Входное устройство скважинного насоса

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (я)5 F 04 0 13/12 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ! л (21) 48 7428/29 (22) 21.05.90 (46) 15.12,92, Бюл. М 46 (71) Татарский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.И.Чудин и В;И.Попов (73) Научно-производственное малое пред. приятие "Новые технологии эксплуатации скважин" (56) Авторское свидетельство СССР

М 1507956. кл. Е 21 В 43/00, 1987. . Авторское свидетельство СССР

М 1.585556. кл. F 04 D 13/12. 1988. (54) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО НАСОСА

„„533 1782294 А3

2.

O (57) Назначение: повышение надежности работы скважинного насоса при последовательном откачивании жидкостей разной плотности, Сущность изобретения: . входы

«аждого иэ двух подводящих патрубков входного устройства направлены в противоположные стороны по вертикали и расположены на разных уровнях и по разные стороны от соединительного приспособления, выполненного в виде трубки, имеющей. верхний и йижний 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.

1782294

Изобретение относится к насосострое нию, а йменно к насбсам 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 сепара тор, в котором отверстия в муфтовой колонне выполнены на двух уровнях, на муфтовой колонне размещено распределительное устройство, включающее два запорных элемейта 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 ограничителй перемещения запорных элементов. . Недостатками такого устройства являются низкая работоспособнoe i и надежкость, которая возникает из-за заклинивания пойлавка при его перемещении, особенно при ходе вниз, так как в нефтяной скважине, как правило, 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 предлагаемому входиЬму 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 ди5 . аметром, 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: повыше20 нию давления откачки; увеличению потребления энергии насосом; снижению надежности подъемных трубопроводов изза 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, Выcome затраты, возникающие из-за частой проблемы удаления тяжелой жидкости (воды) из шламонакопителя. Так как шламона30 копитель будет иметь ограниченный объем, 35 из-за ограниченного объема скважинного пространства (диаметр обсадной колонны не более 130 мм и максимальный возможный объем камеры шламонакопителя может быть не более1-2 мз). При самом минималь40 ном дебите скважины пб тяжелой жидкости (вода) 1 м /сут, т.е. тяжелую жидкость из шламонакопителя придется удалять каждые сутки, если это будет осуществлять подьемом скважиннай насосной установки, то

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

Таким образом, скважинная насосная установка не обеспечивает предотвраще50 ния образования высоковязкой эмульсии при откачке жидкостей (нефть и вода) с разной плотностью.

Целью изобретения является повышение надежности работы насоса путем пред55 отвращения образования эмульсии при последовательном откачивании жидкостей разной плотности.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом входном устройстве скважинного насоса, содержащем два подводя1782294 щих 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 5 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 - 10 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 15 входного патрубка для транспортирования жидкостей.

Однако, предлагаемая конструкция входного патрубка в новой совокупности существенных признаков приобретает новые 20 свойства,,выражающиеся в возможности периодического переключения отбора потоков жидкостей разной плотности, т.е. обеспечивает раздельную последовательную (поочередную) откачку легкой и тяжелой 25 жидкостей.

Последнее достигается за счет использования гравитационногс гидростатического взаимодействия столбов тяжелой и легкой жидкостей, принимающих опреде- 30 ленное расположение во входных патрубках, соединительном приспособлении и в скважинном пространстве, так, например, . смена откачки тяжелой жидкости на легкую происходит после достижения границей 35 раздела этих жидкостей в скважинном пространстве положения расположенного ниже 0-образного нижнего участка соединительного приспособления на расстояние 40

45 когда преодолевается гидравлическое сопротивление столбов тяжелой жидкости г трубке соединительного приспособления и во входном патрубке, вход которого направлен вниз, а также в скважинном простран- 50 стве, приводящее. к нарушению условия их . равновесия, где k — коэффициент запаса неравновесности столбов жидкостей (k = 1,1-1,6);

tlap,I — сумма потерь напора от пре- 55

I=1 одоления гидравлического сопротивления жидкостей разной плотности во входном устройстве; пм.l — сумма местных потерь напора

I =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 входного 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, вход 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 подвижных элементов повышают работоспособность 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 (cM. фиг.2 и 3) и такое же анало1782294

20

55 у гичное 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 по- лости трубки 8 соединительного приспособления 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 6, 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

p, — g h»p, — оь g(h> + hz), где.pp — гидростатическое давление от столба нефти 4 на границе раздела жидкостей 4 и5; рь — плотность воды 5;

g — 9,81 м /с;

h> — длина столба воды в трубке 8 соединительного приспособления;

hz — 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 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-образного участка 9 и затем открытого конца входного патрубка 6 (см. фиг.7), то равновесие 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 изтрубкисоединительного приспособления

8 и входного патрубка 6 (см. фиг.8). Насос 1 начинает вновь откачивать воду 5 через входной патрубок 7 — цикл повторяется.

Предлагаемое-входное устройство скважинного насоса испытывалось в стендовых 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

25 происходит стабильно, образование эмуль, сии не наблюдается.

Затем испытания, проводились в промысловых условиях. Откачивалась вязкая нефть (вязкость до 1,2 10 м /с) обводнив30 шейся скважины М 19693, эксплуатирующей Данково-Лебедянский горизонт, ПО

"Татнефть". В качестве насоса использовался плунжерный насос типа Н СН2-43-12-15 с приводом через колонну штанг, Входное устройство 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 межремонтный период(МРП) не превышающий 1 — 2 месяца, причиной столь низкого

MPll служили осложнения, возникающие вследствие образования по всей длине колойнй подъемных труб высоковязкой эмульсии, которая приводила к заклиниванию колонны насосных штанг. Вязкость эмульсии достигла 0,1 м /с (100000 сСт). Предлагаемое входное устройство скважинного насоса спущено в скважину в начале октября 1989 r 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 отсутствие вязкой эмульсии, Кроме того, отмечено, что количество попутно добываемой воды снизилось.

Применение предлагаемого входного устройства скважинного насоса для откачки жидкостей с разной плотностью из нефтя1782294

10 ной скважины позволит увеличить межремонтный период работы обводнившихся скважин, полностью предотвратить образование эмульсий при откачке обводненной нефти и одновременно производить волно- 5 вую обработку призабойной эоны пласта скважины в инфразвуковом диапазоне час- . тот, 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), снизить давление в трубопроводе при пере, качке добываемой продукции скважины, 15 тем самым уменьшить количество порывов трубопроводов и снизить загрязнение окружающей среды нефтью, агрессивной водой и газом, снизить затраты энергии при подьеме и транспорте продукции скважины, зна- 20 чительно сократить затраты при деэмульсации нефти.

Формула изобретения

8ходное устройство скважинного насоса, содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях, а выходы, через соединительное приспособление подсоединены к приемному патрубку насоса, о т л и ч а ю щ е е с я 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 сторойы 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.

1782294

Фиг. 6

/ l

Фиг. 7 - Фиг. 8

Составитель В.Чудин

Редактор

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 4290 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035,.Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101