скважинная насосная установка

Формула изобретения

Скважинная насосная установка, содержащая установленные в скважине на колонне труб погружной электродвигатель для привода насоса и установленный на колонне труб выше насоса клапан для перепуска откачиваемой из скважины среды с выхода насоса в затрубное пространство скважины через перепускное отверстие, отличающаяся тем, что клапан для перепуска выполнен в виде установленного соосно колонне труб с возможностью осевого перемещения относительно перепускного отверстия полого цилиндрического затвора, снабженного, как минимум, одним кольцевым уплотнительным элементом с режущей кромкой для взаимодействия последней с внутренней поверхностью колонны труб в зоне перемещения относительно перепускного отверстия полого цилиндрического затвора, соединенного посредством механической тяги с электроприводом, подключенным к устройству управления, снабженному, как минимум, одним датчиком давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинным насосным установкам, в частности к насосным установкам с использованием погружных электродвигателей, предназначенных для добычи из скважины жидких сред, например нефти.

При добыче из скважины жидких сред, если давление на входе ниже критического или уровень жидкости окажется ниже входа насоса, в насос может попасть значительное количество свободного газа, что приведет к срыву подачи насоса. Последнее возможно, когда подача насоса больше дебита скважины. Аналогичное происходит в случаях, когда перекрыт проход для перекачиваемой среды после выхода насоса (например, по причине запарафирования, наличия ледяной пробки, перекрытия запорной арматуры на выкидной линии), или когда давление на выходе насоса превышает давление, развиваемое насосом при его работе параллельно с другими насосами.

При этом подача насоса падает до нуля. Процесс срыва подачи является устойчивым и без принятия специальных мер переход установки на нормальный режим практически невозможен. Работа установки в режиме срыва подачи приводит, в первую очередь, к перегреву электродвигателя, насоса и кабеля подвода электроэнергии в районе насоса. Кроме того, отдельные узлы насоса будут работать в режиме сухого трения. Все это приводит к резкому снижению долговечности и надежности установки.

В настоящее время для защиты от срыва подачи при эксплуатации установок погружных центробежных электронасосов предусмотрено автоматическое отключение питания электродвигателя при его недогрузке или падению давления на устье скважины (признаки срыва подачи) и последующее включение. Однако этот прием не всегда обеспечивает надежную защиту от срыва подачи (от перегрева).

Известна скважинная насосная установка, в которой установлено устройство для устранения "газовой пробки", которое включает в себя трубопровод, соединяющий верхнюю часть насоса с его входом и узел типа обратного клапана, в котором запорный элемент (плунжер) выполняет одновременно роль золотника по отношению к входу указанного трубопровода (см. патент US №2219635, кл. 415-11, 1940).

При нормальной подаче плунжер поднимается и перекрывает вход в трубопровод. При снижении подачи ниже определенного уровня плунжер опускается и перекрывает выход насоса, и открывает вход в перепускной трубопровод из полости за обратным клапаном. В результате газожидкостная смесь поступает из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) на вход насоса. Насос в это время продолжает работать в безрасходном режиме - режиме срыва подачи. Следовательно, поступающая из НКТ на его вход смесь будет выходить в затрубное пространство. Выход насоса из состояния срыва подачи будет происходить за счет снижения перепада давления подпора на выходе насоса и его входе по причине повышения уровня жидкости в затрубном пространстве и снижения его в НКТ при перетекании ее из НКТ в затрубное пространство, а также повышения давления на выходе непосредственно за счет подачи смеси через перепускной трубопровод. Однако последняя составляющая не будет оказывать определяющего влияния по причине недостаточно больших расходов через перепускной трубопровод. Поэтому насос будет работать длительное время в режиме срыва подачи, прежде чем будет достигнуто соотношение давлений на выходе и входе насоса, при котором он выйдет из состояния срыва подачи. Недостатком этого устройства является также то, что при выключении установки жидкость из колонны НКТ будет вытекать через перепускное отверстие.

Известна скважинная насосная установка, содержащая погружной центробежный электронасос с обратным клапаном для перепуска после выхода насоса газожидкостной смеси через перепускной клапан в затрубное пространство при наступлении срыва подачи, причем забор смеси осуществляется до обратного клапана (см. авторское свидетельство SU № 1147854, кл. F04D 13/10, 30.03.1985).

Однако при работе данной скважинной насосной установки в процессе перепуска будет отсутствовать принудительное охлаждение электродвигателя, т.к. смесь движется с выхода насоса на его вход, не омывая электродвигатель. При длительной работе установки в режиме перепуска, что может иметь место при неустраняемых причинах срыва подачи, например, когда давление в системе выше, чем на выходе насоса, это будет приводить к перегреву и последующему отказу электродвигателя.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка, содержащая установленные в скважине на колонне труб погружной электродвигатель для привода насоса и установленный на колонне труб выше насоса клапан для перепуска откачиваемой из скважины среды с выхода насоса в затрубное пространство скважины через перепускное отверстие (см. патент RU №2102633, кл. F04D 13/10, 20.01.1998).

В данной скважинной насосной установке перепуск смеси с выхода насоса осуществляется в затрубное пространство в районе расположения электродвигателя или ниже его, что дает возможность обеспечить принудительное охлаждение электродвигателя при работе ее в режиме перепуска и снижения потерь подачи в режиме подъема смеси. Однако конструкция клапана для перепуска не обеспечивает надежной работы установки в случае отложения на стенках клапана парафина и других отложений.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание скважинной насосной установки, которая обеспечивала бы удаление отложений в зоне расположения клапана для перепуска откачиваемой из скважины среды.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение надежности работы скважинной насосной установки.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что скважинная насосная установка содержит установленные в скважине на колонне труб погружной электродвигатель для привода насоса и установленный на колонне труб выше насоса клапан для перепуска откачиваемой из скважины среды с выхода насоса в затрубное пространство скважины через перепускное отверстие, при этом клапан для перепуска выполнен в виде установленного соосно колонне труб с возможностью осевого перемещения относительно перепускного отверстия полого цилиндрического затвора, снабженного, как минимум, одним кольцевым уплотнительным элементом с режущей кромкой для взаимодействия последней с внутренней поверхностью колонны труб в зоне перемещения относительно перепускного отверстия полого цилиндрического затвора, соединенного посредством механической тяги с электроприводом, подключенным к устройству управления, снабженному, как минимум, одним датчиком давления.

В ходе анализа различного рода скважинных насосных установок была выявлена возможность обеспечить перепуск откачиваемой из скважины среды с выхода насоса в затрубное пространство скважины, например, в случае, когда подача насоса больше дебита скважины, даже в том случае, если в клапане перепуска на его стенках накопились отложения, которые препятствуют перемещению затвора клапана. Для этого затвор клапана посредством механической тяги соединен с электроприводом, мощность которого подобрана исходя из особенностей перекачиваемой скважинной насосной установкой среды, а следовательно, с учетом возможных отложений на стенках клапана для перепуска в зоне перемещения затвора. При этом для снижения нагрузки на электропривод затвора последний выполнен с, как минимум, одним кольцевым уплотнительным элементом с режущей кромкой, которая срезает слой отложений с внутренней поверхности колонны труб в зоне перемещения затвора. В то же время подключение электропривода затвора к устройству управления, снабженному, как минимум, одним датчиком, обеспечивает быстрое срабатывание клапана перепуска, предотвращая тем самым перегрев погружного электродвигателя насосной установки. В случае выполнения устройства управления с одним датчиком, последний предназначен для измерения разницы давления между давлением в колонне труб и в затрубном пространстве колонны труб. Если датчиков больше одного, например два датчика, то один датчик измеряет давление в затрубном пространстве колонны труб, а другой - в напорной трубе насоса. Датчик давления может быть установлен в месте измерения давления либо в герметичном отсеке вместе с блоком управления и иметь связь с внутренней полостью колонны труб и затрубным пространством колонны труб посредством герметичных трубок. В любом случае достигается точное срабатывание клапана перепуска при нарушении режима работы скважинной насосной установки.

На чертеже представлен продольный разрез скважинной насосной установки.

Скважинная насосная установка содержит установленные в скважине на колонне труб 1 погружной электродвигатель 2 для привода насоса 3 и установленный на колонне труб 1 выше насоса 3 клапан 4 для перепуска откачиваемой из скважины среды с выхода насоса 3 в затрубное пространство скважины через перепускное отверстие 5. Клапан 4 для перепуска выполнен в виде установленного соосно колонне труб 1 с возможностью осевого перемещения относительно перепускного отверстия 5 полого цилиндрического затвора 6, снабженного, как минимум, одним кольцевым уплотнительным элементом 7 с режущей кромкой для взаимодействия последней с внутренней поверхностью колонны труб 1 в зоне перемещения относительно перепускного отверстия 5 полого цилиндрического затвора 6, соединенного посредством механической тяги 8 с электроприводом 9, подключенным к устройству управления 10, снабженному, как минимум, одним датчиком давления 11.

В обычном режиме работы скважинной насосной установки цилиндрический затвор 6 перекрывает перепускное отверстие 5 (может быть выполнено несколько перепускных отверстий 5). Насосом 3 откачиваемая из скважины жидкая среда по колонне труб 1 через клапан 4 перепуска подается на поверхность. При падении уровня откачиваемой из скважины жидкой среды ниже допустимого уровня, например когда подача насоса 3 больше дебита скважины, разница давления между давлением в колонне труб 1 выше насоса 3 и в затрубном пространстве скважины превышает допустимую величину, что фиксируется датчиками 11 давления. В результате, устройство управления 10 запускает электропривод 9, что вызывает перемещение цилиндрического затвора 6 и сообщение внутреннего пространства колонны труб 1 с ее затрубным пространством. Как результат, часть подаваемой насосом 3 из скважины жидкой среды начинает поступать в затрубное пространство, что приводит к повышению давления в затрубном пространстве и снижению разницы давления между давлением в колонне труб и в затрубном пространстве. При достижении заданной величины разницы указанных выше давлений по команде устройства управления 10 цилиндрический затвор 6 перемещается и перекрывает перепускное отверстие 5.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для обеспечения надежной работы скважинных насосных установок.