УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2021 года по МПК F04D13/10 F04D7/04 F04D29/02 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к погружным электроцентробежным насосам для добычи нефти из скважин с высоким содержанием минеральных солей и асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО) в пластовой жидкости.

В настоящее время при добыче пластовых жидкостей, например, при добыче нефти, одной из наиболее распространенных причин отказа нефтепогружного оборудования является солеотложение на погружном электродвигателе, рабочих органах центробежных насосов, в фильтрующих системах и других узлах. Доля отказов установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) по причине солеобразования в некоторых компаниях достигает 30% от общего числа отказов глубинно-насосного оборудования.

Известна деталь погружного центробежного насоса для добычи нефти, например, рабочее колесо, направляющий аппарат или корпус, которая имеет полимерное, антисолевое покрытие, в состав которого ведена упрочняющая добавка в количестве 0,1-20,0 об.%, в виде частиц карбидной или оксидной керамики с твердостью по Моосу>7 баллов и размером 0,15÷20,0 мкм (по патенту RU106689, кл. F04D 29/02, опубл. 20.07.11).

Недостатком данного решения является то, что при эксплуатации УЭЦН солеотложение возможно не только на описанных в известной полезной модели деталях.

В качестве прототипа взят центробежный насос для добычи нефти или воды из нефтяных и водяных скважин и ее перекачки. Насос содержит стальной корпус, направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненные из металла, сплавов, например, чугуна нирезиста, или изготовленные методами порошковой металлургии, и втулку, выполненную из композитного материала. Согласно полезной модели внутренняя поверхность корпуса, поверхности направляющих аппаратов и рабочих колес покрываются полимерным гидрофобным составом, а втулка выполняется из металлоорганического композитного материала. По варианту исполнения в качестве покрытия использован эпоксидный грунт, например, типа GV 35-9575, причем эпоксидный грунт модифицирован фторопластом (по патенту RU52128, кл. F04D 1/00, опубл. 10.03.06).

Недостатком данного решения является то, что покрытие используется только для защиты насоса, тогда как солеотложение может происходить и на деталях других узлов, входящих в УЭЦН. Также следует отметить недостаточно высокие гидрофобные свойства фторопласта и низкая адгезия при нанесении такого покрытия.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности и ресурса УЭЦН при работе в скважинах с высоким содержанием минеральных солей и АСПО за счет гидрофобного покрытия деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что установка электроцентробежного насоса состоит из электродвигателя, гидрозащиты, центробежного насоса и, по меньшей мере, одного предвключенного устройства и отличается тем, что на корпуса, головки, основания, ниппели, рабочие колеса, направляющие аппараты, радиальные опоры, элементы проточной части, фильтроэлементы нанесено гидро-, олеофобное покрытие на основе фторорганических соединений.

Кроме того, покрытие может содержать связующее, например, кремнийорганическое.

Кроме того, покрытие может представлять собой фторсиланы состава — CF₃-(CF₂)₅-C(O)-HN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃; фторорганические соединения — сополимер 1,1 - дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата; фторполимер С₆.

Кроме того, предвключенными устройствами могут быть газосепаратор, входной модуль, фильтрующий модуль.

Кроме того, рабочие колеса и направляющие аппараты могут быть выполнены из нирезиста.

Кроме того, рабочие колеса и направляющие аппараты могут быть выполнены методом порошковой металлургии.

Кроме того, рабочие колеса и направляющие аппараты могут быть выполнены из полимерного материала.

Кроме того, корпуса, головки, основания и ниппели могут быть выполнены из стали.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, на которых показан частный случай его реализации:

Фиг. 1 – установка электроцентробежного насоса;

Фиг. 2 – центробежный насос;

Фиг. 3 – гидрозащита;

Фиг. 4 – электродвигатель;

Фиг. 5 – газосепаратор;

Фиг. 6 – фильтрующий модуль;

Фиг. 7 – входной модуль.

Установка электроцентробежного насоса (фиг. 1) состоит из электродвигателя 1, гидрозащиты 2 центробежного насоса 3 и предвключенных устройств: газосепаратора 4 и фильтрующего модуля 5. Установка спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 6. Питание электродвигателя осуществляется по кабелю 7.

Центробежный насос 3 (фиг. 2) состоит из головки 8 и основания 9, соединенных корпусом 10, внутри которого установлены радиальные опоры 11 и насосные ступени 12, состоящие из рабочего колеса 13 и направляющего аппарата 14. Рабочие колеса 13 установлены на валу 15, который вращается в подшипниках 16 расположенных в головке 8, основании 9 и радиальных опорах 11.

Гидрозащита 2 (фиг. 3) состоит из головки 17, основания 18, ниппелей 19, соединенных корпусом 20. Внутри на радиальных подшипниках 21 и осевой опоре 22 установлен вал 23. На валу 23 установлено торцевое уплотнение 24. Внутри установлены диафрагмы 25.

Электродвигатель 1 (фиг. 4) состоит из головки 26 и основания 27, соединенных корпусом 28, внутри которого установлены пакет статора 29, пакет ротора 30 и вал 31 в подшипниках 32.

Газосепаратор 4 (фиг. 5) состоит из головки 33 и основания 34, соединенных корпусом 35, внутри которого установлен вал 36 в подшипниках 37 и элементы проточной части: шнек 38, сепарационный барабан 39, гильза 40.

Фильтрующий модуль 5 (фиг. 6) состоит из головки 41 и основания 42, соединенных корпусом 43, внутри которого установлен вал 44 в подшипниках 45 и фильтроэлемент 46.

Если количество мехпримесей в добываемой жидкости невелико, то в качестве предвключенного устройства вместо фильтрующего модуля используется входной модуль (фиг. 7), состоящий из корпуса 47, вала 48 и подшипников 49.

Применение

УЭЦН спускается в скважину на колонне НКТ. По кабелю 7 на электродвигатель 1 подается энергия. Вал 31 электродвигателя 1 вращается, крутящий момент через вал 23 гидрозащиты 2, вал 44 фильтрующего модуля 5, вал 36 газосепаратора 4 передается на вал 15 центробежного насоса 3. Рабочие колеса 13 вращаются и создают избыточное давление, перекачивая пластовую жидкость на поверхность. Пластовая жидкость поступает в центробежный насос 3 через фильтрующий модуль 5, где она фильтруется от мехпримесей, и через газосепаратор 4, где жидкость сепарируется от газа. Гидрозащита 2 служит для защиты электродвигателя 1 от попадания внутрь пластовой жидкости, для компенсации объема изменения масла и для восприятия осевых нагрузок вала.

Для предотвращения солеотложения на узлах УЭЦН на детали, контактирующие с пластовой жидкостью, согласно изобретению наносят покрытие на основе фторорганических соединений, например, фторсиланы состава — CF₃-(CF₂)₅-C(O)-HN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃; фторорганические соединения — сополимер 1,1-дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата; фторполимер С₆. Также возможно использование и других покрытий на основе фторорганических соединений.

Так как соли являются водорастворимыми, то для оценки солеотложения (низкой адгезии поверхности к солям) можно использовать характеристику гидрофобности, чем выше гидрофобность, тем хуже соли закрепляются на поверхности изделия. Экспресс методом оценки низкой адгезии поверхности к солям является краевой угол смачивания, угол, который образуется между касательной, проведённой к поверхности фазы жидкость-газ и твёрдой поверхностью с вершиной, располагающейся в точке контакта трёх фаз. Гидрофобные покрытия должны обеспечивать краевой угол смачивания не менее 90°. Покрытие на основе фторорганических соединений позволяет получить краевой угол смачивания 118°, что говорит о его высоких гидрофобных свойствах, а, следовательно, низкой способности солей откладываться на поверхностях, на которые нанесено предложенное покрытие.

Также был отмечен тот факт, что обработанная поверхность была проверена на олеофобность, краевой угол смачивания в этом случае составил 84°, но смачивания поверхности маслом не происходило. В этом случае можно говорить о том, что покрытие может быть применимо и для предотвращения асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО).

Технология нанесения покрытия содержит следующие этапы: подготовка поверхности делали, например, пескоструйной обработкой, нанесение покрытия окунанием, сушка и закрепление в печи. Сами по себе покрытия на основе фторорганических соединений обладают не очень хорошей адгезией к металлам, поэтому для устранения этого недостатка и обеспечения стойкости покрытия применяется связующее, например, кремнийорганическое.

Таким образом, решения, используемые в изобретении, позволяют повысить надежность и ресурс УЭЦН при работе в скважинах с высоким содержанием минеральных солей и АСПО за счет гидрофобного покрытия деталей и тем самым способствуют достижению технического результата.

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к погружным электроцентробежным насосам для добычи нефти из скважин с высоким содержанием минеральных солей и асфальтосмолопарафинистых отложений в пластовой жидкости. Установка электроцентробежного насоса состоит из электродвигателя, гидрозащиты и центробежного насоса. На корпуса, головки, основания, ниппели, рабочие колеса, направляющие аппараты, радиальные опоры, элементы проточной части, фильтроэлементы нанесено гидро-, олеофобное покрытие на основе фторорганических соединений. Изобретение направлено на повышение надежности и ресурса установки при работе в скважинах с высоким содержанием минеральных солей и асфальтосмолопарафинистых отложений за счет гидрофобного покрытия деталей. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Установка электроцентробежного насоса, состоящая из электродвигателя, гидрозащиты, центробежного насоса и, по меньшей мере, одного предвключенного устройства и отличающаяся тем, что на корпуса, головки, основания, ниппели, рабочие колеса, направляющие аппараты, радиальные опоры, элементы проточной части, фильтроэлементы нанесено гидро-, олеофобное покрытие на основе фторорганических соединений.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что покрытие содержит связующее.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что связующее представляет собой кремнийорганическое соединение.

4. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что покрытие представляет собой фторсиланы состава — CF₃-(CF₂)₅-C(O)-HN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃.

5. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что покрытие представляет собой фторорганические соединения — сополимер 1,1 - дигидроперфторгептилакрилата, N-метилолметакриламида и метилсульфата N-триметиламмонийэтилметакрилата.

6. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что покрытие представляет собой фторполимер С₆.

7. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве предвключенного устройства используется газосепаратор.

8. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве предвключенного устройства используется входной модуль.

9. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве предвключенного устройства используется фильтрующий модуль.

10. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что рабочие колеса и направляющие аппараты выполнены из нирезиста.

11. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что рабочие колеса и направляющие аппараты выполнены методом порошковой металлургии.

12. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что рабочие колеса и направляющие аппараты выполнены из полимерного материала.

13. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что корпуса, головки, основания и ниппели выполнены из стали.