RU128259U1

RU128259U1 - SCREW PUMP INSTALLATION

Info

Publication number: RU128259U1
Application number: RU2012149542/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Павленко; Матвей Яковлевич Гинзбург; Вадим Петрович Сухотёплый; Олег Ильич Усачев; Сергей Павлович Линченко; Сергей Владимирович Хрунин
Original assignee: Владимир Иванович Павленко; Матвей Яковлевич Гинзбург; Вадим Петрович Сухотёплый; Олег Ильич Усачев; Сергей Павлович Линченко; Сергей Владимирович Хрунин
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-05-20

Abstract

Погружная установка винтового насоса, включающая электродвигатель с нижним выходом вала, кабельную линию, гидрозащиту, винтовой насос, узел подвеса насоса, размещенный ниже электродвигателя и соединенный с ротором винтового насоса торсионом, отличающаяся тем, что погружная установка винтового насоса дополнительно снабжена нижним и верхним перепускными модулями для входа и выхода пластовой жидкости, а также нижним и верхним пакерами, ограничивающими кольцевую полость для протока пластовой жидкости, образованную между верхним перепускным модулем, компенсатором гидрозащиты, электродвигателем, модулем уплотнения гидрозащиты, узлом подвески насоса и нижним перепускным модулем с наружной стороны и обсадной колонной с внутренней стороны.Submersible screw pump installation, including an electric motor with lower shaft output, cable line, hydraulic protection, screw pump, pump suspension assembly located below the electric motor and connected to the rotor of the screw pump by a torsion bar, characterized in that the submersible screw pump installation is additionally equipped with lower and upper bypass modules for the inlet and outlet of the formation fluid, as well as the lower and upper packers, limiting the annular cavity for the flow of formation fluid formed between the upper bypass nym module compensator seal section, an electric motor, the seal section module seal, the pump assembly and the lower suspension bypass module on the outer side and the casing on the inside.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.FIELD OF TECHNOLOGY.

Полезная модель относится к технике добычи нефти, а именно у погружным насосным установкам с приводом от погружного электродвигателя, и может быть использована в нефтедобывающих отраслях промышленности при подъеме пластовых жидкостей с большой глубины.The utility model relates to oil production techniques, namely, to submersible pumping units driven by a submersible electric motor, and can be used in oil-producing industries when lifting formation fluids from great depths.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Известно устройство скважинного штангового винтового насоса с поверхностным приводом [Нефтепромысловое оборудование. Под общ. ред. В.Н.Ивановского. Учеб. Для ВУЗов. - М.: «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006. - 720 с.: ил. стр.476]; [Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Одновинтовые гидравлические машины: В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - 2005. - T.1 Одновинтовые насосы. - 488 с. Стр.60]; [А.Р.Брот. Установки винтовых насосов как способ эксплуатации малодебитных скважин. Инженерная практика №7 2010 г. стр.111]; [А.Р.Брот, Ю.В.Николаев. Винтовые насосы. Нефтегазовая вертикаль №12 2009 г.].A device is known for a borehole sucker-rod screw pump with a surface drive [Oilfield equipment. Under the total. ed. V.N.Ivanovskogo. Textbook For high schools. - M.: TsentrLitNefteGaz 2006. - 720 p .: ill. p. 476]; [D.F. Baldenko, F.D. Baldenko, A.N. Gnoev. Single-screw hydraulic machines: In 2 tons. - M .: IRC Gazprom LLC. - 2005. - T.1 Single screw pumps. - 488 p. Page 60]; [A.R. Brot. Screw pump installations as a way of operating low-yield wells. Engineering Practice No. 7 of 2010, p. 111]; [A.R. Brot, Yu.V. Nikolayev. Screw pumps. Oil and gas vertical No. 12 of 2009].

В известном устройстве скважинного погружного насоса с поверхностным приводом винтовой насос подвешен в скважине на колонне насосно-компрессорных труб, ротор насоса приводится во вращение посредством штанг, соединенных с установленным на поверхности электродвигателем.In a known surface-driven submersible borehole pump device, a screw pump is suspended in a borehole on a tubing string, and the pump rotor is rotated by rods connected to a surface mounted electric motor.

Недостатком известного устройства является недолговечность штанг при использовании в глубоких или кривых скважинах. Трение вращающихся штанг по внутренним поверхностям насосно-компрессорных труб приводит к износу, обрыву, отвороту штанг и к износу насосно-компрессорных труб с потерей их герметичности.A disadvantage of the known device is the fragility of the rods when used in deep or curved wells. The friction of the rotating rods on the inner surfaces of the tubing leads to wear, breakage, flap of the rods and to the wear of the tubing with a loss of tightness.

Известна, также, установка погружного привода винтового насоса с опорным узлом [Д.Ф.Балденко, Ф.Д.Балденко, А.Н.Гноевых. Одновинтовые гидравлические машины: В 2 т. - М.: ООО «ИРЦ Газпром». - 2005. - T.1 Одновинтовые насосы. - 488 с. Стр.58]; [Патент RU №2375604. Опорный узел погружной одновинтовой насосной установки].It is also known to install a submersible drive of a screw pump with a support unit [D.F. Baldenko, F.D. Baldenko, A.N. Gnoyev. Single-screw hydraulic machines: In 2 tons. - M .: IRC Gazprom LLC. - 2005. - T.1 Single screw pumps. - 488 p. Page 58]; [Patent RU No. 2375604. Basic assembly of a submersible single-screw pump unit].

Установка состоит из (снизу-вверх) электродвигателя, гидрозащиты, опорного узла, корпуса приемного модуля с гибким валом и однопоточного винтового насоса.The installation consists of (from bottom to top) an electric motor, hydraulic protection, a support unit, a housing of a receiving module with a flexible shaft and a single-flow screw pump.

Недостатком известного устройства с погружным приводом является возможность потери продольной устойчивости ротора насоса и гибкого приводного вала под действием осевых нагрузок в условиях эксплуатации установки с значительными напорами. Как следствие, изгиб ротора винтового насоса и повышенный износ эластомера, а также, слом гибкого приводного вала, подверженного одновременному воздействию крутящего момента, сжимающих осевых сил и знакопеременного изгибающего момента.A disadvantage of the known device with submersible drive is the possibility of losing longitudinal stability of the pump rotor and the flexible drive shaft under the action of axial loads in the conditions of operation of the installation with significant pressure. As a result, the rotor of the rotor of the screw pump and increased wear of the elastomer, as well as the scrapping of the flexible drive shaft, is subject to simultaneous effects of torque, compressive axial forces and alternating bending moment.

Наиболее близким по своей сути является подвесная электрическая погружная винтовая насосная система [Патент RU №2395004. Подвесная электрическая погружная винтовая насосная система]. Система состоит из верхнего соединителя, предохранителя, направляющего жидкость рукава, приводного механизма, муфты соединения валов, первой кольцевой полости, второй кольцевой полости, третьей кольцевой полости, четвертой кольцевой полости и отверстия выхода пластовой жидкости. Первая кольцевая полость, вторая кольцевая полость, третья кольцевая полость, четвертая кольцевая полость и отверстие выхода жидкости в должном порядке соединены с трубопроводом выкачивания пластовой жидкости скважин. Электропроводящая система состоит из подводящего провода, электродвигателя, центрального отверстия предохранителя, пятой кольцевой полости и выходного отверстия для провода.The closest in essence is a suspended electric submersible screw pump system [Patent RU No. 2395004. Outboard electric submersible screw pump system]. The system consists of an upper connector, a fuse, a fluid-guiding sleeve, a drive mechanism, a shaft coupling, a first annular cavity, a second annular cavity, a third annular cavity, a fourth annular cavity and a formation fluid outlet. The first annular cavity, the second annular cavity, the third annular cavity, the fourth annular cavity and the fluid outlet are connected in a proper manner to the pipeline for pumping formation fluid of the wells. The electrically conductive system consists of a lead wire, an electric motor, a central fuse hole, a fifth annular cavity, and a wire outlet.

Недостатком прототипа является наличие дополнительных корпусных элементов устройства, расположенных вокруг электродвигателя и образующих кольцевые полости. Указанные элементы неизбежно приводят к увеличению диаметрального габарита устройства, что не позволит использовать его в скважинах с малым диаметром обсадных колонн, в скважинах с отремонтированными колоннами и в боковых стволах.The disadvantage of the prototype is the presence of additional housing elements of the device located around the electric motor and forming annular cavities. These elements inevitably lead to an increase in the diametric dimension of the device, which will not allow its use in wells with a small diameter of casing strings, in wells with repaired strings and in sidetracks.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF A USEFUL MODEL

Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности оборудования погружной установки винтового насоса и расширение технологических возможностей за счет применения установки в скважинах с малым диаметром обсадных колонн, в скважинах с отремонтированными колоннами и в боковых стволах.The objective of the invention is to increase the reliability and durability of the equipment of a submersible screw pump installation and the expansion of technological capabilities through the use of the installation in wells with a small diameter of casing strings, in wells with repaired strings and in sidetracks.

Повышение надежности обеспечивается тем, что гарантированное охлаждение корпуса электродвигателя обеспечивается перемещающейся вдоль него пластовой жидкостью.Improving reliability is ensured by the fact that guaranteed cooling of the motor housing is provided by the reservoir fluid moving along it.

Требуемый результат достигается тем, что в погружной установке винтового насоса, включающей электродвигатель с нижним выходом вала, кабельную линию, гидрозащиту, узел подвеса насоса, размещенный ниже электродвигателя и соединенный с ротором винтового насоса торсионом, согласно изобретению, погружная установка винтового насоса дополнительно снабжена нижним и верхним перепускными модулями для входа и выхода пластовой жидкости, а также верхним и нижним пакерами ограничивающими кольцевую полость для протока пластовой жидкости, образованную между верхним перепускным модулем, компенсатором гидрозащиты, электродвигателем, модулем уплотнения гидрозащиты, узлом подвески насоса и нижним перепускным модулем с наружней стороны и обсадной колонной с внутренней стороны.The desired result is achieved by the fact that in a submersible screw pump installation comprising an electric motor with a lower shaft output, a cable line, hydraulic protection, a pump suspension unit located below the electric motor and connected to the rotor of the screw pump by a torsion bar, according to the invention, the submersible screw pump installation is additionally provided with a lower and the upper bypass modules for the input and output of the formation fluid, as well as the upper and lower packers restricting the annular cavity for the flow of formation fluid, forming between the upper bypass module, the hydroshield compensator, the electric motor, the hydroshield seal module, the pump suspension unit and the lower bypass module on the outside and the casing on the inside.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Сущность изобретения поясняется фигурами 1 и 2, на которых показаны компоновки погружной установки винтового насоса с использованием насосно-компрессорных труб и без них соответственно.The invention is illustrated by figures 1 and 2, which shows the layout of the submersible installation of a screw pump using tubing and without them, respectively.

1 - Насосно-компрессорные трубы,1 - Tubing

2 - Обратный клапан,2 - Check valve

3 - Верхний пакер с кабельным вводом,3 - Top packer with cable entry,

4 - Верхний перепускной модуль,4 - Upper bypass module,

5 - Компенсатор гидрозащиты,5 - Hydroprotection compensator,

6 - Кабельная линия,6 - cable line,

7 - Электродвигатель с нижним выходом вала,7 - an electric motor with a lower output shaft,

8 - Кольцевая полость,8 - annular cavity,

9 - Модуль уплотнения гидрозащиты,9 - waterproofing sealing module,

10 - Узел подвеса,10 - Suspension assembly,

11 - Обсадная колонна,11 - Casing,

12 - Нижний перепускной модуль,12 - Lower bypass module,

13 - Нижний пакер,13 - Lower packer,

14 - Торсион,14 - Torsion,

15 - Ниппель,15 - Nipple,

16 - Винтовой насос,16 - screw pump,

17 - Кабель-канат.17 - Cable rope.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF A USEFUL MODEL

Погружная установка винтового насоса предназначена для подъема пластовой жидкости с большой глубины в условиях значительной кривизны скважины.Submersible screw pump installation is designed to lift the reservoir fluid from a great depth in conditions of significant curvature of the well.

Погружная установка винтового насоса состоит из электродвигателя 7 с нижним выходом вала, кабельной линии 6, гидрозащиты с модулем уплотнения 9 и компенсатором 5, узла подвеса 10 насоса, размещенного ниже электродвигателя и соединенного с ротором винтового насоса торсионом 14, верхнего 4 и нижнего 12 перепускных модулей, верхнего пакера с кабельным вводом 3, нижнего пакера 13, однопоточного винтового насоса 16 (РСР-насоса).The submersible screw pump installation consists of an electric motor 7 with a lower shaft output, a cable line 6, hydraulic protection with a sealing module 9 and a compensator 5, a suspension unit 10 of the pump located below the electric motor and connected to the rotor of the screw pump by torsion 14, upper 4 and lower 12 bypass modules , upper packer with cable entry 3, lower packer 13, single-threaded screw pump 16 (PCP pump).

Погружная установка размещена внутри обсадной колонны 11. (Фиг.1)Submersible installation is placed inside the casing 11. (Figure 1)

Пространство в коаксиальном направлении между внешними поверхностями составных частей погружной установки и внутренним диаметром обсадной колонны образует кольцевую полость 8. Кольцевая полость 8, ограниченная верхним пакером с кабельным вводом 3 сверху и нижним пакером 13 снизу, предназначена для протока пластовой жидкости.The space in the coaxial direction between the outer surfaces of the submersible unit components and the inner diameter of the casing forms an annular cavity 8. An annular cavity 8 defined by an upper packer with a cable entry 3 on top and a lower packer 13 on the bottom is intended for the flow of formation fluid.

Ротор винтового насоса закреплен на узле подвеса 10 посредством торсиона 14, который размещен внутри нижнего перепускного модуля 12 и нижнего пакера 13. Обойма винтового насоса подвешена на нижнем пакере 13 с помощью ниппеля 15.The rotor of the screw pump is fixed to the suspension assembly 10 by means of a torsion bar 14, which is located inside the lower bypass module 12 and the lower packer 13. The screw pump cage is suspended on the lower packer 13 using the nipple 15.

Узел подвеса 10 предназначен для компенсации осевой нагрузки от массы столба пластовой жидкости, поднимаемой на поверхность, и для передачи крутящего момента от электродвигателя 7 к винтовому насосу 16.The suspension unit 10 is designed to compensate for axial load from the mass of the column of formation fluid raised to the surface, and to transmit torque from the electric motor 7 to the screw pump 16.

В качестве торсиона 14 может быть использована стандартная укороченная штанга.As torsion bar 14, a standard shortened bar can be used.

Торсион 14 соединен с валом узла подвеса 10 и с ротором винтового насоса 16 резьбовыми муфтами.The torsion bar 14 is connected to the shaft of the suspension assembly 10 and to the rotor of the screw pump 16 by threaded couplings.

Перепускные модули 4 и 12 могут быть выполнены из насосно-компрессорных труб с отверстиями или пазами для прохода пластовой жидкости.The bypass modules 4 and 12 can be made of tubing with holes or grooves for the passage of formation fluid.

Электродвигатель 7 снабжен фланцевым креплением с модулем уплотнения 9 гидрозащиты и с компенсатором 5 гидрозащиты. Узел подвеса 10 снабжен фланцевым креплением с модулем уплотнения 9 гидрозащиты. Остальные составные части установки имеют резьбовые соединения.The electric motor 7 is equipped with a flange mount with a sealing module 9 of the hydraulic protection and with a compensator 5 of the hydraulic protection. The suspension unit 10 is provided with a flange mount with a sealing module 9 of hydraulic protection. The remaining components of the installation have threaded connections.

Погружная установка винтового насоса работает следующим образом.Submersible screw pump works as follows.

Крутящий момент от электродвигателя 7 через вал модуля уплотнения 9 гидрозащиты, через вал узла подвеса 10 и через торсион 14 передается на ротор винтового насоса 16.The torque from the electric motor 7 through the shaft of the seal module 9 of the hydraulic protection, through the shaft of the suspension unit 10 and through the torsion 14 is transmitted to the rotor of the screw pump 16.

Вращение винтового насоса 16 обеспечивает нагнетание пластовой жидкости через центральное отверстие нижнего пакера 13 в нижний перепускной модуль 12. Далее через отверстия в перепускном модуле 12 пластовая жидкость поступает в кольцевую полость 8. По мере работы насоса пластовая жидкость протекает в кольцевой полости снизу-вверх, вдоль наружных поверхностей узла подвеса 10, модуля уплотнения 9, электродвигателя 7, компенсатора 5 и через отверстия проникает внутрь верхнего перепускного модуля 4. Через центральное отверстие верхнего пакера с кабельным вводом 3 пластовая жидкость подается на поверхность по колонне насосно-компрессорных труб 1. На входе в колонну насосно-компрессорных труб может быть установлен обратный клапан 2.The rotation of the screw pump 16 ensures the injection of formation fluid through the central hole of the lower packer 13 into the lower bypass module 12. Then, through the holes in the bypass module 12, the formation fluid enters the annular cavity 8. As the pump is operating, the reservoir fluid flows from the bottom upwards along the outer surfaces of the suspension assembly 10, the sealing module 9, the electric motor 7, the compensator 5 and through the holes penetrates into the upper bypass module 4. Through the central hole of the upper packer with to Bel'nov formation fluid inlet 3 is fed to the surface of the column of tubing 1. At the entrance to the column tubing check valve 2 can be set.

Погружная установка винтового насоса может быть подвешена на кабель-канате без использования насосно-компрессорных труб. Погружная установка состоит из электродвигателя 7 с нижним выходом вала, кабельной линии 6, гидрозащиты с модулем уплотнения 9 и компенсатора 5, узла подвеса 10 насоса, размещенного ниже электродвигателя и соединенного с ротором винтового насоса торсионом 14, нижнего 12 перепускного модуля, нижнего пакера 13, однопоточного винтового насоса 16 (Фиг.2). В этом случае пластовая жидкость от винтового насоса 16 протекает через центральное отверстие нижнего пакера 13 в нижний перепускной модуль 12. Далее через отверстия в перепускном модуле 12 пластовая жидкость поступает в кольцевую полость 8, протекает в кольцевой полости снизу-вверх, вдоль наружных поверхностей узла подвеса 10, модуля уплотнения 9, электродвигателя 7, компенсатора 5 и подается на поверхность по внутреннему пространству обсадной колонны 11.A submersible screw pump installation can be suspended on a cable without the use of tubing. The submersible installation consists of an electric motor 7 with a lower shaft output, a cable line 6, hydraulic protection with a sealing module 9 and a compensator 5, a suspension assembly 10 of a pump located below the electric motor and connected to the rotor of the screw pump by a torsion 14, lower 12 bypass module, lower packer 13, single-threaded screw pump 16 (Figure 2). In this case, the reservoir fluid from the screw pump 16 flows through the central hole of the lower packer 13 into the lower bypass module 12. Then, through the holes in the bypass module 12, the reservoir fluid flows into the annular cavity 8, flows from the bottom to the top of the annular cavity along the outer surfaces of the suspension assembly 10, the sealing module 9, the motor 7, the compensator 5 and is fed to the surface along the inner space of the casing 11.

Масса столба пластовой жидкости, поднимаемой на поверхность, воздействует на ротор винтового насоса 16, подвешенный на торсионе 14. Реактивная нагрузка от этой осевой силы воспринимается узлом подвеса 10 через торсион 14. При этом торсион 14 и ротор винтового насоса испытывают растягивающие усилия, следовательно находятся в устойчивом состоянии и не испытывают нагрузок, приводящих к потере продольной устойчивости.The mass of the column of formation fluid raised to the surface acts on the rotor of the screw pump 16 suspended on the torsion 14. The reactive load from this axial force is absorbed by the suspension unit 10 through the torsion 14. In this case, the torsion 14 and the rotor of the screw pump experience tensile forces, therefore, are in steady state and do not experience stresses leading to a loss of longitudinal stability.

Для мониторинга процесса добычи пластовой жидкости и состояния оборудования возможно применение погружного блока термоманометрической системы, который размещен между нижней частью электродвигателя 7 и узлом подвеса 10 винтового насоса.To monitor the process of producing reservoir fluid and the condition of the equipment, it is possible to use a submersible block of the thermomanometric system, which is located between the lower part of the electric motor 7 and the suspension unit 10 of the screw pump.

Перемещение пластовой жидкости вдоль всей поверхности корпуса электродвигателя 7 обеспечивает эффективное охлаждение и, тем самым, повышение надежности электрической машины.The movement of the reservoir fluid along the entire surface of the housing of the electric motor 7 provides effective cooling and, thereby, increasing the reliability of the electric machine.

Заявляемое устройство погружной установки винтового насоса обеспечивает возможность эксплуатации оборудования в глубоких и кривых скважинах малого диаметра и в боковых стволах с высокой степенью надежности.The inventive device submersible installation of a screw pump provides the ability to operate the equipment in deep and curved wells of small diameter and in sidetracks with a high degree of reliability.

Claims

Submersible screw pump installation, including an electric motor with lower shaft output, cable line, hydraulic protection, screw pump, pump suspension assembly located below the electric motor and connected to the rotor of the screw pump by a torsion bar, characterized in that the submersible screw pump installation is additionally equipped with lower and upper bypass modules for the inlet and outlet of the formation fluid, as well as the lower and upper packers, limiting the annular cavity for the flow of formation fluid formed between the upper bypass nym module compensator seal section, an electric motor, the seal section module seal, the pump assembly and the lower suspension bypass module on the outer side and the casing on the inside.