Входное устройство скважинного насоса Советский патент 1992 года по МПК F04D13/12 

Фил 4

Изобретение относится к насосострое- нию, а Именно к насосам для поочередного подъема нефти и воды из скважины.

Известно устройство для эксплуатации обводняющейся скважины, содержащее обсадную колонну, муфтовую колонну с отверстиями и расположенный между обсадной и муфтовой колоннами подземный сепаратор, в котором отверстия в муфтовой колонне выполнены на двух уровнях, на муфтовой колонне размещено распределительное устройство, включающее два запорных эле- мегТта для поочередного перекрытия отверстий соответствующих уровней, установленных с возможностью перемещения по муфтовой колонне и жестко связанных тягой, привод запорных элементов в виде поплавка, имеющего положительную плавучесть в воде и отрицательную в нефти, установленного с возможностью свободного перемещения между запорными элементами и поочередного взаимодействия с запорными элементами. Кроме того, на муфтовой колонне установлены ограничители перемещения запорных элементов.

Недостатками такого устройства являются низкая работоспособность и надежность, которая возникает из-за заклинивания поплавка при его перемещении, особенно при ходе вниз, так как в нефтяной скважине, как правиле), поверхность обсадной колонны покрыта слоем парафина, что уменьшает проходное сечение поплавка, а также причиной заклинивания будут служить асфальтосмолопарафиновые отложения на поверхности поплавка, хвостовика и запорных элементов, возникающие в процессе эксплуатации, а также наклонность ствола скважины, сложность конструкции устройства, которая ограничивает применение устройства с длиной хода поплавка более 10-20 м; ненадежность устройства дополняет большое количество подвижных элементов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаембму входнЬму устройству скважинного насоса является скважинная насосная установка, содержащая фильтр, погружной насос с камерой всасывания, смонтированный под насосом гидроциклон с отводящим патрубком, сообщенным с камерой всасывания насоса, и тангенциальными входными патрубками, и приспособление для забора жидкости в скважине с различной глубины перед подачей в насос, в котором приспособление для забора жидкости выполнено в виде по крайней мере двух заборных трубок разной длины, установленных вдоль оси скважины, причем выходной конец каждой из трубок

подсоединен к одному из входных патрубков гидроциклона, а входной размещен в зоне фильтра скважины. Кроме того, заборная трубка большей длины выполнена с диаметром, превышающим диаметр трубки меньшей длины, а также входной патрубок гидроциклона, к которому подсоединена заборная трубка большей длины, выполнен с площадью поперечного сечения, превышающей площадь поперечного сечения одноименного патрубка, к которому подсоединена заборная трубка меньшей длины.

Недостатками этой скважинной насосной установки являются.

Для первого варианта компоновки. Образование высоковязкой эмульсии при откачке легкой нефти и тяжелой воды, что приведет к таким осложнениям: повышению давления откачки; увеличению потреб- ления энергии насосом; снижению надежности подъемных трубопроводов из- за роста давления; увеличению затрат на деэмульсацию нефти на пункте ее сбора.

Это произойдет по следующей причине: через насос проходит легкая жидкость (нефть), но сразу же за насосом она смещается с тяжелой (образуется эмульсия), которая подается гидроэлеватором из гидроциклона.

Для второго варианта компоновки. Высокие затраты, возникающие из-за частой проблемы удаления тяжелой жидкости (воды) из шламонакопителя. Так как шламона- копитель будет иметь ограниченный объем,

из-за ограниченного объема скважинного пространства (диаметр обсадной колонны не более 130 мм и максимальный возможный объем камеры шламонакопителя может быть не более 1-2 м3). При самом минимальном дебите скважины пб тяжелой жидкости (вода) 1 м3/сут, т.е. тяжелую жидкость из шламонакопителя придется удалять каждые сутки, если это будет осуществлять подъемом скважинной насосной установки, то

стоимость одного подъема оборудования из нефтяной скважины с глубины 1500-1700 м составит до 6000 руб.

Таким образом, скважинная насосная установка не обеспечивает предотвращения образования высоковязкой эмульсии при откачке жидкостей (нефть и вода) с разной плотностью.

Целью изобретения является повышение надежности работы насоса путем предотвращения образования эмульсии при последовательном откачивании жидкостей разной плотности.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом входном устройстве сква жинного насоса, содержащем два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы через соединительное приспособление подсоединены к приемному патрубку насоса, новым является то, что входы патрубков направлены в противоположные стороны по вертикали и расположены по разные стороны от соединительного приспособления, а последнее выполнено в виде трубки, имеющей нижний и верхний U -образные участки и подсоеди- нено к приемному патрубку насоса в верхней части верхнего U - образного участка.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в технике широко известно применение входного патрубка для транспортирования жидкостей.

Однако, предлагаемая конструкция входного патрубка в новой совокупности существенных признаков приобретает новые свойства, выражающиеся в возможности периодического переключения отбора потоков жидкостей разной плотности, т.е. обеспечивает раздельную последовательную (поочередную) откачку легкой и тяжелой жидкостей.

Последнее достигается за счет использования гравитационного гидростатического взаимодействия столбов тяжелой и легкой жидкостей, принимающих опреде- ленное расположение во входных патрубках, соединительном приспособлении и в скважинном пространстве, так, например, смена откачки тяжелой жидкости на легкую происходит после достижения границей раздела этих жидкостей в скважинном пространстве положения расположенного ниже U-образного нижнего участка соединительного приспособления на расстояние

& Птр.1+5 Пм.|),

(2 птр.|+ 1 1 .1 1

когда преодолевается гидравлическое сопротивление столбов тяжелой жидкости г трубке соединительного приспособления и во входном патрубке, вход которого направлен вниз, а также в скважинном пространстве, приводящее к нарушению условия их равновесия,

где к - коэффициент запаса неравновесности столбов жидкостей (к 1,1-1,6);

Л hrp.i - сумма потерь напора от пре- i 1

одоления гидравлического сопротивления жидкостей разной плотности во входном устройстве;

5 10

15

0 5

0 5 0

5

0

5

А hM.i - сумма местных потерь напора

1 1

от преодоления гидравлических сопротивлений во входном устройстве. Смена откачки с легкой жидкости на тяжелую происходит после достижения границей раздела жидкостей разной плотности в скважинном пространстве открытого входа входного1 патрубка, расположенного выше верхнего U - образного участка соединительного приспособления на расстояние I, когда преодолевается гидравлическое сопротивление столбов легкой жидкости в трубке соединительного приспособления и входном патрубке, вх од которого направлен вверх и тяжелой жидкости во входном патрубке, вход которого направлен вниз, а также в скважинном пространстве, приводящее к нарушению их условия равновесия.

Осуществляемые функции входным устройством повышают эффективность работы насоса, предотвращают образование вязкой эмульсии, а также отсутствие подвижныхэлементовповышаютработоспособность и надежность входного устройства и упрощают его конструкцию.

На фиг. 1-8 показано входное устройство скважинного насоса и циклы его работы.

Насос 1 подвешен на колонне лифтовых труб 2 в нефтяной скважине 3, в которой находится нефть 4 и вода 5 поступающая в скважину 3 из продуктивного пласта П через перфорационные каналы (на чертежах не показаны). Насос 1 содержит входное устройство, последний состоит из двух входных патрубков 6 и 7, открытые концы входов которых направлены в противоположные стороны по вертикали и расположены по разные стороны от соединительного приспособления, последнее выполнено в виде трубки 8 имеющей верхний 9 и нижний 10 U-образный участки и подсоединено к приемному патрубку насоса в верхней части верхнего U-образного участка 9.

Входное устройство скважинного насоса работает следующим образом.

Поступающая в скважину 3 жидкость разделяется на нефть 4 и воду 5. Например, если граница раздела жидкостей разной плотности 4 и 5 (см. фиг.1) в скважине 3 находится выше открытого входа патрубка 6, то насос 1 будет откачивать воду 5, последняя поступает в него через входные патрубки 6 и 7. Так как производительность насоса 1 выбирается равной сумме притоков нефти 4 и воды 5 в скважину 3, то граница раздела фаз жидкостей 4 и 5 в скважине 3 снижается (см. фиг.2 и 3) и такое же зналогичное снижение границы раздела жидкостей разной плотности 4 и 5 происходит в полости входного патрубка 6, т.к. входные патрубки 6,7 и трубка соединительного приспособления 8 между собой гидравлически сообщены. Как только граница раздела жидкостей 4 и 5 в скважине 3 достигает нижнего U-образного участка 10 (см. фиг.4), то в полости трубки 8 соединительного приспособ- ления она начнет смещаться в противоположную сторону от движения границы раздела жидкостей разной плотности 4 и 5 в скважине 3 - появляется разность длин столбов тяжелой жидкости - (воды 5) в полостях трубки 8 соединительного приспособления и во входном патрубке 7, что постепенно приводит к нарушению равновесия столбов жидкостей разной плотности (нефть и вода) 4 и 5 во входных патрубках б, 7 и трубке 8 соединительного приспособления, а также в скважине 3. В верхнем U-образном участке 9 неравенство давлений от длин столбов воды в трубке 8 и входном патрубке 7 будет следующим

ро -рь д hi po -ръ g(hi + ha), где ро гидростатическое давление от столба нефти 4 на границе раздела жидкостей 4 и 5;

рь - плотность воды 5;

д-9,81м2/с;

hi - длина столба воды в трубке 8 соединительного приспособления;

Ьз - прирост длины стоба воды 5 во входном патрубке 7 до границы раздела жидкостей 4 и 5 в скважине 3. И как только разность давлений в правой и левой частях неравенства превысит гидравлическое сопротивление жидкостей, т.е. граница раздела жидкостей 4 и 5 опустится от нижнего U-образного участка на величину

+ Ј hM.l) , I 1

нарушится условие равновесия столбов жидкостей и из трубки соединительного приспособления 8 вода перетечет во входной патрубок 7 и в скважинное пространство увлекая за собой легкую жидкость - нефть 4, последняя занимает ее место (см. фиг.5). Условия равновесия столбов жидкостей разной плотности во входных патрубках 6, 7 и трубе соединительного приспособления 8, а также в скважине 3 восстанавливается. Насос 1 начинает откачивать из скважины 3 нефть 5, последняя поступает в насос 1 через входной патрубок 6. В силу того, как уже упоминалось, что производительность насоса 1 больше притока нефти 5, то граница раздела жидкостей 4 и 5 будет смещаться в скважине 3 в сторону насоса (см. фиг.5,6). Аналогичное смещение границы раздела жидкостей 4 и 5

происходит и в полости входного патрубка

7. Как только граница раздела жидкостей 4

и 5 в скважине 3 достигает верхнего U-об1 разного участка 9 и затем открытого конца

входного патрубка 6 (см. фиг.7), то равнове0 сие столбов нефти 4 во входном патрубке 6 и трубке соединительного приспособления 8 и в скважине 3 нарушится и вода 5, как более тяжелая жидкость вытеснит нефть 5 изтрубки соединительного приспособления

5 8 и входного патрубка б (см. фиг.8). Насос 1 начинает вновь откачивать воду 5 через входной патрубок 7 - цикл повторяется.

Предлагаемое входное устройство сква- жинного насоса испытывалось в стендовых

0 условиях, где с помощью его производили откачку дизельной фракции и технической воды. Результаты испытаний в стендовых условиях показали, что чередование откачиваемых жидкостей с разной плотностью

5 происходит стабильно, образование эмуль- , сии не наблюдается.

Затем испытания, проводились в промысловых условиях. Откачивалась вязкая нефть (вязкость до 1,2 м2/с) обводнив0 шейся скважины Ms 19693, эксплуатирующей Данково-Лебедянский горизонт, ПО Татнефть. В качестве насоса использовался плунжерный насос типа НСН2-43-12-15 с приводом через колонну штанг. Входное ус5 тройство скомпоновано из труб с условным проходом 26 мм и наружным диаметром 32 мм. Длина входного устройства - 70 метров. До спуска и эксплуатации предлагаемого входного устройства скважина имела

0 межремонтный период (МРП) не превышающий 1-2 месяца, причиной столь низкого МРП служили осложнения, возникающие вследствие образования по всей длине колонны подъемных труб высоковязкой эмуль5 сии, которая приводила к заклиниванию колонны насосных штанг. Вязкость эмульсии достигла 0,1 м2/с (100000 сСт). Предлагаемое входное устройство скважинного насоса спущено в скважину в начале октяб0 ря 1989 г и на протяжении 6 месяцев его работы осложнений не произошло. Отбор проб поднимаемой жидкости на устье скважины показывает, что наблюдается четкое чередование порций воды и нефти и отсут5 ствие вязкой эмульсии. Кроме того, отмечено, что количество попутно добываемой воды снизилось.

9 Применение предлагаемого входного устройства скважинного насоса для откачки жидкостей с разной плотностью из нефтяной скважины позволит увеличить межремонтный период работы обводнившихся скважин, полностью предотвратить образование эмульсий при откачке обводненной нефти и одновременно производить волно- 5 вую обработку призабойной зоны пласта. скважины в инфразвуковом диапазоне частот, повысить коррозионную стойкость трубопроводов (предохранение трубопровода от коррозии происходит вследствие нанесе- 10 ния защитной нефтяной пленки на внутреннюю поверхность трубы при прохождении порции нефти - эффект ингибирования), низить давление в трубопроводе при пере- качке добываемой продукции скважины, 15 ем самым уменьшить количество порывов рубопроводов и снизить загрязнение окружающей среды нефтью, агрессивной водой и газом, снизить затраты энергии при подъеме и транспорте продукции скважины, зна- 20

чительно сократить затраты при деэмульса- ции нефти.

Формула изобретения Входное устройство скважинного насоса, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы, через соединительное приспособление подсоединены к приемному патрубку насоса, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе насоса путем предотвращения образования эмульсии при последовательном откачивании жидкостей разной плотности, входы патрубков направлены в противоположные стороны по вертикали и расположены по разные стороны от соединительного приспособления, а последнее выполнено в виде трубки, имеющей нижний и верхний U-образные участки, и подсоединено к приемному патрубку насоса в верхней части верхнего U-образного участка.

Назначение: поЁышение надежности работы скважинного насоса при последовательном откачивании жидкостей разной плотности. Сущность изобретения: входы каждого из двух подводящих патрубков входного устройства направлены в противоположные стороны по вертикали и расположены на разных уровнях и по разные стороны от соединительногоv приспособления, выполненного в виде трубки, имеющей верхний и нижний U-образные участки 9 и 10 соответственно, и подсоединенного к приемному патрубку насоса 1 в верхней части верхнего U-образного участка 9. При использовании устройства не образуется эмульсия откачиваемых жидкостей. 8 ил.

Фиг.1

Фиг. 2

фиг.З

Фиг. 5

ГДЕ

ZЈ

Х-

х-1

з

мм

4

Z2

I

8

х-5

Фиг. 6