Скважинная насосная установка Российский патент 2022 года по МПК F04D13/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано для эксплуатации обводненных нефтяных скважин с неустойчивым уровнем жидкости.

Известна скважинная штанговая насосная установка (патент RU № 2459116, МПК F04B 47/00, опубл. 20.08.2012 Бюл. № 23), содержащая колонну лифтовых труб, колонну полых штанг, хвостовик и насос с цилиндром и плунжером, разделяющим цилиндр на нефтяную секцию с входным каналом, всасывающим и нагнетательным клапанами, сообщенную со скважинным пространством выше уровня водонефтяного контакта и сверху с колонной лифтовых труб, и водную секцию, снабженную отдельным всасывающим и нагнетательным клапанами и сообщенную с цилиндром ниже плунжера и скважинным пространством ниже уровня водонефтяного контакта через хвостовик с сифоном и входным каналом, объем которого выполнен больше объема всасывания водной секции насоса и достаточен для всплытия нефти в воде за период нагнетания водной секции насоса, причем хвостовик сообщен через всасывающий клапан водной секции обводным каналом через боковую стенку с цилиндром, а входной канал нефтяной секции через всасывающий клапан сообщен с низом цилиндра, причем нагнетательный клапан этой секции размещен в дополнительном обводном канале, сообщающем выход всасывающего клапана нефтяной секции с колонной лифтовых труб, при этом в цилиндре ниже плунжера установлен поршень с возможностью ограниченного перемещения между выходом обводного канала и всасывающим клапаном нефтяной секции.

Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления и низкая производительность из-за наличия большого количества внешних перепускных каналов, а также снижение эффективности работы при резком изменения уровня жидкости в скважине из-за точной настройки под конкретный дебит скважины.

Известна также скважинная насосная установка (патент RU № 2132969, МПК F04D 13/10, опубл. 10.07.1999 Бюл. № 19), содержащая колонну насосно-компрессорных труб, струйный насос с радиальными приемными клапанами, центробежный насос, устройство для регулирования режима работы установки и средство для измерения динамического уровня, причем устройство для регулирования режима работы установки выполнено в виде подвижно установленных на струйном насосе кольцевого поплавка и соединенного с ним тягами корпуса с радиальными приемными каналами, участок перекрытия приемных каналов струйного насоса и упорами для положений с раскрытыми и перекрытыми приемными каналами.

Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления из-за наличия электроцентробежного и струйного насоса, а также системы противовесов, и узкая область применения, так как предназначена для водозаборных неглубоких скважин, а также изменения режимов работы насоса при изменении уровня жидкости, что приводит к снижению его коэффициента полезного действия (КПД).

Наиболее близким по технической сущности является скважинная насосная установка (патент RU № 2211378, МПК F04D 13/10, опубл. 27.08.2003 Бюл. № 24), содержащая центробежный насос, водоподъемную колонну, кольцевой поплавок, телескопически связанный с тягами, соединенными жестко с водоподъемной колонной в нижней части, гибкую мерную связь, соединенную одним концом с кольцевым поплавком, а другим - с противовесом и перекинутую через направляющий ролик, установленный на устье скважины, причем она снабжена дополнительным кольцевым поплавком, установленным под кольцевым поплавком и жестко соединенным с водоподъемной колонной.

Недостатками данной насосной установки является сложность изготовления из-за наличия системы противовесов на устье скважины и узкая область применения, так как предназначена для водозаборных неглубоких скважин, а также изменения режимов работы насоса при изменении уровня жидкости, что приводит к снижению его коэффициента полезного действия (КПД).

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание скважинной насосной установки, позволяющей упростить конструкцию и расширить область применения за счет исключения противовесов с гибкой тягой на устье и оснащения нижней части лифтовой колонны для подъема продукции изменяющейся по длине трубой возможности работы в глубоких (в том числе и нефтеносных) скважинах с изменяемым уровнем жидкости, а также использования как минимум в нижней части спиральным питающим кабелем, позволяющим свободно перемещаться насосу вверх-вниз за счет прикрепленного к корпусу поплавка в пределах нижней части лифтовой колонны без провисания.

Техническая задача решается скважинной насосной установкой, включающей центробежный насос с электродвигателем и наружным корпусом, лифтовую колонну для подъема продукции и поплавок.

Новым является то, что поплавок жестко соединен с корпусом насоса для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости в скважине, как минимум нижняя часть лифтовой колонны выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом насоса, а как минимум нижняя часть кабеля изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля при перемещении насоса.

Новым является также то, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде герметично телескопически вставленных с возможностью продольного перемещения труб, нижняя из которых жестко соединена с корпусом насоса.

Новым является также то, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде поперечно гофрированной с возможностью сжатия трубы, низ которой жестко соединен с корпусом насоса.

На фиг. 1 изображена насосная установка, спущенная в скважину.

На фиг. 2 изображена нижняя часть лифтовой колонны в виде труб, телескопически вставленных друг в друга.

На фиг. 3 изображена нижняя часть лифтовой колонны в виде поперечно гофрированной трубы.

Скважинная насосная установка включает центробежный насос 1 (фиг. 1) с электродвигателем 2 и наружным корпусом 3, лифтовую колонну 4 для подъема продукции на поверхность и поплавок 5, который жестко соединен с корпусом 3 насоса 1 для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости 6 в скважине 7. Как минимум нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 1 и 2) выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1. Как минимум нижняя часть кабеля 8, питающего электродвигатель 2, изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля 8 при перемещении насоса 1 вверх-вниз.

Нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 2) может быть изготовлена в виде герметично телескопически вставленных с возможностью продольного перемещения труб 9 и 10, нижняя из которых жестко соединена с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1, например, муфтой 11, сваркой (не показана), развальцовкой (не показана) или т.п. Такую конструкцию низа лифтовой колонны 4 рекомендуется использовать в скважинах 7, в которых перепад уровня жидкости 6 не превышает 7 - 10 м.

Нижняя часть лифтовой колонны 4 (фиг. 3) может быть изготовлена в виде поперечно гофрированной с возможностью сжатия трубы 12, низ которой жестко соединен с корпусом 3 (фиг. 1) насоса 1, например, муфтой 11, сваркой (не показана), развальцовкой (не показана) или т.п. Такую конструкцию низа лифтовой колонны 4 рекомендуется использовать в скважинах 7, в которых перепад уровня жидкости 6 превышает 10 м.

Поскольку поплавок 5 (фиг. 1) изготовлен из менее плотного материала (меньше плотности жидкости в скважине 7), то он имеет низкую теплопроводность, поэтому его не рекомендуется размещать на электродвигателе 2, который охлаждается снаружи за счет естественной конвекции жидкости в скважине 7. А насос 1 охлаждается преимущественно за счет вынужденной конвекции, прокачиваемой через него жидкости, поступающей на вход 13 и подымаемой далее на поверхность по лифтовым трубам 4. Поплавок 5 может быть изготовлен из пенопласта, вспененного полиуретана, резиновой полости с воздухом внутри или т.п. (автор на это не претендует).

Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность насосной установки, на чертежах (фиг. 1 - 3) не показаны или показаны условно.

Скважинная насосная установка работает следующим образом.

Насос 1 (фиг. 1) с электродвигателем 2 и поплавком 5 наружным корпусом 3, например, при помощи муфты 11 при соединяют к лифтовым трубам 4 и спускают в скважину 7. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) полностью выходит из трубы 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) максимально удлиняется, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), за счет веса насоса 1 с поплавком 5 и электродвигателем 2. После спуска насоса 1 ниже уровня жидкости 6 поплавок 5 (за счет силы Архимеда) всплывает с насосом 1 и электродвигателем 2, что отмечается на устьевом индикаторе веса (УИВ - не показан). При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) входит в трубу 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) сжимается, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), исключая провисание кабеля 8. Как только показания на УИВ перестает снижаться спуск лифтовых труб 4 прекращают, так как это свидетельствует, что насос находится на оптимальной глубине относительно уровня жидкости 6. Устье (не показано) скважины 7 герметизируют по кабелю 8 подают питание на электродвигатель 2, который приводит в работу насос 1. В результате жидкость из скважины 7 поступает на вход 13 и насосом 1 по лифтовой колонне 4 перекачивается на поверхность.

При отключении близлежащих нагнетательных скважин (не показаны), например, на обслуживание, капитальный ремонт или т.п., уровень жидкости 6 в скважине 7 снижается (из-за снижения пластового давления). Вместе с уровнем жидкости под действием поплавка 5 опускается и насос 1 с электродвигателем 2, исключая захват воздуха через вход 13 насосом 1, а это может привести к его перегреву и выходу из строя. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) выходит из трубы 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) удлиняется, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1).

При отключении близлежащих добывающих скважин (не показаны), например, на обслуживание, капитальный ремонт или т.п., уровень жидкости 6 в скважине 7 повышается (из-за роста пластового давления). Вместе с уровнем жидкости под действием поплавка 5 всплывает и насос 1 с электродвигателем 2, исключая расположение входа 13 ниже уровня водонефтяного контакта (ВНК - не показан), а это может привести к перекачке только воды, делая не рентабельным добычу из этой скважины 7. При этом в нижней части лифтовой колонны 4 труба 9 (фиг. 2) входит в трубу 10 или поперечно гофрированная труба 12 (фиг. 3) сжимается, как и спиральная часть кабеля 8 (фиг. 1), исключая его провисание.

Исключение провисания кабеля 8 не позволяет заклинить ему между поплавком 5 стенками скважины и, как следствие, оборваться при перемещении насоса 1 вместе с поплавком 5, исключая аварийные ситуации.

Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет упростить конструкцию и расширить область применения за счет исключения противовесов с гибкой тягой на устье и оснащения нижней части лифтовой колонны для подъема продукции изменяющейся по длине трубой возможности работы в глубоких (в том числе и нефтеносных) скважинах с изменяемым уровнем жидкости, а также использования как минимум в нижней части спиральным питающим кабелем, позволяющим свободно перемещаться насосу вверх-вниз за счет прикрепленного к корпусу поплавка в пределах нижней части лифтовой колонны без провисания.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано для эксплуатации обводненных нефтяных скважин с неустойчивым уровнем жидкости. Скважинная насосная установка включает центробежный насос с электродвигателем и наружным корпусом, лифтовую колонну для подъема продукции и поплавок. Поплавок жестко соединен с корпусом насоса для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости в скважине. Как минимум нижняя часть лифтовой колонны выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом насоса. Как минимум нижняя часть кабеля изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля при перемещении насоса. Предлагаемая скважинная насосная установка позволяет упростить конструкцию и расширить область применения за счет исключения противовесов с гибкой тягой на устье и оснащения нижней части лифтовой колонны для подъема продукции изменяющейся по длине трубой, возможности работы в глубоких скважинах с изменяемым уровнем жидкости, а также использования как минимум в нижней части спирального питающего кабеля, позволяющего свободно перемещаться насосу вверх-вниз за счет прикрепленного к корпусу поплавка в пределах нижней части лифтовой колонны без провисания. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Скважинная насосная установка, включающая центробежный насос с электродвигателем и наружным корпусом, лифтовую колонну для подъема продукции и поплавок, отличающаяся тем, что поплавок жестко соединен с корпусом насоса для перемещения насоса в зависимости от уровня жидкости в скважине, как минимум нижняя часть лифтовой колонны выполнена с возможностью перемещения вверх-вниз вместе с корпусом насоса, а как минимум нижняя часть кабеля изготовлена спиральной, чтобы исключить провисания кабеля при перемещении насоса.

2. Скважинная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде герметично телескопически вставленных с возможностью продольного перемещения труб, нижняя из которых жестко соединена с корпусом насоса.

3. Скважинная насосная установка по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум нижняя часть лифтовой колонны изготовлена в виде поперечно гофрированной с возможностью сжатия трубы, низ которой жестко соединен с корпусом насоса.