ПОГРУЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА НА ГРУЗОНЕСУЩЕМ КАБЕЛЕ Российский патент 2021 года по МПК F04D13/10 F04D31/00 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к погружным насосным установкам, в состав которых входит газосепаратор, и может быть использовано для добычи нефти, осложненной высоким газовым фактором.

Известно, что при добыче нефти с высоким газовым фактором используют газосепараторы, которые размещают перед входом в электроцентробежный насос над электродвигателем [RU 2232301, RU 2504691, RU 159811 U1].

Известные газосепараторы производят отделение газа от жидкости с последующим выводом его в затрубное пространство и подачи жидкости на прием насоса.

Недостатком известных устройств является то, что газосепараторы могут работать при максимальном газосодержании на приеме не более 50-60%.

Известен секционный дифференциальный газосепаратор с боковыми обводными каналами [RU 172117, Е21В 43/38, опубл. 29.06.2017], включающий корпус, вал, установленные одна над другой нижнюю, среднюю и верхнюю секции, каждая из которых содержит вихревую ступень, пропеллерное колесо, завихритель, колокол, стакан, ступени рабочих колес и имеет приемные каналы, причем нижняя и средняя секции соединены между собой обводным каналом с выкидными отверстиями для дегазированной водонефтяной смеси, при этом газосепаратор дополнительно снабжен дифференциальной приставкой-диспергатором с приемными каналами, имеющим также в каждой секции отверстия в корпусе для обводного канала отделившегося свободного газа.

Недостатком данного газосепаратора является излишняя сложность конструкции. Кроме того, под воздействием перепада давления между выкидными отверстиями обводного канала и входным отверстием средней секции возникает переток от сепарированного газа, который из выкидного отверстия вновь попадает внутрь газосепаратора, что снижает его эффективность.

Известен газосепаратор центробежного насоса, состоящий из нижнего и верхнего центробежных газосепараторов с приемными каналами для подачи водонефтегазовой смеси из затрубного пространства скважины [RU 67627, Е04В 43/00, опубл. 27.10.2007]. В нижнем газосепараторе между шнеком и рабочим колесом расположен акустический преобразователь, состоящий из статора и ротора. В верхнем газосепараторе аналогичный акустический преобразователь установлен после рабочего колеса и диспергатора, перед каналом подачи водонефтяной смеси в насос. Каждый центробежный газосепаратор снабжен выкидным каналом для удаления газа в затрубное пространство. При работе насосной установки скважинная жидкость поднимается по колонне НКТ.

Недостатком данного газосепаратора является то, что под воздействием перепада давления между выкидными отверстиями и входной решеткой возникает переток отсепарированного газа, и он из выкидного отверстия попадает на входную решетку газосепаратора, что понижает эффективности сдвоенных сепараторов, вследствие чего коэффициент сепарации мало отличается от использования единичного сепаратора.

Известна насосная установка для подъема скважинной жидкости по эксплуатационной колонне [RU 2614426, F04D 13/10, опубл. 28.03.2017], содержащая пакер, короткий хвостовик, расположенный выше пакера электропогружной насос с головкой для соединения с тросом, перекачивающий скважинную жидкость из подпакерного пространства скважины в надпакерное пространство через обратный клапан, силовой кабель и датчики давления, измеряющие давление в полостях выше и ниже пакера. Пакер выполнен с полированной втулкой и шпонками, а прием насоса с помощью хвостовика сообщен с ниппелем, оснащенным наружными шпонками, ответными шпонкам пакера, и выполненным с возможностью герметичного ввода в полированную втулку пакера.

Недостатками установки являются: для ее эксплуатации необходимо предварительно установить в эксплуатационной трубе пакер с полированной втулкой и шпонками, и ограничение возможности использования установки при высоком содержании газа в скважной жидкости.

Наиболее близкой к заявляемой является погружная насосная установка, спускаемая на грузонесущем кабеле в дополнительную колонну НКТ внутри обсадной колонны, которая содержит последовательно расположенные сверху вниз грузонесущий кабель, грузонесущую муфту, кабельный удлинитель, гидрозащиту верхнюю (маслонаполненный компенсатор), маслонаполненный электродвигатель, гидрозащиту нижнюю, выкидной модуль, обратный клапан, электроцентробежный насос перевернутого типа и узел герметизации с всасывающим каналом [RU 2613542, F04D 13/10, опубл. 28.02.2017]. Узел герметизации представляет собой хвостовик с прикрепленным уплотнителем в виде механического пакера или эластомера, набухающего в скважинной жидкости, который перекрывает кольцевой зазор между хвостовиком и дополнительной колонной НКТ. К хвостовику, ниже уплотнителя, присоединен скважинный фильтр для защиты от механических примесей. При эксплуатации насосной установки подъем скважинной жидкости осуществляют по колонне НКТ.

Недостатком погружной установки является низкая эффективность при добыче скважинной жидкости с высоким содержанием газа.

Задачей настоящего изобретения является разработка надежной насосной установки, подвешенной на грузонесущем кабеле, в том числе малого диаметра, для эффективной добычи скважинной жидкости с высоким содержанием газа по эксплуатационной колонне.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружной насосной установке, спускаемой на грузонесущем кабеле в колонну НКТ и содержащей кабельный удлинитель, гидрозащиту верхнюю, электродвигатель, гидрозащиту нижнюю, модуль выкидной, электроцентробежный насос перевернутого типа и узел герметизации, согласно изобретению, на конце колонны НКТ установлен отсекатель с радиальными отверстиями выше уровня перекачиваемой жидкости, узел герметизации снабжен уплотняющими манжетами, перекрывающими колонну и выполняющими роль пакерного устройства, в отсекателе закреплен сдвоенный газосепаратор, включающий верхний и нижний газосепараторы, при этом входная решетка газосепаратора расположена ниже отсекателя, а выкидные отверстия верхнего газосепаратора расположены напротив радиальных отверстий отсекателя.

За счет использования шевронных манжет в узле герметизации в отсекателе создается изолированный от вышерасположенных труб НКТ объем, куда отводится отсепарированный газ. При работающем электроцентробежном насосе скважная жидкость будет поступать через входную решетку газосепаратора, а газ - выходить через выкидные отверстия газосепаратора и через выпускные отверстия отсекателя в межтрубное пространство.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена заявляемая погружная насосная установка, размещенная в НКТ, на конце которой установлен отсекатель, продольный разрез, на фиг. 2 - вариант применяемого сдвоенного газосепаратора.

Погружная установка перевернутого типа содержит грузонесущий кабель 1, кабельный удлинитель 2, гидрозащиту верхнюю 3, блок измерительный 4, электродвигатель 5, гидрозащиту нижнюю 6, электроцентробежный насос 8 с модулем выкидным 7 и узлы герметизации 9 (фиг. 1). Погружная установка размещается внутри насосно-компрессорной колонны 12, на конце которой накручен отсекатель 10, имеющий в верхней части радиальные отверстия 18. Внутри отсекателя 10 снизу и сверху размещены узлы герметизации 9, снабженные шевронными уплотняющими манжетами 17, и установлен сдвоенный газосепаратор, включающий верхний газосепаратор 13 и нижний газосепаратор 11. Узел герметизации 9 предназначен для исключения перетока откачиваемой жидкости, а манжеты 17, перекрывающие кольцевой зазор между колонной НКТ 12 и компонентами погружной установки, выполняют роль пакерного устройства. Каждый газосепаратор содержит геликоидальный шнек 19 с переменным шагом, вихревую камеру 20 и разделитель 21, имеющий выкидное отверстие 15 в нижнем газосепараторе 11 и выкидное отверстие 22 в верхнем газосепараторе 13 для выброса отсепарированного газа в межтрубное пространство 14 (фиг. 2). На нижнем газосепараторе 11 установлена входная щелевая решетка 16.

После спуска установки входная решетка 16 оказывается расположенной ниже отсекателя 10 в объеме скважинной жидкости, а выкидные отверстия 22 верхнего газосепаратора 13 расположены выше уровня перекачиваемой жидкости напротив радиальных отверстий 18 отсекателя 10.

Установка работает следующим образом.

После спуска установки в колонну насосно-компрессорных труб 12 узлы герметизации 9, за счет распора нижних шевронных уплотняющих манжет 17, упирающихся во внутреннюю поверхность отсекателя 10, и верхних шевронных уплотняющих манжет 17, упирающихся во внутреннюю поверхность НКТ 12, перекрывают кольцевые пространства, выполняя роль пакера и исключают переток откачиваемой жидкости. Сдвоенный газосепаратор устанавливается в отсекателе 10 таким образом, что его выкидные отверстия 15 и 22 расположены внутри изолированного объема, образованного стенками отсекателя 10 и шевронными уплотнениями 17.

При включении электродвигателя 5 скважинная жидкость проходит через входную решетку 16 центробежного нижнего газосепаратора 11, где закручивается геликоидальным шнеком 19 с переменным шагом. В поле центробежных сил происходит первичная сепарация газа, продолжающаяся в вихревой камере 20 с переносом жидкой фазы к периферии и вытеснением газовой фазы к центру. Из вихревой камеры 20 с помощью разделителя 21 отсепарированный газ из центра газосепаратора выводится через выкидные отверстия 15 нижнего газосепаратора 11, а частично отсепарированная скважинная жидкость направляется в верхний газосепаратор 13 на дополнительную вторичную сепарацию. По завершению вторичной сепарации отделенный газ удаляется через выкидные отверстия 22 верхнего газосепаратора 13. Удаленный из отверстий 15 и 22 газ проходит через радиальные отверстия отсекателя 18 и попадает в межтрубное пространство 14 между НКТ 12 и обсадной колонной 23, а нефтесодержащая жидкость поступает в насос 8, пройдя который, выходит через выкидной модуль 7 и поднимается внутри НКТ 12 на поверхность.

Таким образом, использование сдвоенного газосепаратора, установленного ниже узла герметизации, в погружной насосной установке на грузонесущем кабеле повышает надежность работы электроцентробежного насоса благодаря двойной сепарации растворенного в скважинной жидкости газа. Отсепарированный газ можно добывать через межтрубное пространство.

Размеры сдвоенного газосепаратора, установленного внизу погружной насосной установки, подбирают такие, что позволят применять его в скважинах любых габаритов, в том числе и малого диаметра.

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использовано для добычи нефти, осложненной высоким газовым фактором. Погружная насосная установка на грузонесущем кабеле устанавливается внутри НКТ. Установка содержит кабельный удлинитель, гидрозащиту верхнюю, электродвигатель, гидрозащиту нижнюю, модуль выкидной, электроцентробежный насос перевернутого типа, узлы герметизации и сдвоенный газосепаратор с входной решеткой в нижней части и выходными отверстиями в верхней части. На конце колонны установлен отсекатель с радиальными отверстиями выше уровня перекачиваемой жидкости. Узел герметизации снабжен уплотняющими манжетами, перекрывающими колонну и выполняющими роль пакерного устройства. Сдвоенный газосепаратор включает верхний и нижний газосепараторы и закреплен в отсекателе. Входная решетка газосепаратора расположена ниже отсекателя, выкидные отверстия верхнего газосепаратора расположены выше уровня скважинной жидкости, напротив радиальных отверстий отсекателя. Изобретение направлено на обеспечение бесперебойной, надежной работы установки за счет отвода в затрубное пространство отсепарированного газа. 2 ил.

Погружная насосная установка на грузонесущем кабеле, спускаемая в колонну насосно-компрессорных труб и содержащая кабельный удлинитель, гидрозащиту верхнюю, блок измерительный, электродвигатель, гидрозащиту нижнюю, модуль выкидной, электроцентробежный насос перевернутого типа и узел герметизации, отличающаяся тем, что на конце колонны установлен отсекатель с радиальными отверстиями выше уровня перекачиваемой жидкости, узел герметизации снабжен уплотняющими манжетами, перекрывающими колонну и выполняющими роль пакерного устройства, в отсекателе закреплен сдвоенный газосепаратор, включающий верхний и нижний газосепараторы, при этом входная решетка газосепаратора расположена ниже отсекателя, выкидные отверстия верхнего газосепаратора расположены напротив радиальных отверстий отсекателя.