Погружной дозатор химического реагента Российский патент 2017 года по МПК E21B37/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружным устройствам для подачи реагента в скважину, на поверхность погружных электродвигателей и вход электроцентробежных насосов, и может быть использовано для предотвращения коррозии, отложения солей и парафинов на нефтедобывающем оборудовании для повышения надежности работы УЭЦН.

Уровень техники

Известно устройство для дозированной подачи реагента в скважину, включающее контейнер с химическим реагентом и помещенный между ним и штанговым насосом плунжерный насос - дозатор. Плунжер дозирующего насоса прикреплен к штоку, приводимому в движение перепадом давления жидкости во время работы штангового насоса (патент РФ 1617198, МКИ F04B 47/00; Е21В 43/00, 1990).

К недостаткам устройства можно отнести невозможность его использования с другими видами нефтедобывающих насосов (центробежными, осевыми и т.д.) и неравномерность подачи реагента из-за постепенного разбавления его скважинной жидкостью во время эксплуатации, отсутствие контроля выхода реагента, расположение контейнера с химией под дозирующим насосом затрудняет вынос химреагента, а отсутствие устройства для выравнивания давления между внешним пластовым и внутри контейнера с химией создает дополнительные повышенные требования к герметизации химии, приводит к повышенной металлоемкости из-за необходимости использовать повышенную толщину стенок контейнера.

Известно устройство для дозированной подачи реагента в скважину, емкость для реагента и сообщенный с ней насос-дозатор с собственным приводом и системой управления, которые помещены внутри скважины ниже нефтедобывающего оборудования, питание привода насоса-дозатора подведено от батареи гальванических элементов, расположенных в герметичной полости устройства (Патент РФ 2446272, МПК Е21В 37/06 (2006.01)).

Недостатком известной конструкции является то, что невозможно удаленно контролировать расход химического реагента, существует необходимость герметичной изоляции батареи от попадания на нее химического реагента и пластовой жидкости, а также данный контейнер, из-за отсутствия компенсационной системы, должен выдерживать большие пластовые давления, что также создает риск преждевременной разгерметизации герметичной полости и выхода из строя всего оборудования в целом, к недостаткам также можно отнести то, что химический реагент расположен в отдельном контейнере, который помещен в дополнительный корпус, что приводит к уменьшению полезного объема химического реагента, а как следствие и уменьшению срока дозировки данного устройства. Также стоит отметить невозможность заполнения химическим реагентом указанной установки через внешний корпус, что создает сложности при сборке дозатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является дозатор погружной интеллектуальный, состоящий из контейнера с поршнем и неподвижной мембраной, заполненный составом для дозирования, расположенный в корпусе в форме трубы, с одной стороны которого установлены концевая деталь и герметичный модуль с электронным блоком, соединенный электрическим проводником в изоляционной оболочке, находящимся в герметичной трубе, и расположенный с другой стороны управляемый клапан, который установлен в основании и соединен внутренними каналами с приемным устройством, имеющим пробойник неподвижной мембраны, электронный блок получает питание и управляющий сигнал по нулевому проводу трехфазного электрического привода погружного насоса и передает его на управляемый клапан (Патент РФ 115468 МПК G001F 13/00, Е21В 37/06).

Недостатком известной конструкции является то, что химический реагент расположен в отдельном контейнере, который помещен в дополнительный корпус, что приводит к уменьшению полезного объема химического реагента, а как следствие и уменьшению срока дозировки данного устройства, также из чертежа видно, что электрический провод проходит между наружным корпусом и корпусом контейнера химического реагента, что также увеличивает зазор между стенками указанных выше корпусов и, как следствие, приводит к уменьшению срока дозировки данного устройства. Также стоит отметить невозможность заполнения химическим реагентом указанной установки через внешний корпус, что создает сложности при сборке дозатора.

К дополнительным недостаткам известной конструкции можно отнести то, что в случае разгерметизации внутренней полости погружного дозатора, которая сообщается с маслонаполненной полостью погружного электродвигателя и, соответственно, с маслонаполненной полостью гидрозащиты погружного электродвигателя, может привести к попаданию пластовой жидкости внутрь погружного маслонаполненного электродвигателя, что приведет к короткому замыканию его обмотки и, соответственно, к выходу из строя всего погружного оборудования и его преждевременному подъему. Также в случае порыва гидрозащиты погружного электродвигателя может возникнуть короткое замыкание на погружном маслонаполненном электродвигателе, что может привести к выходу из строя компонентов электросхемы в погружном блоке. Также к недостаткам упомянутой конструкции следует отнести контактирование платы погружного блока с маслом погружного электродвигателя, которое обладает коррозионными свойствами и способно разрушить пайку и электродорожки самой платы.

Сущность изобретения

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности работы погружного дозатора и его защита от попадания в него пластовой жидкости.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности конструкции.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что погружной дозатор химического реагента содержит цилиндрический корпус, с одной стороны которого установлены герметичный модуль с интеллектуальным блоком, с другой стороны установлено основание с камерой смешивания, с управляемым клапаном, и с выходным каналом, сообщенным с камерой смешивания, при этом интеллектуальный блок соединен электрическим проводником в изоляционной оболочке, находящимся в герметичной трубе с управляемым клапаном, причем внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена герметичной с возможностью заполнения пластовой жидкостью и химическим реагентом и герметично разделена поршнем, герметичная труба является направляющей для поршня и расположена по оси цилиндрического корпуса, в основании дозатора дополнительно выполнен заливной канал химического реагента с клапаном, в качестве управляемого клапана установлен электромагнитный клапан, выполненный с возможностью открытия/закрытия по управляющему сигналу, электромагнитный клапан установлен в выходном канале, при этом дозатор дополнительно содержит компенсатор, расположенный в полости корпуса, заполненной пластовой жидкостью, при этом внутренняя полость компенсатора соединена с полостью герметичной емкости посредством канала, выполненного в ниппеле герметичной емкости.

В частном случае реализации заявленного технического решения интеллектуальный блок соединен нулевым проводом трехфазного электрического привода погружного насоса.

В частном случае реализации заявленного технического решения цилиндрический корпус выполнен из коррозионно-стойкого материала, например, нержавеющей стали.

В частном случае реализации заявленного технического решения цилиндрический корпус выполнен из коррозионно-стойкого композитного материала, например стеклопластика или пластика.

В частном случае реализации заявленного технического решения внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена с нанесением антикоррозионного стойкого покрытия.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленной установки с использованием чертежа, на котором изображен погружной дозатор химического реагента.

На чертеже цифрами обозначены следующие позиции: 1 - основание; 2 - электромагнитный клапан; 3 - заливной канал; 4 - клапан; 5 - канал; 6 - трубка; 7 - кабель; 8 - наружный корпус; 9 - поршень; 10 - ниппель; 11 - дыхательный канал; 12 - интеллектуальный блок; 13 - полость; 14 - верхний ниппель; 15 - нулевой провод; 16 - химический реагент; 17 - пластовая жидкость; 18 - камера смешивания; 19 - входное отверстие; 20 - выходное отверстие; 21 - канал; 22 - компенсационная полость; 23 - компенсатор; 24 - герметичный соединитель; 25 - масло ПЭД; 26 - нулевой провод ПЭД; 27 - полость; 28 - втулка компенсатора.

Раскрытие изобретения

Погружной дозатор химического реагента (см. чертеж) выполнен в виде цилиндрического корпуса (8), ограниченного с одной стороны верхним ниппелем (14), а с другой - основанием (1).

Погружной дозатор химического реагента с компенсационной защитой крепится к основанию погружного электродвигателя или ТМС через ниппель (14) и подключается к нулевому проводу ПЭД (26), который выведен из погружного электродвигателя или ТМС и расположен в корпусе электродвигателя или ТМС, а также находится в масле ПЭД (25), с помощью герметичного соединителя (24) и через собственный нулевой провод (15), посредством которого происходит передача управляющего сигнала с наземного пульта управления на интеллектуальный блок (12), где происходит обработка сигнала и передача управляющего сигнала открытия/закрытия по кабелю (7) на электромагнитный клапан (2).

Внутренняя полость корпуса (8) разделена ниппелем (10) на две части: с образованием полости (13) между верхним ниппелем (14) и ниппелем (10), а также с образованием полости (27) между основанием (1) и ниппелем (10).

В полости (13) расположен интеллектуальный блок (12).

В полости (27) по оси цилиндрического корпуса расположена труба (6), герметично соединяющая основание (1) и ниппель (10).

Полость (27) герметично разделена поршнем (9) на две части, первая часть заполнена химическим реагентом и ограниченна по объему поршнем (9) и основанием (1), вторая часть с пластовой жидкостью, ограниченная по объему поршнем (9) и ниппелем (10). Труба (6) является направляющей для поршня (9).

В ниппеле (10) выполнен дыхательный канал (11), соединяющий часть полости (27), ограниченную по объему поршнем (9) и ниппелем (10), с пластовой жидкостью.

Электромагнитный клапан (2) установлен в основании (1) и одной своей стороной соединен с камерой смешивания (18), а другой стороной через канал (5) соединен с химическим реагентом (16).

Химический реагент расположен в полости, образованной внутренним диаметром наружного корпуса (8) по длине, а по торцам - поршнем (9) и основанием (1).

В полости цилиндрического корпуса по его оси расположена труба (6), герметично соединяющая основание (1) и ниппель (10).

Труба является также направляющей для поршня (9).

Внутри полости, ограниченной по объему поршнем (9) и ниппелем (10), расположен компенсатор (23). Компенсатор (23) герметично соединен с верхним ниппелем (10) с одной стороны и со втулкой компенсатора (28) с другой стороны. При этом втулка компенсатора (28) герметично расположена на трубе (6).

Внутри компенсатора (23) расположена компенсационная полость (22), которая через канал (21), выполненный в ниппеле (10), связана с полостью (13), образованной внутренним диаметром корпуса (8) и торцами верхнего ниппеля (10) и ниппеля (14), в которую установлен интеллектуальный блок (12).

Указанные выше полости (13, 22) заполнены диэлектрической и нейтральной по отношению к припоям и медным дорожкам электрических плат жидкостью.

Применение герметичного соединителя (24) позволяет сделать погружную установку дозирования химического реагента с компенсационной защитой герметичной и независимой от масла ПЭД (25), собственный компенсатор (23), компенсационная полость (22) которого заполнена диэлектрической и нейтральной по отношению к припоям и медным дорожкам электрических плат жидкостью, например силиконовой жидкостью.

Компенсатор (23) позволяет выравнивать давление пластовой жидкости и давление внутри дозатора, что позволит обеспечить более стабильную и длительную работу интеллектуального блока (12), а также компенсировать объемное расширение диэлектрической и нейтральной по отношению к припоям и медным дорожкам электрических плат жидкости.

Диэлектрическая и нейтральная по отношению к припоям и медным дорожкам электрических плат жидкость, которой заполнен компенсатор, защищает медные дорожки и припои электрических плат от агрессивного воздействия масла ПЭД.

Основание (1) дозатора выполнено с заливным каналом (3), выходным каналом (5) и камерой смешивания (18).

При этом канал (3) соединен с полостью, ограниченной по объему поршнем (9) и основанием (1).

В заливном канале (3) химического реагента установлен клапан (4), предотвращающий обратное вытекание химии из дозатора.

Канал (5) соединяет часть полости (21), ограниченную по объему поршнем (9) и основанием (1), и камеру смешивания (18).

В камере смешивания (18) на выходе из канала (5) установлен электромагнитный клапан (2). В основании (1) дозатора радиально расположено как минимум одно выходное отверстие (20) и входное (19) отверстие, которые сообщены с камерой смешивания (18).

Электромагнитный клапан (2) через электрический кабель (7), расположенный в трубе (6), соединен с интеллектуальным блоком (12). В интеллектуальном блоке (12) происходит обработка сигнала и передача управляющего сигнала открытия/закрытия по кабелю (7), расположенному внутри трубки (6), которая герметично соединяет основание (1) и верхний ниппель (14), на электромагнитный клапан (2).

Погружной дозатор химического реагента работает следующим образом.

На заводе-изготовителе или непосредственно на скважине перед спуском дозатор заполняют химическим реагентом (16) против коррозии, солеобразования, парафинообразования через заливной канал (3), в котором установлен клапан (4), предотвращающий обратное вытекание химии из дозатора. В этот момент поршень (9) находится в крайнем нижнем расположении и соприкасается с торцом основания (1).

В процессе заполнения полости, образованной внутренним диаметром наружного корпуса (8), торцом основания (1) и торцом поршня (9), происходит перемещение поршня (9) в крайнее верхнее положение до соприкосновения со втулкой компенсатора (28). Перед спуском в скважину нулевой провод (15) подключают к нулевому проводу погружного электродвигателя или ТМС через герметичный соединитель (24) к нулевому проводу ПЭД (26), а с помощью ниппеля (14) прикрепляют погружной дозатор к корпусу (27) погружного электродвигателя или к основанию ТМС.

В процессе работы погружного дозатора в скважине давление внутри и снаружи дозатора выравнивается с помощью дыхательного канала (11) в верхнем ниппеле, через который внутрь контейнера поступает пластовая жидкость (17), и с помощью компенсатора (23), состоящего, например, из подвижной диафрагмы.

Пластовая жидкость (17), поступая через канал (11) в полость, ограниченную по объему поршнем (9) и ниппелем (10), оказывает давление на поршень (9), который передает это давление на химический реагент (16), а также оказывает давление на подвижные стенки компенсатора (23), выполненные, например, из диафрагмы, которые, в свою очередь, передают это давление жидкости, заключенной в компенсационной полости (22).

Таким образом, осуществляется выравнивание давления снаружи и внутри погружного дозатора.

Также компенсатор (23) осуществляет процесс компенсации теплового расширения жидкости, заключенной в компенсационном объеме, которая неизбежно возникает при спуске оборудования в скважину.

После того как наземная часть интеллектуального блока передаст сигнал о начале работы по нулевому проводу (15) в погружную часть интеллектуального блока (12), расположенную внутри корпуса (13), погружная часть интеллектуального блока выдаст сигнал по проводу (7) на электромагнитный клапан (2) об его открытии/ закрытии. Химический реагент (16) под собственным весом и под давлением пластовой жидкости (17) начнет поступать по каналу (5) в электромагнитный клапан (2), а в случае его открытого состояния - камеру смешивания (18), находящуюся в основании (1).

Через входное отверстие (19) в камеру смешивания (18) поступает пластовая жидкость, которая, смешиваясь с химическим реагентом, поступающим в камеру через электромагнитный клапан (2), выносится из камеры смешивания через выходное отверстие (20) и далее с восходящим потоком поступает в нефтедобывающий насос, тем самым полностью защищая все погружное оборудование, в том числе и погружной электродвигатель, от солеобразования, парафинообразования и коррозии.

Приведенные технические решения, а именно использование погружной установки с установленной компенсационной защитой, позволяет сравнивать давление внутри погружного дозатора с внешним пластовым давлением, тем самым снижая риск выхода из строя элементов электросхемы погружной части интеллектуального блока (12), отсутствие перепада давления положительно сказывается на работе уплотнительных элементов, которые работают в комфортных условиях низкого перепада давлений, а благодаря возможности компенсации теплового расширения жидкости, заключенной в компенсационном объеме (22), можно также избегать избыточного внутреннего давления, а подвижные стенки компенсатора (23) позволяют плавно выравнивать давление внутри и снаружи дозатора в процессе спуско-подъемных операций на скважине.

Также соединение нулевого провода ПЭД (26) погружного электродвигателя или ТМС с нулевым проводом (15) погружного дозатора через герметичный соединитель (24), который герметично установлен в ниппеле (14), позволяет сделать дозатор герметичным и независимым от компенсатора погружного электродвигателя, что позволяет говорить о том, что в случае разгерметизации двигателя электросхемы, расположенные в погружной части интеллектуального блока (12), сохранят свою работоспособность, так и наоборот: в случае разгерметизации компенсационного объема (22) и попадания в него пластовой жидкости (17) выйдет из строя только погружная часть интеллектуального блока (12), что никак не отразится на работе погружного электродвигателя, а значит погружной насос продолжит свою работу.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружным устройствам для подачи реагента в скважину, на поверхность погружных электродвигателей и вход электроцентробежных насосов. Устройство содержит цилиндрический корпус, с одной стороны которого установлены герметичный модуль с интеллектуальным блоком, с другой стороны установлено основание с камерой смешивания, с управляемым клапаном и с выходным каналом, сообщенным с камерой смешивания. Интеллектуальный блок соединен электрическим проводником в изоляционной оболочке, находящимся в герметичной трубе, с управляемым клапаном. Внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена герметичной с возможностью заполнения пластовой жидкостью и химическим реагентом и герметично разделена поршнем. Герметичная труба является направляющей для поршня и расположена по оси цилиндрического корпуса. В основании дозатора дополнительно выполнен заливной канал химического реагента с клапаном. В качестве управляемого клапана установлен электромагнитный клапан, выполненный с возможность открытия/закрытия по управляющему сигналу. Электромагнитный клапан установлен в выходном канале. Дозатор дополнительно содержит компенсатор, расположенный в полости корпуса, заполненной пластовой жидкостью. Внутренняя полость компенсатора соединена с полостью герметичной емкости посредством канала, выполненного в ниппеле герметичной емкости. Интеллектуальный блок соединен нулевым проводом трехфазного электрического привода погружного насоса. Повышается надежность конструкции. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Погружной дозатор химического реагента, содержащий цилиндрический корпус, с одной стороны которого установлены герметичный модуль с интеллектуальным блоком, с другой стороны установлено основание с камерой смешивания, с управляемым клапаном и с выходным каналом, сообщенным с камерой смешивания, при этом интеллектуальный блок соединен электрическим проводником в изоляционной оболочке, находящимся в герметичной трубе, с управляемым клапаном,

отличающийся тем, что

внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена герметичной с возможностью заполнения пластовой жидкостью и химическим реагентом, и герметично разделена поршнем,

герметичная труба является направляющей для поршня и расположена по оси цилиндрического корпуса,

в основании дозатора дополнительно выполнен заливной канал химического реагента с клапаном,

в качестве управляемого клапана установлен электромагнитный клапан, выполненный с возможностью открытия/закрытия по управляющему сигналу,

электромагнитный клапан установлен в выходном канале,

при этом дозатор дополнительно содержит компенсатор, расположенный в полости корпуса, заполненной пластовой жидкостью, при этом внутренняя полость компенсатора соединена с полостью герметичной емкости посредством канала, выполненного в ниппеле герметичной емкости.

2. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что интеллектуальный блок соединен с нулевым проводом трехфазного электрического привода погружного насоса.

3. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен из коррозионно-стойкого материала, например нержавеющей стали.

4. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен из коррозионно-стойкого композитного материала, например стеклопластика или пластика.

5. Дозатор по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя полость цилиндрического корпуса выполнена с нанесением антикоррозионного стойкого покрытия.