ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F04D13/10 E21B43/38 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при насосной добыче нефти с попутным газом из скважин.

Известна погружная насосная установка, содержащая погружной насос с центробежным газосепаратором (а.с.СССР №109579, 1954). Известное устройство имеет низкую эффективность вследствие диспергирования пузырьков газа в вихревом колесе перед центробежным разделителем газосепаратора, что существенно затрудняет последующее отделение газа от жидкости.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является погружная насосная установка, включающая погружной электродвигатель, гидрозащиту, погружной насос и газосепаратор, содержащий вал, входные отверстия, корпус, размещенные в корпусе последовательно по ходу потока шнек, кавернообразующее лопастное колесо, сепарационный барабан с ребрами, линию отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и линию отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос (патент РФ №2027912, F 04 D 13/10, Е 21 В 43/38, 1991). Известная установка имеет низкие функциональные возможности и ограниченную область применения вследствие того, что при высоких подачах и газосодержаниях откачиваемой продукции в погружной насос поступает из газосепаратора крупнодисперсная газожидкостная смесь. Это приводит к резкому снижению рабочей характеристики и срыву подачи погружного насоса.

Задачей изобретения является повышение функциональных возможностей и расширение области применения насосной откачки газожидкостной смеси из скважин путем интенсивного диспергирования газожидкостной смеси, поступающей из газосепаратора в погружной насос.

Повышение функциональных возможностей и расширение области применения в погружной насосной установке достигается тем, что к линии отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос подключены диспергирующие ступени, состоящие из неподвижных направляющих аппаратов и установленных на валу крыльчаток, при этом первой по ходу потока установлена крыльчатка, а последним по ходу потока установлен направляющий аппарат. Крыльчатки снабжены открытыми радиальными ребрами, а направляющие аппараты содержат радиальные ребра, закрытые снаружи обечайками. Отношение высоты ступеней к их наружному диаметру составляет от 0,2 до 0,3. Число диспергирующих ступеней составляет от двух до пяти, причем число ребер каждого направляющего аппарата превышает число ребер каждой крыльчатки не менее чем в полтора раза, при этом отношение высоты шнека к его шагу по наружному диаметру составляет от 1,7 до 2,0.

В вариантах выполнения установки повышение функциональных возможностей и расширение области применения достигается также тем, что число заходов шнека составляет от трех до четырех, отношение длины сепарационного барабана к его диаметру находится в диапазоне 3,2-3,5, а входные отверстия расположены в два ряда, причем отношение диаметра отверстий верхнего ряда к диаметру отверстий нижнего ряда находится в диапазоне 1,5-2,0.

Указанные выше отличительные признаки изобретения позволяют существенно снизить вредное влияние свободного газа на работу погружного насоса при высоких подачах и газосодержаниях перекачиваемой смеси. Это повышает функциональные возможности и расширяет область применения погружной насосной установки, позволяя успешно вести добычу нефти с большим содержанием свободного газа из высокодебитных скважин, где применение известных технических решений не дает устойчивой работы насосного оборудования без срывов подачи.

На фиг.1 представлена схема погружной насосной установки в скважине, на фиг.2 - газосепаратор с диспергирующими ступенями, на фиг.3 - крыльчатка диспергирующей ступени, на фиг.4 - направляющий аппарат диспергирующей ступени, на фиг.5 - диспергирующая ступень в сборе.

Погружная насосная установка (см. фиг.1) содержит размещенный в скважине 1, пробуренной на нефтяной пласт 2, погружной насос 3 с газосепаратором 4, которые приводятся в действие погружным электродвигателем 5. Энергия к электродвигателю 5 поступает по кабелю 6. Насос 3 спущен в скважину 1 на насосно-компрессорных трубах 7. Между эксплуатационной колонной скважины 1 и насосно-компрессорными трубами 7 образовано затрубное пространство 8.

Газосепаратор 4 (см. фиг.2) содержит вал 9, входные отверстия 10, корпус 11, размещенные в корпусе 11 последовательно по ходу потока шнек 12, кавернообразующее лопастное колесо 13, сепарационный барабан 14 с ребрами 15, линию 16 отвода отсепарированного газа в затрубное пространство 8 и линию 17 отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос 3. К линии 17 отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос подключены диспергирующие ступени 18. Они состоят (см. фиг.3, 4, 5) из установленных на валу 9 крыльчаток 19 и неподвижных направляющих аппаратов 20, при этом первой по ходу потока установлена крыльчатка 19, а последним по ходу потока установлен направляющий аппарат 20. Крыльчатки 19 снабжены открытыми радиальными ребрами 21, а направляющие аппараты 20 содержат радиальные ребра 22, закрытые снаружи обечайками 23. Отношение высоты h диспергирующих ступеней 18 к их наружному диаметру d составляет от 0,2 до 0,3. Число ступеней 18 составляет от двух до пяти, причем число ребер 22 каждого направляющего аппарата 20 превышает число ребер 21 каждой крыльчатки 19 не менее чем в полтора раза, при этом отношение высоты шнека 12 к его шагу по наружному диаметру составляет от 1,7 до 2,0.

В вариантах выполнения газосепаратора 4 число заходов шнека 12 составляет от трех до четырех, отношение длины сепарационного барабана 14 к его диаметру находится в диапазоне 3,2-3,5, а входные отверстия 10 могут быть расположены в два ряда, причем отношение диаметра отверстий верхнего ряда к диаметру отверстий нижнего ряда находится в диапазоне 1,5-2,0.

Погружная насосная установка работает следующим образом.

Продукция нефтяного пласта 2 поступает в скважину 1. По мере подъема продукции по стволу скважины 1 вверх давление в потоке падает, и при давлениях меньше давления насыщения происходит выделение из нефти пузырьков свободного газа. Газожидкостная смесь подводится в газосепаратор 4 погружного насоса 3.

Смесь, поступившая в газосепаратор 4, нагнетается шнеком 12, после чего направляется к кавернообразующему лопастному колесу 13. За лопастями колеса 13 образуются крупные газовые суперкаверны, которые затем отделяются от жидкости в сепарационном барабане 14. Газ под действием ребер 15 сепарационного барабана 14 в поле центробежных сил направляется к центру, а газожидкостная смесь с меньшим содержанием свободного газа - к периферии потока. Газ сбрасывается по линии 16 в затрубное пространство 8 скважины 1, а газожидкостная смесь с меньшим содержанием свободного газа идет по линии 17 в диспергирующие ступени 18.

В них благодаря указанным выше отличительным признакам изобретения (ступени 18 состоят из установленных на валу 9 крыльчаток 19 и неподвижных направляющих аппаратов 20, при этом первой по ходу потока установлена крыльчатка 19, а последним по ходу потока установлен направляющий аппарат 20, крыльчатки 19 снабжены открытыми радиальными ребрами 21, направляющие аппараты 20 содержат радиальные ребра 22, закрытые снаружи обечайками 23, а отношение высоты h диспергирующих ступеней 18 к их наружному диаметру d составляет от 0,2 до 0,3) происходит интенсивное диспергирование газожидкостной смеси при высоких подачах перекачиваемой смеси. Поэтому в погружной насос 3 поступает смесь с мелкими пузырьками, равномерно распределенными в жидкости, и газ не оказывает вредного влияния на работу насоса 3, который успешно нагнетает смесь по трубам 7 на поверхность. Оптимальное число диспергирующих ступеней указанной конструкции составляет от двух до пяти. Для эффективной работы в области больших газосодержаний при откачке продукции из высокодебитных скважин число ребер 22 каждого направляющего аппарата 20 должно превышать число ребер 21 каждой крыльчатки 19 не менее чем в полтора раза, а отношение высоты шнека 12 к его шагу по наружному диаметру должно составлять от 1,7 до 2,0. Конструктивные признаки, заключающиеся в том, что число заходов шнека 12 составляет от трех до четырех, отношение длины сепарационного барабана 14 к его диаметру находится в диапазоне 3,2-3,5, а входные отверстия 10 расположены в два ряда, причем отношение диаметра отверстий верхнего ряда к диаметру отверстий нижнего ряда находится в диапазоне 1,5-2,0, позволяют улучшить сепарацию свободного газа при одновременном снижении гидравлических потерь в зоне высоких подач.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет заметно снизить вредное влияние свободного газа на работу погружного насоса, что существенно повышает функциональные возможности и расширяет область применения погружной насосной установки по сравнению с известными изобретениями.

Изобретение может быть использовано при добыче из скважин нефти с попутным газом. Насосная установка содержит погружной электродвигатель, гидрозащиту, погружной насос (ПН) и газосепаратор. Газосепаратор содержит вал и размещенные в корпусе шнек, кавернообразующее лопастное колесо, сепарационный барабан с ребрами, линию отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и линию отвода смеси с меньшим газосодержанием в ПН. К линии отвода смеси с меньшим газосодержанием в ПН подключены диспергирующие ступени, состоящие из неподвижных направляющих аппаратов (НА) и установленных на валу крыльчаток (К). Первой по ходу потока установлена К, а последним - НА. К снабжены открытыми радиальными ребрами, а НА содержат радиальные ребра, закрытые снаружи обечайками. Отношение высоты ступеней к их наружному диаметру составляет от 0,2 до 0,3. Число диспергирующих ступеней составляет от двух до пяти. Число ребер каждого НА превышает число ребер каждой К не менее чем в полтора раза. Отношение высоты шнека к его шагу по наружному диаметру составляет от 1,7 до 2,0. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей и области применения насосной откачки газожидкостной смеси из скважин путем интенсивного диспергирования газожидкостной смеси, поступающей из газосепаратора в ПН. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Погружная насосная установка, включающая погружной электродвигатель, гидрозащиту, погружной насос и газосепаратор, содержащий вал, входные отверстия, корпус, размещенные в корпусе последовательно по ходу потока шнек, кавернообразующее лопастное колесо, сепарационный барабан с ребрами, линию отвода отсепарированного газа в затрубное пространство и линию отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос, отличающаяся тем, что к линии отвода смеси с меньшим газосодержанием в погружной насос подключены диспергирующие ступени, состоящие из неподвижных направляющих аппаратов и установленных на валу крыльчаток, при этом первой по ходу потока установлена крыльчатка, а последним по ходу потока установлен направляющий аппарат, причем крыльчатки снабжены открытыми радиальными ребрами, а направляющие аппараты содержат радиальные ребра, закрытые снаружи обечайками, отношение высоты ступеней к их наружному диаметру составляет от 0,2 до 0,3, при этом число диспергирующих ступеней составляет от двух до пяти, причем число ребер каждого направляющего аппарата превышает число ребер каждой крыльчатки не менее чем в полтора раза, при этом отношение высоты шнека к его шагу по наружному диаметру составляет от 1,7 до 2,0.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что число заходов шнека составляет от трех до четырех.3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отношение длины сепарационного барабана к его диаметру находится в диапазоне 3,2-3,5.4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что входные отверстия расположены в два ряда, причем отношение диаметра отверстий верхнего ряда к диаметру отверстий нижнего ряда находится в диапазоне 1,5-2,0.