СЕПАРАТОР ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ И ГАЗА ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА Российский патент 2002 года по МПК F04D13/10 E21B43/38 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в конструкциях погружных насосов для откачивания из скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием механических примесей и газа.

Современные конструкции погружных центробежных электронасосов предназначены для откачки пластовой жидкости с максимальным содержанием твердых частиц 0,05 г/л и максимальной объемной долей свободного газа на входе в насос 25% [1].

Однако на практике содержание твердых частиц (механических примесей) может превышать норму в 10-15 раз. В результате происходит интенсивный износ насоса, что снижает межремонтный период скважины и приводит к дорогостоящей замене скважинного оборудования.

Растворенный в пластовой жидкости газ в результате разряжения выделяется в свободном виде, попадает на всасывающую линию насоса и приводит к срыву его подачи. При этом прекращается ток жидкости, электродвигатель перестает охлаждаться и перегорает, что влечет за собой необходимость его замены.

Очевидно, что существующие конструкции насосов по своим характеристикам не удовлетворяют условиям эксплуатации, поэтому необходимо устройство, позволяющее производить очистку добываемой жидкости до поступления ее в насос.

Для уменьшения количества свободного газа в добываемой жидкости насосную установку комплектуют газосепаратором, который выполнен отдельным модулем и устанавливается на входной линии насоса.

Недостаток данного устройства в том, что оно не предназначено для отделения механических примесей, а отсепарированный в ходе работы газ отводится в затрубное пространство скважины, что исключает возможность использования его подъемной силы.

Существует струйный насос, который используется совместно с газосепаратором и устанавливается на напорной линии погружного электронасоса [2]. Струйный насос помимо прочего предназначен для подачи отсепарированного газа в напорные трубы из затрубного пространства скважины, благодаря чему используется его подъемная сила при подъеме жидкости.

Недостаток такого устройства в том, что оно не позволяет устранить вредное воздействие механических примесей на насос.

Существует скважинное устройство для очистки флюидов от механических примесей [3] . Устройство состоит из сепаратора и отстойника для отделенных примесей, установленных на всасывающей линии насоса.

Недостаток данной схемы заключается в том, что при заполнении отстойника сепарация прекращается и примеси с жидкостью поступают в насос, вызывая его износ. Для возобновления работы сепаратора необходим подъем всей установки для очистки отстойника.

Известна скважинная насосная установка [4] , содержащая центробежный насос с эжектором на напорном патрубке, сообщенным с камерой сбора механических примесей сепаратора, размещенного со стороны приема насоса, позволяющая отделять механические примеси и газ до попадания жидкости в насос с последующим выносом их на поверхность.

Недостатки данной установки заключаются в том, что в ней электродвигатель расположен выше насоса. Однако наибольшее распространение получили насосные установки с нижним расположением электродвигателя. Кроме того, сепарирующий узел выполнен таким образом, что отделенный газ выводится в затрубное пространство скважины, в результате чего снижается кпд установки и исключается возможность использования подъемной силы газа при подъеме жидкости.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка [5], позволяющая отделять механические примеси до попадания жидкости в насос с последующим выносом его на поверхность. Установка состоит из гидроциклона, внутренняя цилиндрическая часть которого для закручивания жидкости выполнена в виде винтовой поверхности, и эжектора, являющегося частью нагнетательной трубы и соединенного с гидроциклоном патрубками для подачи примесей. Очищенная жидкость поступает на всасывающую линию по кольцевому зазору, образованному кожухом и корпусом насоса.

Данная установка имеет следующие недостатки. Подвод отделенных примесей к эжектору осуществляется по патрубкам малого сечения, что повышает гидравлические потери и возможность засорения. Не учитывается влияние газа, который в результате разряжения будет выделяться в свободном виде и поступать вместе с очищенной жидкостью в насос, что может привести к срыву его подачи. Насос заключен в кожух, что увеличивает размер установки в поперечном сечении и затрудняет подвод кабельной линии к электродвигателю.

В основу изобретения положена задача увеличения срока эксплуатации погружного насоса без изменения его конструкции путем отделения механических примесей и газа от добываемой жидкости и обеспечения их дальнейшего подъема на поверхность с использованием дополнительной подъемной силы газа в колонне напорных труб и упрощения конструкции сепаратора.

Технический результат достигается тем, что в скважинной насосной установке, содержащей электродвигатель и центробежный насос, на напорный патрубок дополнительно установлен сепаратор, состоящий из эжектора и коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для входа скважинной жидкости, причем камера сбора механических примесей гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости, а гидроциклон расположен конусной частью вверх. Сепаратор соединен с входом насоса питающим трубопроводом, проложенным вдоль корпуса насоса рядом с кабелем питания электродвигателя и имеющим овальное сечение.

На фиг.1 представлена скважинная насосная установка с сепаратором, продольный разрез; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 приведена схема взаимного расположения кабельной линии электродвигателя, питающего трубопровода и насоса.

Сепаратор (фиг.1) устанавливается на напорную линию насоса 1 и включает в себя выполненные совместно гидроциклон и эжектор.

Гидроциклон 2 сепаратора имеет отверстия 3 для подвода скважинной жидкости, выполненные тангенциально для придания ей вращательного движения. Для использования подъемной силы выделяющегося в результате разряжения газа и прямого отвода его и механических примесей гидроциклон 2 расположен конусной частью вверх.

Отвод очищенной жидкости осуществляется через сливной патрубок 4, проточную камеру 5 и далее по питающему трубопроводу 6 на всасывающую линию насоса 1.

Питающий трубопровод 6 проложен вдоль корпуса насоса 1 рядом с кабелем 7 (фиг. 4) и фиксируется клямсами 8. Для уменьшения поперечного размера установки и сохранения наибольшего сечения трубопровода 6 он выполнен овальным.

Жидкость с отделенными механическими примесями и газом всасывается и выносится эжектором, содержащим напорный патрубок 9 с соплом 10 и диффузор 11 с камерой смешения 12, фиксируемые в корпусе гидроциклона 2 гайками 13 и 14. Для более точной установки длинный напорный патрубок 9 центрируется направляющими, выполненными совместно со сливным патрубком 4 (фиг.3).

Сопло 10 и камера смешения 12 выполняются из износостойких материалов и фиксируются гайками 15 и 16.

Оптимальное расстояние между соплом 10 и камерой смешения 12 устанавливается подбором необходимого числа и толщины регулировочных шайб 17.

Сепаратор работает следующим образом.

Перекачиваемая жидкость за счет перепада давлений, создаваемого погружным насосом 1 и эжектором, поступает в гидроциклон 2 через тангенциальные отверстия 3, приобретает вращательное движение и перемещается вверх. При этом за счет центробежных сил более тяжелые механические примеси отбрасываются к корпусу гидроциклона 2, а более легкий газ, выделяющийся в результате разряжения, движется вдоль сливного патрубка 4. Очищенная жидкость за счет разряжения, создаваемого погружным насосом 1, попадает в сливной патрубок 4, а газ под действием подъемной силы устремляется вверх и смешивается с флюидом, содержащим механические примеси.

Очищенная жидкость через сливной патрубок 4, проточную камеру 5 и далее по питающему трубопроводу 6 поступает на всасывающую линию насоса 1.

Пройдя через насос 1, жидкость приобретает энергию в виде напора, а на выходе из сопла 10 приобретает высокую скорость.

Струя жидкости, выходя из сопла 10, в результате эжекции захватывает флюид с механическими примесями и газом, смешивается с ним в камере смешения 12 и через диффузор 11 попадает в колонну напорных труб.

В дальнейшем при подъеме жидкости на поверхность дополнительно используется подъемная сила газа, что позволит снизить энергетические затраты и увеличить кпд установки.

Таким образом, погружной электронасос перекачивает очищенную жидкость, а механические примеси и газ выносятся на поверхность.

Экономический эффект от внедрения изобретения можно получить за счет увеличения срока безаварийной работы погружного центробежного электронасоса, что снизит простои скважины и затраты на проведение ремонта.

Источники информации
1. С.А.Махмудов, М.С.Абузерли. Монтаж, обслуживание и ремонт скважинных электронасосов. Справочник. М.: Недра, 1995 г., 217 с.

2. Рекламный проспект АО "ЭНАИС", технология "Тандем".

3. Рекламный проспект НПО "СибирьСервисТехнология", скважинное устройство для очистки флюидов от механических примесей СГЦФ-02.

4. И.Б.Лифтман и др. Скважинная насосная установка. А.с. РФ 2056541, 6 F 04 D 13/10, 1982 г.

5. А. И. Фабриков, А.А.Сильченков. Насосная установка с устройством для отделения механических примесей от перекачиваемой жидкости. А.с. СССР 440499, F 04 D 13/12, 1974 г.

Изобретение предназначено для использования в нефтяной промышленности и в конструкциях погружных электронасосов (ПН) для откачивания из скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием механических примесей (МП) и газа. В компоновку ПН на напорный патрубок дополнительно установлен сепаратор (С), выполненный отдельным модулем и состоящий из эжектора и коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для входа пластовой жидкости. Камера сбора МП гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости. Для подачи очищенной жидкости С соединен с входом ПН питающим трубопроводом, проложенным вдоль корпуса ПН рядом с кабелем питания электродвигателя. Для уменьшения поперечных размеров установки трубопровод имеет овальное сечение. Позволяет увеличить срок эксплуатации ПН без изменения его конструкции путем отделения МП и газа от подаваемой на вход ПН жидкости и обеспечения их дальнейшего подъема на поверхность, а также использования газа в качестве дополнительной подъемной силы в колонне напорных труб. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сепаратор твердых частиц и газа погружного электронасоса, состоящий из коническо-цилиндрического гидроциклона с тангенциальными отверстиями для подвода скважинной жидкости и эжектора, устанавливаемый на напорной линии насоса, отличающийся тем, что камера сбора механических примесей гидроциклона и эжектор выполнены совместно в одном объеме по ходу движения жидкости, а трубопровод для подвода очищенной жидкости к насосу проложен вдоль корпуса насоса рядом с кабелем питания электродвигателя. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что гидроциклон расположен конусной частью вверх. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что сечение трубопровода выполнено овальным.