Snarev / Устройство для защиты УЭЦН от механических примесей

Снарев А.И., Опарин В.Б., Солошенко С.В.,Тетиков А.Ю. Устройство для защиты УЭЦН от механических примесей

Как известно защита УЭЦН от механических примесей приобретает все большую актуальность, особенно в связи с широким применением гидроразрыва пластов и последующей интенсификацией добычи нефти. Как правило добыча нефти сопровождается наличием в продукции высокого газового фактора, который необходимо учитывать при разработке любой конструкции, предназначенной для добычи нефти из скважин установками погружных электроцентробежных насосов(УЭЦН).

Известен комплект противополетного оборудования (ППО) фирмы «Гайберсон» с песочным якорем, применяемый в НГДУ «Арланнефть» [1]. Песочный якорь изготавливается из НКТ диаметрами 76 и 89 мм, имеет фильтр с отверстиями 3мм и накопитель, длина которого рассчитывается в зависимости от концентрации песка в добываемой продукции и желаемого межремонтного периода. Сборка ППО «Гайберсон» и песочного якоря устанавливается на расчетной глубине на пакере(30-40м ниже зоны подвески УЭЦН), разобщая пласт и УЭЦН. Продукция скважины поступает в песочный якорь через отверстия фильтра, песок оседает в накопителе, пластовая жидкость через клапан-отсекатель поступает в насос.

Сборка ППО, как пишет автор, показала неплохие результаты на двух скважинах при отделении механических примесей концентрации 0,181г/л и 0,154г/л при значительном межремонтном периоде.

Недостатком данной сборки ППО «Гайберсон» является возможное скапливание газа под пакером, прорыв его через фильтр песочного якоря на прием насоса в больших количествах и срыв подачи ЭЦН. Кроме того, отсутствует очищение фильтра, что является причиной сокращения межремонтного периода, а концентрация отделяемых механических примесей невелика (менее 0,2г/л).

Другой известной конструкцией является погружная электроцентробежная насосная установка[2] (патент RU 2382237 от 04.06.2008г.,опубликован 04.06.2010г.), содержащая центробежный насос, электродвигатель, расположенные в кожухе, а также клапанный узел, каркасно-проволочный фильтр и накопитель. Каркасно-проволочный фильтр представлен несущим стержнем, трубным каркасом и оболочкой фильтра, причем трубный каркас имеет продольные щели, а на наружной поверхности нарезана треугольная резьба. Оболочка фильтра выполнена из проволоки треугольного профиля, между витками которой имеются щели, расширяющиеся внутрь конструкции.

Недостатком данного изобретения является неэффективное отделение песка без использования изменения векторов скоростей движения жидкости и неудачная конструкция накопителя и клапанного узла.

Кроме того в установке не предусмотрено отделение газа, который практически всегда присутствует в добываемой жидкости. Жидкость с мелкими фракциями песка, пройдя каркасно-проволочный фильтр и продольные щели в корпусе, прямиком отправится в трубу, в кожух и на прием насоса без отделения песка. Те крупные частички песка, которые задержатся каркасно-проволочным фильтром, будут вновь и вновь поступать и накапливаться снаружи фильтра, пока окончательно не перекроют все отверстия. И тогда откроются клапаны в клапанном узле, через которые будут беспрепятственно поступать в насос все фракции песка, что быстро выведет насос из строя.

Накопитель имеет фланцевое соединение(сужение), на котором будут оседать те немногие песчинки, которые не будут захвачены потоком жидкости и не попадут на прием насоса. И лишь когда их накопится достаточное количество(критический угол), они начнут проваливаться под собственным весом через фланец в накопитель.

Задачами предлагаемого авторами устройства являются предотвращение износа насоса и защита его от попадания механических примесей и газа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании данного устройства, является повышение межремонтного периода работы оборудования, более эффективное охлаждение всех нагревающихся частей погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости и отвод попутного газа в затрубное пространство, минуя прием насоса.

Технический результат достигается за счет создания электроцентробежной погружной установки, состоящей из насоса, протектора, электродвигателя, кожуха, накопителя и фильтра с отверстиями, причем фильтр внутри имеет всасывающую трубу, расширяющуюся книзу, подвижную пружину с кольцевой крышкой, расположенную внутри или снаружи фильтра, а в нижней части фильтра установлен шламоуловитель.

Технический результат достигается за счет того, что электроцентробежная погружная установка (фиг.1)содержит насос 1 с приемной сеткой 2, протектор 3, электродвигатель 4, кожух 5, фильтр 6 с всасывающей трубой 13, песконакопитель 7, переводные муфты 10и 14, колонну НКТ 11. Кожух 5 изготовлен из одной или нескольких труб соответствующего размера, вверху соединен с колонной НКТ переводной муфтой 10, внизу- муфтой 14 с фильтром 6, с подвижной пружиной 9, установленной внутри или снаружи фильтра 6.

Подвижная пружина 9 в верхней части имеет кольцевую крышку 8, перекрывающую кольцевое пространство фильтра. В нижней части подвижная пружина 9 прикреплена к внутренней или наружной части корпуса фильтра 6. Выше кольцевой крышки 8 в корпусе фильтра имеются отверстия большего диаметра. Ниже кольцевой крышки 8 в основной части корпуса фильтра 6 имеются отверстия равные удвоенному среднему размеру выносимого песка или проппанта. Снаружи фильтра 6 может быть установлен шламоуловитель 12.

Количество отверстий в фильтре n определяется из дебита скважины Q по соотношениям:

; ;

где V скорость движения жидкости через отверстия фильтра 6;

k-коэффициент , учитывающий содержание газа;

f- площадь сечения одного отверстия.

Устройство направлено на повышение межремонтного периода работы установки ЭЦН при добыче жидкости с высоким содержанием мехпримесей и газа, в том числе и после гидроразрыва пласта, путем отделения на первом этапе наиболее крупной составляющей песка в фильтре 6 и сброса его в шламоуловитель 12,на втором этапе улавливание мелких фракций песка в песконакопитель 7 и на третьем этапе- улавливание оставшихся частиц над переводной муфтой 14.

Кроме того в предлагаемом устройстве предусмотрено отделение и отвод свободного газа через верхние отверстия фильтра 6.

Предлагаемая электроцентробежная погружная установка работает следующим образом: жидкость с песком поступает через фильтр 6. Наиболее крупные частицы песка (или проппанта) будут задерживаться фильтром 6 и под собственным весом оседать в шламоуловителе 12. Более мелкие фракции песка будут проникать во внутрь фильтра 6 и вместе с жидкостью двигаться вниз, ускоряясь в месте расширения внутренней всасывающей трубы 13. За счет высокой скорости и массы частицы будут проскакивать вниз в песконакопитель 7, который может состоять из нескольких труб, а жидкость в центральной части трубы 13 изменит вектор движения на противоположный. Скорость восходящего потока будет в несколько раз ниже нисходящего за счет увеличения сечения внутреннего канала расширения трубы13, что обеспечит эффективное отделение жидкости от песка. Остаточный песок будет отделен в районе переводной муфты 14 за счет резкого изменения вектора скорости движения жидкости. Затем очищенная жидкость поступит в кожух 5,охлаждая электродвигатель, и в приемную сетку 2 насоса 1.

В случае забивания отверстий фильтра 6, разряжение внутри фильтра 6 увеличится и тогда жидкость начнет поступать через верхние (крупные) отверстия фильтра 6, сжимая (разжимая) подвижную пружину 9 с кольцевой крышкой 8. Кольца подвижной пружины начнут выдавливать и сбивать застрявшие частички песка, освобождая отверстия фильтра.

Попадающий в фильтр свободный газ будет скапливаться под кольцевой крышкой 8 подвижной пружины 9,способствуя ее колебанию, и отводиться через верхние отверстия фильтра в межтрубное пространство.

Длина и объем песконакопителя 7 и шламоуловителя 12 рассчитываются в зависимости от типоразмера применяемых труб, концентрации песка в добываемой продукции и необходимого межремонтного периода. Как показывают расчеты применение песконакопителя из 10 труб 127х6,5 обеспечивает непрерывную работу установки в течение шести месяцев при концентрации песка 0,2 г/л. На данное устройство авторами подана заявка на изобретение.

Литература.

1.НТЖ «Нефтяное хозяйство» №4,2002г.с.63.

2.Патент RU 2382237,04.06.2008г.

3.А.Н.Адонин.Добыча нефти штанговыми насосами. М:. «Недра»1979,213с.

6