Способ предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса с газосепаратором Российский патент 2023 года по МПК E21B43/38 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для скважинной добычи нефти с использованием установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) в условиях высокого содержания газа и твердых частиц механических примесей в перекачиваемой пластовой жидкости.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей, реализуемый посредством установки электроцентробежного насоса и известного устройства [Патент на ПМ № 133192 РФ, МПК Е21В 43/38, опубл. 10.10.2013] – газосепаратора, принятый за прототип. Газосепаратор содержит цилиндрический корпус, в котором коаксиально установлены узел ввода, приводной вал, ротор, составная защитная гильза, узел отвода в затрубное пространство отсепарированного газа. Ротор газосепаратора включает в себя шнек, на периферии лопастей которого выполнен наклонный участок. Длина участка шнека, на которой лопасти имеют наклонный участок, составляет не менее пятнадцати процентов от общей длины шнека. Вращение шнека осуществляется приводным валом газосепаратора. Частицы твердых механических примесей, содержащиеся в перекачиваемой жидкости, под действием центробежных сил отбрасываются к наклонному участку лопастей шнека, что препятствует перемещению указанных частиц механических примесей к гильзе и корпусу газосепаратора и, соответственно, предотвращает гидроабразивное изнашивание и перерезание защитной гильзы и корпуса газосепаратора, работающего длительное время в скважинных условиях.

Защитная гильза газосепаратора изготавливается из твердой высоколегированной стали, выполняется составной из отдельных элементов (полых тонкостенных цилиндров) с соединительными пазами на торцах. Указанное повышает технологичность изготовления газосепаратора и снижает его стоимость.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, – способ предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса с газосепаратором, состоящим из корпуса в котором коаксиально установлены узел ввода, приводной вал, ротор, узел отвода в затрубное пространство отсепарированного газа, составная защитная гильза, выполненная из отдельных элементов – полых тонкостенных цилиндров, – с соединительными пазами на торцах.

К недостаткам известного способа, принятого за прототип, относится то, что при высокой концентрации механических примесей в перекачиваемой пластовой жидкости происходит интенсивный износ наклонных участков лопаток шнека, после чего механические примеси начинают действовать на защитную гильзу, локально изнашивая её, что приводит к перерезанию гильзы. При разрушении защитной гильзы локальному износу и перерезанию подвергается корпус газосепаратора, что определяет разрушение газосепаратора и падение погружного электродвигателя и части узлов УЭЦН на забой скважины.

Так как износ защитной гильзы протекает локально, выполнять все составные элементы защитной гильзы из стали одинаковой твердости и одной марки является нерациональным. Для удешевления конструкции газосепаратора, участки защитной гильзы, подвергающиеся минимальному изнашиванию, можно изготавливать из легированной стали с меньшей твердостью и стойкостью к гидроабразивному износу.

Задачей изобретения является реализация способа предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса, укомплектованной газосепаратором с корпусом, защищенным от перерезания при локальном гидроабразивном износе; повышение ремонтопригодности газосепаратора, снижение стоимости его изготовления.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса с газосепаратором, состоящим из корпуса в котором коаксиально установлены узел ввода, приводной вал, ротор, узел отвода в затрубное пространство отсепарированного газа, составная защитная гильза, выполненная из отдельных элементов – полых тонкостенных цилиндров, – с соединительными пазами на торцах, согласно изобретению определяют зоны локального износа защитной гильзы, после чего в корпусе газосепаратора напротив выявленных зон локального износа выполняют сквозные отверстия, элементы защитной гильзы, подвергаемые наиболее интенсивному гидроабразивному изнашиванию, выполняют из материала повышенной твердости. В вариантах выполнения способа сквозные отверстия, проводимые в корпусе газосепаратора, согласованы по направлению с потоком перекачиваемой жидкости, а элементы защитной гильзы, не подвергаемые интенсивному гидроабразивному износу при работе газосепаратора в скважине, выполняют из материалов с меньшей твердостью, чем изнашиваемые элементы гильзы. В вариантах выполнения способа, изнашиваемые элементы защитной гильзы газосепаратора выполняют с твердым покрытием на внутренней поверхности.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа – определяют зоны локального износа защитной гильзы газосепаратора; в корпусе газосепаратора, напротив выявленных зон локального износа, выполняют сквозные отверстия; элементы защитной гильзы, подвергаемые наиболее интенсивному гидроабразивному изнашиванию, выполняют из материала повышенной твердости; сквозные отверстия, проводимые в корпусе газосепаратора, согласованы по направлению с потоком перекачиваемой жидкости; элементы защитной гильзы, не подвергаемые интенсивному гидроабразивному износу при работе газосепаратора, выполняют из материалов с меньшей твердостью, чем изнашиваемые элементы гильзы; изнашиваемые элементы защитной гильзы газосепаратора выполняют с твердым покрытием на внутренней поверхности.

Определение зон локального износа защитной гильзы твердыми частицами механических примесей, содержащимися в перекачиваемой пластовой жидкости, позволяет выявить наиболее вероятные участки перерезания защитной гильзы и корпуса газосепаратора.

Выполнение в корпусе газосепаратора сквозных отверстий напротив зон локального износа защитной гильзы позволяет в случае перерезания защитной гильзы отвести поток жидкости с частицами механических примесей из корпуса в затрубное пространство через указанные отверстия, что предотвратит перерезание газосепаратора и падение нижерасположенного погружного оборудования (погружного электродвигателя, блока телеметрической системы УЭЦН) в скважину. При этом эффективность работы газосепаратора существенно снизится, уменьшится напор и расход потока жидкости, перекачиваемой через газосепаратор. Перечисленные явления вызовут отказ УЭЦН вследствие срыва подачи. В то же время последствия такого отказа будут устранимы в более короткие сроки и с меньшими материальными затратами, так как не потребуется выполнение ловильных работ для подъема погружного электродвигателя из скважины.

Выполнение сквозных отверстий в корпусе газосепаратора согласованными по направлению с потоком перекачиваемой жидкости обеспечивает эффективное удаление частиц механических примесей из газосепаратора в случае перерезания защитной гильзы, что предотвращает гидроабразивное изнашивание и разрушение корпуса газосепаратора.

Установка в выявленных зонах локального износа защитной гильзы элементов, выполненных из материалов высокой твердости, или в вариантах исполнения с твёрдым покрытием на внутренней поверхности, позволяет увеличить время работы газосепаратора до перерезания гильзы. В то же время, установка в зонах с низкоинтенсивным износом защитной гильзы элементов, выполненных из менее твердых и дорогих материалов, позволяет снизить стоимость газосепаратора.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 показана гильза газосепаратора, подвергшаяся локальному гидроабразивному износу и перерезанная частицами механических примесей.

На фиг. 2 приведен график изменения интенсивности износа защитной гильзы газосепаратора по её длине, где по оси абсцисс длина защитной гильзы газосепаратора приведена в абсолютном виде (в долях единицы).

На фиг. 3 приведен продольный разрез газосепаратора с составной защитной гильзой, выполненной из отдельных элементов, и с отверстиями в корпусе.

На фиг. 4 приведен поперечный разрез газосепаратора.

Способ заключается в определении зон локального износа 1 защитной гильзы 2 газосепаратора 3, например, на этапе проектирования изделия методами численного моделирования, или на этапе проведения ресурсных испытаний газосепаратора на гидроабразивный износ (фиг. 1 и фиг. 2) с использованием специальных стендов. Защитная гильза 2 выполняется из отдельных элементов 4, представляющих собой полые тонкостенные цилиндры с соединительными пазами на торцах. В зонах выявленного локального износа 1 элементы 4 защитной гильзы 2 выполняются из материалов высокой твердости, например, керамики или твердых сплавов. В вариантах способа интенсивно изнашиваемые элементы 4 защитной гильзы 2 газосепаратора 3 выполняются с твердым (например, керамическим) покрытием на внутренней поверхности.

Напротив, выявленных зон локального износа 1 в корпусе 5 газосепаратора 3 выполняют сквозные отверстия 6. В вариантах предлагаемого способа отверстия 6 в корпусе 5 газосепаратора 3 могут быть выполнены согласованными по направлению с потоком перекачиваемой жидкости, то есть направлены под углом α к осевому направлению потока (фиг. 3) и под углом β к радиальному направлению (фиг. 4). Значение углов α и β рассчитывается исходя из конструктивных параметров газосепаратора 3.

Поток пластовой жидкости, содержащей частицы механических примесей, через каналы 7 узла ввода 8, подается в ротор 9, вращение которому передается от вала 10. Вследствие изменения параметров потока перекачиваемой пластовой жидкости на входе в ротор 9, между отдельными элементами ротора 9 (например, между шнеком 11 и сепарационным барабаном 12), на выходе потока из ротора 9, создаются условия для концентрации (локального накопления) твердых частиц механических примесей. Под действием центробежных сил данные частицы механических примесей перемещаются к внутренней поверхности защитной гильзы 2, локально изнашивая элементы 4.

При нормальной работе газосепаратора 3 перекачиваемая пластовая жидкость подается через каналы 13 узла отвода 14 в электроцентробежный насос, а отсепарированный газ сбрасывается в затрубное пространство через каналы 15.

В случае перерезания одного из элементов 4 защитной гильзы 2 газосепаратора 3 поток перекачиваемой пластовой жидкости с частицами механических примесей отводится из корпуса 5 через отверстия 6. При этом существенно снижается подача и напор потока пластовой жидкости, подводимого из газосепаратора 3 к электроцентробежному насосу и происходит отказ УЭЦН вследствие срыва подачи. УЭЦН поднимается из скважины для устранения отказа. При этом газосепаратор 3 может быть отремонтирован посредством замены перерезанного элемента 4 защитной гильзы 2.

Преимуществом описанного способа является то, что при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса предложенный способ позволяет избежать существенных последствий гидроабразивного износа газосепаратора – перерезания корпуса газосепаратора и падения нижерасположенного погружного оборудования УЭЦН в скважину. Следовательно, снижаются материальные и временные затраты на устранения аварийного отказа газосепаратора. При этом сам газосепаратор может быть отремонтирован и повторно спущен в скважину.

Размещение в выявленных зонах локального износа защитной гильзы элементов, выполненных из материалов высокой твердости, позволяет увеличить наработку газосепаратора в скважине. Изготовление элементов защитной гильзы не подвергаемых интенсивному гидроабразивному износу при работе газосепаратора в скважине из материалов с меньшей твердостью, чем у интенсивно изнашиваемых элементов гильзы, снижает стоимость газосепаратора при производстве.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для скважинной добычи нефти с использованием установок электроцентробежных насосов в условиях высокого содержания газа и твердых частиц механических примесей в перекачиваемой пластовой жидкости. Способ предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса с газосепаратором включает определение зоны локального износа защитной гильзы газосепаратора и выполнение в корпусе газосепаратора напротив выявленных зон локального сквозных отверстий. Газосепаратор состоит из корпуса, в котором коаксиально установлены: узел ввода, приводной вал, ротор, узел отвода в затрубное пространство отсепарированного газа, составная защитная гильза. Составная защитная гильза выполнена из отдельных элементов – полых тонкостенных цилиндров с соединительными пазами на торцах. Элементы защитной гильзы, подвергаемые наиболее интенсивному гидроабразивному изнашиванию, выполняют из материала высокой твердости. Обеспечивается повышение ремонтопригодности газосепаратора и предотвращение перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса, укомплектованной газосепаратором. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ предотвращения перерезания газосепаратора при добыче пластовой жидкости с высоким содержанием газа и твердых частиц механических примесей с использованием установки электроцентробежного насоса с газосепаратором, состоящим из корпуса, в котором коаксиально установлены узел ввода, приводной вал, ротор, узел отвода в затрубное пространство отсепарированного газа, составная защитная гильза, выполненная из отдельных элементов – полых тонкостенных цилиндров с соединительными пазами на торцах, отличающийся тем, что определяют зоны локального износа защитной гильзы, после чего в корпусе газосепаратора напротив выявленных зон локального износа выполняют сквозные отверстия, а элементы защитной гильзы, подвергаемые наиболее интенсивному гидроабразивному изнашиванию, выполняют из материала высокой твердости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сквозные отверстия, проводимые в корпусе газосепаратора, согласованы по направлению с потоком перекачиваемой жидкости, а элементы защитной гильзы газосепаратора, не подвергаемые интенсивному гидроабразивному износу при работе газосепаратора в скважине, выполняют из материалов с меньшей твердостью, чем интенсивно изнашиваемые элементы гильзы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивно изнашиваемые элементы защитной гильзы газосепаратора выполняют с твердым покрытием на внутренней поверхности.