RU2516990C1

RU2516990C1 - Oil production submersible pump set

Info

Publication number: RU2516990C1
Application number: RU2012157435/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Дроздов; Шарифжан Рахимович Агеев; Евгений Юрьевич Дружинин
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-05-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: oil production submersible pump set contains a pump with a submersible electric motor, a solid particles centrifugal separator and a settling tank run in the hole. The solid particles centrifugal separator is placed downstream of the submersible electric motor with a possibility of torque transfer from the submersible motor shaft to the shaft of the solid particles centrifugal separator, at that the rotor of the centrifugal separator is surrounded by a fixed screw grate which pitch thread is opposite to the rotor rotation of the centrifugal separator. Inside the settling tank there is a pipe which upper end is placed downstream the solid particles centrifugal separator while its lower end is fully communicating with the well cavity. The lower pipe end is equipped with a nozzle, at that delivery of the rotor of the centrifugal pump exceeds the pump delivery per 20%.

EFFECT: improving operational reliability of the oil production pump set from a well with high concentration of suspended solid particles.

1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти погружными насосами из скважин, продукция которых содержит твердые частицы - механические примеси.The invention relates to the oil industry and can be used in oil production by submersible pumps from wells, the products of which contain solid particles - mechanical impurities.

Известно устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник (RU 2183256, 2002).A device for oil production is known comprising a submersible electric motor pump, a centrifugal particulate separator and a settler (RU 2183256, 2002).

Известное устройство имеет низкую эффективность и надежность вследствие осуществления центробежной сепарации выше погружного электродвигателя непосредственно перед поступлением жидкости на прием насоса. При этом отделенные частицы оседают в отстойник по каналу, проходящему вдоль сепаратора. Кроме того, электроэнергия подводится к погружному двигателю по кабелю, проходящему вдоль насоса и центробежного сепаратора твердых частиц. Канал осаждения твердых частиц и кабель ограничивают в скважине диаметральный габарит сепаратора и его эффективность, что негативно влияет также на надежность эксплуатации. Помимо этого, канал осаждения твердых частиц из-за отсутствия движения в нем жидкости подвержен опасности засорения и зарастания грязью.The known device has low efficiency and reliability due to the implementation of centrifugal separation above the submersible motor immediately before the fluid enters the pump intake. In this case, the separated particles are deposited in the settler along the channel passing along the separator. In addition, electricity is supplied to the submersible motor through a cable running along the pump and centrifugal particle separator. The channel of deposition of solid particles and cable limit the diametrical dimension of the separator and its efficiency in the well, which also negatively affects the reliability of operation. In addition, the channel for the deposition of solid particles due to the lack of movement of fluid in it is at risk of clogging and dirt overgrowth.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины (RU №2278959, 2004).Closest to the claimed invention is a submersible pumping unit for oil production containing a lowered pump with a submersible electric motor, a centrifugal separator of solid particles and a sump, the centrifugal separator of solid particles located below the submersible motor with the possibility of transmitting torque from the shaft of the submersible motor to the shaft of the centrifugal particulate separator, wherein the flow part of the centrifugal particulate separator contains a rotor and a surrounding rotor n movable helical lattice cutting blades which move opposite to the direction of rotation of the rotor, is located inside the settler pipe whose upper end is located below the centrifugal separator of solid particles and a lower end communicated with the cavity of the well (RU №2278959, 2004).

Известная установка имеет, как показали промысловые испытания, низкую надежность вследствие невозможности создания при ее работе гидравлического затвора, предотвращающего поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса, минуя центробежный сепаратор механических примесей по кольцевому пространству. Обеспечить гидравлический затвор в известной установке не удается из-за того, что при ее работе жидкость после ротора идет по пути наименьшего гидравлического сопротивления (часть - в насос, другая часть - в отстойник и трубу), а не по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины. Поэтому твердые частицы попадают в насос, что приводит к засорению, износу и преждевременным отказам оборудования.The known installation has, as shown by field tests, low reliability due to the impossibility of creating a hydraulic shutter during its operation, preventing the flow of crude liquid with solid particles to the pump intake, bypassing the centrifugal separator of mechanical impurities in the annular space. It is not possible to provide a hydraulic shutter in a known installation due to the fact that during its operation, the liquid after the rotor follows the path of the least hydraulic resistance (part to the pump, other part to the sump and pipe), and not along the annular space between the outer surface of the casing centrifugal separator and the inner surface of the production casing of the well. Therefore, solid particles enter the pump, resulting in clogging, wear and premature equipment failure.

Задачей настоящего изобретения является создание погружной насосной установки для добычи нефти, обеспечивающей повышение надежности эксплуатации насосной установки для извлечения нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц.The present invention is the creation of a submersible pumping unit for oil production, providing increased reliability of the pumping unit for extracting oil from wells with a high concentration of suspended solids.

Поставленная задача достигается тем, что в погружной насосной установке для добычи нефти, содержащей спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, причем центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом проточная часть центробежного сепаратора твердых частиц содержит ротор и окружающую ротор неподвижную винтовую решетку, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины, согласно изобретению, нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса.The problem is achieved in that in a submersible pump installation for oil production, containing a submersible electric motor pump, a centrifugal particle separator and a settler, the centrifugal particle separator is located below the submersible motor with the possibility of transmitting torque from the shaft of the submersible motor to the shaft a centrifugal separator of solid particles, while the flow part of the centrifugal separator of solid particles contains a rotor and a stationary rotor a screw grate, the blade cutting path of which is opposite to the rotor rotation direction, a pipe is placed inside the sump, the upper end of which is located below the centrifugal separator of solid particles, and the lower end is in communication with the well cavity, according to the invention, the lower end of the pipe is provided with a tapering nozzle, while the rotor is fed with a centrifugal rotor particle separator is not less than 20% higher than the pump flow.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении защиты насоса от износа и засорения твердыми частицами, поступающими из пласта, за счет создания гидрозатвора в кольцевом пространстве и поддержания необходимого значения расхода в отстойник и трубу, что предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.The technical result achieved is to protect the pump from wear and clogging by solid particles coming from the formation by creating a water seal in the annular space and maintaining the required flow rate in the sump and pipe, which prevents the flow part of the sump and pipe from overgrowing with dirt deposits with mechanical impurities.

На чертеже представлена схема предлагаемой погружной насосной установки для добычи нефти.The drawing shows a diagram of the proposed submersible pumping unit for oil production.

Погружная насосная установка для добычи нефти содержит насос 1 с погружным электродвигателем 2, центробежный сепаратор твердых частиц 3 и отстойник 4, спущенные в скважину 5. Центробежный сепаратор твердых частиц 3 расположен ниже погружного электродвигателя 2.Submersible pumping unit for oil production contains a pump 1 with a submersible electric motor 2, a centrifugal separator of solid particles 3 and a sump 4, lowered into the well 5. A centrifugal separator of solid particles 3 is located below the submersible electric motor 2.

На периферии ротора 6 центробежного сепаратора 3 размещена неподвижная винтовая решетка 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3.On the periphery of the rotor 6 of the centrifugal separator 3 there is a fixed screw grill 7, the blade cutting path of which is opposite to the direction of rotation of the rotor 6 of the separator 3.

Вал погружного электродвигателя 2 и вал 8 ротора 6 центробежного сепаратора 3 твердых частиц могут быть соединены, как показано на фиг.1, посредством герметичной (например, магнитной) муфты 9. Они могут быть соединены также иным способом, таким как использование шлицевой муфты с торцовым уплотнением и т.п. Внутри отстойника 4 размещена труба 10, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора 3 твердых частиц. Нижний конец трубы 10 сообщен с полостью скважины 5. Нижний конец трубы 10 может быть расположен глубже интервала перфорации 11 скважины 5, эксплуатирующей пласт 12, т.е. в зумпфе 13 скважины 5.The shaft of the submersible motor 2 and the shaft 8 of the rotor 6 of the centrifugal separator 3 of solid particles can be connected, as shown in FIG. 1, by means of an airtight (for example, magnetic) coupling 9. They can also be connected in another way, such as using a spline coupling with an end face seal, etc. Inside the sump 4 is placed a pipe 10, the upper end of which is located below the centrifugal separator 3 of solid particles. The lower end of the pipe 10 is in communication with the cavity of the well 5. The lower end of the pipe 10 may be located deeper than the interval of perforation 11 of the well 5 operating the formation 12, i.e. in sump 13 wells 5.

Центробежный сепаратор 3 имеет входную 14 и выходную 15 линии, а также каналы 16 отвода части потока жидкости с повышенной концентрацией твердых частиц в отстойник 4.The centrifugal separator 3 has an inlet 14 and an outlet 15 lines, as well as channels 16 for withdrawing part of the liquid stream with an increased concentration of solid particles into the sump 4.

Энергия к электродвигателю 2 подается с поверхности по кабелю 17. Насос 1 спущен в скважину 5 на насосно-компрессорных трубах 18.Energy to the electric motor 2 is supplied from the surface via cable 17. The pump 1 is lowered into the well 5 on the tubing 18.

Нижний конец трубы 10 снабжен сужающимся соплом 19.The lower end of the pipe 10 is provided with a tapering nozzle 19.

Погружная насосная установка для добычи нефти работает следующим образом.Submersible pumping unit for oil production works as follows.

Поток добываемой продукции поступает из пласта 12 в скважину 5 и затем - во входную линию 14 центробежного сепаратора 3. Во вращающемся роторе 6 сепаратора 3 происходит отделение твердых частиц от жидкости в поле центробежных сил. Твердые частицы с частью жидкости направляются по каналам неподвижной винтовой решетки 7, а затем по каналам 16 в отстойник 4 и оседают на его дне. Наличие неподвижной винтовой решетки 7, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора 6 сепаратора 3, способствует более эффективной транспортировке твердых частиц в отстойник 4. Очищенная жидкость идет в выходную линию 15 сепаратора 3.The flow of produced products flows from the reservoir 12 into the well 5 and then into the inlet line 14 of the centrifugal separator 3. In the rotating rotor 6 of the separator 3, solid particles are separated from the liquid in the centrifugal force field. Solid particles with a part of the liquid are guided through the channels of the fixed screw grating 7, and then through the channels 16 to the sump 4 and settle on its bottom. The presence of a fixed screw grating 7, the course of cutting of the blades of which is opposite to the direction of rotation of the rotor 6 of the separator 3, contributes to a more efficient transportation of solid particles to the settler 4. The purified liquid goes to the output line 15 of the separator 3.

Далее чистая жидкость идет в зазор между эксплуатационной колонной скважины 5 и погружным электродвигателем 2. Затем очищенная жидкость поступает в насос 1, который нагнетает ее по насосно-компрессорным трубам 18 на поверхность.Next, the clean fluid goes into the gap between the production casing of the well 5 and the submersible motor 2. Then, the cleaned fluid enters the pump 1, which pumps it through the tubing 18 to the surface.

Для того чтобы предотвратить поступление неочищенной жидкости на прием насоса 1, минуя сепаратор твердых частиц 3, на валу 8 устанавливается ротор 6 с подачей, большей производительности насоса 1 не менее чем на 20%. При этом сопло 19 ограничивает до необходимой величины расход жидкости в отстойник 4 и трубу 10. Ротор 6 при вращении создает напор, и часть очищенной жидкости с выхода 15 центробежного сепаратора 3 направляется на его вход 14, вниз по кольцевому пространству между внешней поверхностью корпуса центробежного сепаратора 3 и внутренней поверхностью эксплуатационной колонны скважины 5. При этом создается гидравлический затвор, предотвращающий поступление неочищенной жидкости с твердыми частицами на прием насоса 1, минуя центробежный сепаратор 3. Расход очищенной жидкости, поступающей вниз и создающий гидрозатвор, равен разности подачи ротора 6 центробежного сепаратора твердых частиц и суммы подачи насоса 1 и расхода, поступающего в отстойник 4 и трубу 10. Это обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу, предотвращающего зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями. Подбор проходного сечения сопла 19 осуществляется в зависимости от скважинных условий.In order to prevent the flow of untreated liquid to the intake of pump 1, bypassing the separator of solid particles 3, a rotor 6 is installed on shaft 8 with a feed rate greater than pump 1 by at least 20%. In this case, the nozzle 19 limits the flow of fluid to the sump 4 and pipe 10 to the required value. The rotor 6 creates a pressure during rotation, and part of the purified fluid from the outlet 15 of the centrifugal separator 3 is directed to its inlet 14, down the annular space between the outer surface of the centrifugal separator body 3 and the inner surface of the production casing of the well 5. This creates a hydraulic shutter that prevents the entry of untreated liquid with solid particles at the intake of pump 1, bypassing the centrifugal separator 3. the flow rate of the purified liquid coming down and creating a hydraulic lock is equal to the difference between the feed of the rotor 6 of the centrifugal separator of solid particles and the sum of the feed of the pump 1 and the flow entering the sump 4 and the pipe 10. This ensures the creation of both a hydraulic lock in the annular space and the required flow rate in sedimentation tank and pipe, preventing the flowing part of the sedimentation tank and pipe from overgrowing with dirt with mechanical impurities. The selection of the nozzle orifice 19 is carried out depending on the downhole conditions.

При переполнении отстойника 4 (это может произойти в случае длительной откачки продукции с очень высоким содержанием механических примесей) твердые частицы поступают по трубе 10 через сопло 19 в зумпф 13 скважины 5, расположенный ниже интервала перфорации 11.When the sump 4 overflows (this can happen in the case of prolonged pumping of products with a very high content of mechanical impurities), solid particles enter the pipe 10 through the nozzle 19 into the sump 13 of the well 5 located below the perforation interval 11.

Таким образом, снабжение нижнего конца трубы сужающимся соплом позволяет ограничивать и регулировать расход жидкости в отстойник и трубу, при этом превышение подачи центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% по сравнению с подачей насоса обеспечивает создание как гидрозатвора в кольцевом пространстве, так и необходимого значения расхода в отстойник и трубу. Последнее предотвращает зарастание проточной части отстойника и трубы отложениями грязи с механическими примесями.Thus, the supply of the lower end of the pipe with a tapering nozzle allows you to limit and control the flow of fluid into the sump and pipe, while the excess supply of the centrifugal separator of solid particles by at least 20% compared with the pump feed provides the creation of a water seal in the annular space, as well as necessary flow rate to the sump and pipe. The latter prevents the overflow part of the sump and pipe from overgrowing with dirt deposits with mechanical impurities.

Claims

An oil submersible pump installation comprising a submersible electric motor pump lowered into the well, a centrifugal particulate separator and a settler, the centrifugal particulate separator being located below the submersible motor to transmit torque from the shaft of the submersible motor to the shaft of the centrifugal particulate separator, the flow part of the centrifugal separator of solid particles contains a rotor and a fixed screw grating surrounding the rotor, the swarm is opposite the direction of rotation of the rotor, a tube is placed inside the sump, the upper end of which is located below the centrifugal separator of solid particles, and the lower end is in communication with the cavity of the well, characterized in that the lower end of the pipe is equipped with a tapering nozzle, while the rotor of the centrifugal separator of solid particles is fed at least than 20% higher than the pump flow.