задачей решаемой изобретением является повышение эффективности и надежности эксплуатации погружного электроцентробежного насоса с погружным электродвигателем в кожухе для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа и охлаждения погружного электродвигателя.
Технический результат, достигаемый изобретением, решается предлагаемым способом сепарации газа, совмещенным с охлаждением погружного электродвигателя, при котором погружной электродвигатель с гидрозащитой, охлаждаемый перекачиваемой жидкостью, снабжен герметичным наружным кожухом, который закреплен на нижнем фланце электроцентробежного насоса и гидравлически соединен с полостью колонны труб хвостовика. В кожухе погружного электродвигателя расположен газосепаратор, который может быть выполнен как совмещенным с входным модулем, так и отдельно от входного модуля. На корпусе газосепаратора размещен уплотнительный элемент, разделяющий в кожухе полость входа пластовой жидкости с попутным газом во входной модуль и газосепаратор, и полость для выхода газа из газосепаратора, а в кожухе выполнены отверстия для выхода газа из этой полости в межтрубное пространство, дегазированная жидкость подается в электроцентробежный насос.
Сущность способа сепарации газа, совмещенного с охлаждением погружного электродвигателя, заключается в том, что в скважинах с большим газовым фактором погружной электродвигатель с гидрозащитой, охлаждаемый перекачиваемой жидкостью, снабжен герметичным наружным кожухом, который закреплен на нижнем фланце электроцентробежного насоса и гидравлически соединен с полостью колонны труб хвостовика. Согласно изобретению в кожухе погружного электродвигателя расположен газосепаратор, который соединен с входным модулем или выполнен совмещенным с входным модулем. На корпусе газосепаратора при помощи разрезной упорной обоймы размещен уплотнительный элемент с каналом для прохождения кабеля питания электроприводного насоса и/или электрических линий подключения дополнительного оборудования и приборов и линий закачки химических реагентов или отвода газа, разделяющий в кожухе полость входа пластовой жидкости с попутным газом во входной модуль и газосепаратор, и полость для выхода газа из газосепаратора, а в кожухе выполнены отверстия для выхода газа из этой полости в межтрубное пространство. При этом происходит подвод газожидкостной смеси из хвостовика в кожух и далее во входной модуль и газосепаратор, эффективное охлаждение погружного электродвигателя потоком, закручивание потока газожидкостной смеси, разделение потока с последующим отводом отсепарированного газа в межтрубное пространство и подача дегазированной жидкости в электроцентробежный насос.
Предлагаемый способ сепарации газа, совмещенный с охлаждением погружного электродвигателя, обеспечивает повышение эффективности и надежности эксплуатации погружного электроцентробежного насоса с погружным электродвигателем в кожухе для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа за счет разделения газожидкостной смеси и эффективного охлаждения погружного электродвигателя, предотвращает скопление газа и прорыв его на прием электроцентробежного насоса, что приводит к срыву рабочего режима электроцентробежного насоса.
На чертеже изображена компоновка, поясняющая способ сепарации газа, совмещенный с охлаждением погружного электродвигателя,
При использовании способа сепарации газа, совмещенного с охлаждением погружного электродвигателя, в скважинах с большим газовым фактором, оборудованных электроцентробежными насосами с погружными электродвигателями в кожухе, работу производят следующим образом.
Собранная компоновка спускается в заданный интервал эксплуатационной колонны 12. При работе электроцентробежного насоса 11 газожидкостная смесь поступает из хвостовика (на чертеже не показано) в кожух 8, который закреплен на нижнем фланце электроцентробежного насоса 11 при помощи крепления 9 и гидравлически соединен с полостью колонны труб хвостовика. В кожухе 8 погружного электродвигателя 1 с гидрозащитой 2 расположен газосепаратор 5, который соединен с входным модулем 4 или выполнен совмещенным с входным модулем 4. На корпусе газосепаратора 5 при помощи разрезной упорной обоймы 3 размещен уплотнительный элемент 6 с каналом для прохождения кабеля 10 питания электроприводного насоса и/или электрических линий подключения дополнительного оборудования и приборов и линий закачки химических реагентов или отвода газа, разделяющий в кожухе 8 полость входа пластовой жидкости с попутным газом во входной модуль 4 и газосепаратор 5, и полость для выхода газа из газосепаратора 5, а в кожухе 8 выполнены отверстия 7 для выхода газа из этой полости в межтрубное пространство. При этом происходит подвод газожидкостной смеси из хвостовика в кожух 8 и далее во входной модуль 4 и газосепаратор 5, эффективное охлаждение погружного электродвигателя 1 потоком, закручивание потока газожидкостной смеси, разделение потока с последующим отводом отсепарированного газа в межтрубное пространство и подача дегазированной жидкости в электроцентробежный насос 11.
Новым является то, что при предлагаемом способе сепарации газа, совмещенном с охлаждением погружного электродвигателя, в кожухе погружного электродвигателя расположен газосепаратор, который соединен с входным модулем или выполнен совмещенным с входным модулем. На корпусе газосепаратора при помощи разрезной упорной обоймы размещен уплотнительный элемент с каналом для прохождения кабеля питания электроприводного насоса и/или электрических линий подключения дополнительного оборудования и приборов и линий закачки химических реагентов или отвода газа, разделяющий в кожухе полость входа пластовой жидкости с попутным газом во входной модуль и газосепаратор, и полость для выхода газа из газосепаратора, а в кожухе выполнены отверстия для выхода газа из этой полости в межтрубное пространство. При этом происходит подвод газожидкостной смеси из хвостовика в кожух и далее во входной модуль и газосепаратор, эффективное охлаждение погружного электродвигателя потоком, закручивание потока газожидкостной смеси, разделение потока с последующим отводом отсепарированного газа в межтрубное пространство и подача дегазированной жидкости в электроцентробежный насос.
Технологический и технический результаты при использовании способа сепарации газа совмещенного с охлаждением погружного электродвигателя, достигаются повышением эффективности эксплуатации погружного электроцентробежного насоса с погружными электродвигателями в кожухе для добычи нефти из скважин с высоким содержанием газа за счет разделения газожидкостной смеси и эффективного охлаждения погружного электродвигателя, предотвращения скопления газа и прорыва его на прием электроцентробежного насоса, приводящего к срыву рабочего режима электроцентробежного насоса.
Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, продления срока службы насосной установки и уменьшения времени на проведение дополнительных видов работ.
Использованная литература
1. Патент на полезную модель №78524 Е21В 43/38.
2. Патент патент РФ №2293217, дата подачи заявки 15.09.2005, опубл. 10.02.2007.
3. Патент РФ №2442023, дата подачи заявки 07.07.2010, опубл. 10.02.2012.
4. Патент РФ №2691221, дата подачи заявки 14.05.2018, опубл. 11.06.2019.