RU2613542C2

RU2613542C2 - Submersible pump unit

Info

Publication number: RU2613542C2
Application number: RU2015135406A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Сергиенко; Юрий Валентинович Данченко
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-03-17
Also published as: RU2015135406A

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil-submersible equipment, namely, to borehole pump units of flip-type lowered into wells of small diameters. Submersible pump unit lowered onto a load-bearing cable into an auxiliary string inside the casing string contains an oil-filled submersible electric motor, a hydraulic protection, a flow module, an electric centrifugal pump, a suction channel, a check valve and a seal between the electric centrifugal pump and the auxiliary string. Above the oil-filled submersible electric motor there is a compensator, in which there are conductors of the load-bearing cable fixed in blocks of socket connectors installed in the head and in the base. Check valve is arranged between the flow module and the centrifugal pump.

EFFECT: invention is aimed at higher reliability and expanded functionality of the device.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепогружному оборудованию, а именно к погружным насосным агрегатам перевернутого типа, спускаемым на грузонесущем кабеле в скважины малого диаметра.The invention relates to oil-immersion equipment, namely to inverted submersible pumping units, lowered on a load-bearing cable into small diameter wells.

Известен малогабаритный погружной насосный агрегат, состоящий из электроцентробежного насоса (ЭЦН) с предвключенными устройствами, маслонаполненного погружного электродвигателя (ПЭД), гидрозащиты и токопроводящего кабеля, выполненный с поперечным размером 98,3 мм и предназначенный для скважин с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 105 мм [патент на ПМ №22205 РФ, F04D 13/10, 2002], а также малогабаритный погружной насосный агрегат с наружным диаметром 82 мм для спуска на лифте насосно-компрессорных труб (НКТ) в обсадную колонну с внутренним диаметром 88.9 мм, состоящий из ЭЦН, вентильного электродвигателя с регулируемой частотой вращения, гидрозащиты и токоподводящего кабеля с плоскими изолированными жилами (патент на ПМ №109513 РФ, F04D 13/10, 2011).A small-sized submersible pump unit is known, consisting of an electric centrifugal pump (ESP) with upstream devices, an oil-immersed submersible electric motor (SEM), hydraulic protection and a conductive cable, made with a transverse size of 98.3 mm and designed for wells with an inner diameter of casing of at least 105 mm [patent for ПМ №22205 of the Russian Federation, F04D 13/10, 2002], as well as a small-sized submersible pump unit with an outer diameter of 82 mm for lowering tubing into the casing with an internal tubing Diameter 88.9 mm, consisting of ESP BLDC motor with adjustable speed, the seal section and the power cable insulated flat conductors (patent RF №109513 PM, F04D 13/10, 2011).

Габариты описанных насосных агрегатов и взаимное расположение их составляющих, например, проходящий снаружи токопроводящий кабель, не позволяют спускать их в дополнительную колонну с внутренним диаметром менее 88.9 мм (НКТ 73), что бывает необходимо при откачке нефти насосными агрегатами из скважин с изношенными обсадными колоннами.The dimensions of the described pump units and the relative position of their components, for example, a conductive cable passing from the outside, do not allow them to be lowered into an additional column with an inner diameter of less than 88.9 mm (tubing 73), which is necessary when pumping oil from pump units from wells with worn casing strings.

Известен погружной насосный агрегат, спускаемый на грузонесущем кабеле в обсадную колонну и состоящий из маслонаполненного ПЭД, гидрозащиты, ЭЦН и пакера (US Patent №4928771, E21E 43/00, 1990).Known submersible pumping unit, lowered on a load-carrying cable into the casing and consisting of oil-filled PED, hydraulic protection, ESP and packer (US Patent No. 4928771, E21E 43/00, 1990).

Недостаток погружного насосного агрегата состоит в том, что поднимаемая им на поверхность жидкость оказывает на обсадную колонну высокое давление, равное давлению выкида ЭЦН, что ограничивает его применение без дополнительной колонны. Кроме того, возможна коррозия, износ, а также отложение солей и парафина на обсадных трубах.The disadvantage of the submersible pump unit is that the liquid it lifts to the surface exerts a high pressure on the casing equal to the pressure of the ESP discharge, which limits its use without an additional column. In addition, corrosion, wear, and deposits of salts and paraffin on casing are possible.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является погружной насосный агрегат, спускаемый на грузонесущем кабеле в дополнительную колонну внутри обсадной колонны, который содержит последовательно соединенные грузонесущую муфту, маслонаполненный ПЭД, гидрозащиту, выкидной модуль, ЭЦН, всасывающий канал с обратным клапаном, уплотнитель между дополнительной колонной и обсадной колонной и уплотнитель между ЭЦН и дополнительной колонной (А.с. СССР №408054, F04D 13/10, 1972).The closest in technical essence to the claimed one is a submersible pump unit, lowered on a load-carrying cable into an additional string inside the casing, which contains a load-bearing coupling connected in series, an oil-filled PEM, hydraulic protection, a discharge module, an ESP, a suction channel with a check valve, a seal between the additional string and casing and a seal between the ESP and the additional string (AS USSR No. 408054, F04D 13/10, 1972).

Недостатком принятого за прототип погружного насосного агрегата является низкая надежность входящего в его состав маслонаполненного ПЭД, поскольку одна нижняя гидрозащита не способна обеспечить гарантированную защиту ПЭД от действующего в дополнительной колонне высокого давления выкида ЭЦН. Кроме того, из-за расположения обратного клапана в нижней части всасывающего канала известный агрегат применяется преимущественно для откачки пластовой жидкости, не содержащей механических примесей, например, йодобромной воды, поскольку в противном случае частицы попадут в ЭЦН при его остановке и вызовут износ рабочих органов при последующем включении.The disadvantage of the submersible pump unit adopted as a prototype is the low reliability of the oil-filled SEM included in its composition, since one lower hydroprotection is not able to provide guaranteed protection of the SEM against the ESP discharge in the secondary high-pressure column. In addition, due to the location of the check valve in the lower part of the suction channel, the known unit is mainly used for pumping formation fluid that does not contain mechanical impurities, for example, iodine-bromine water, because otherwise the particles will enter the ESP when it stops and will cause wear of the working bodies when subsequent inclusion.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение надежности погружного насосного агрегата и расширение его функциональных возможностей.The technical problem solved by the present invention is to increase the reliability of a submersible pump unit and expand its functionality.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружном насосном агрегате, спускаемом на грузонесущем кабеле в дополнительную колонну внутри обсадной колонны и содержащем маслонаполненный ПЭД, гидрозащиту, выкидной модуль, ЭЦН, всасывающий канал, обратный клапан и уплотнитель между ЭЦН и дополнительной колонной, согласно изобретению над маслонаполненным ПЭД дополнительно установлен компенсатор с внутренним каналом, в котором проложены токопроводящие жилы грузонесущего кабеля, закрепленные в колодках штепсельных разъемов, установленных в головке и в основании, а обратный клапан размещен между выкидным модулем и ЭЦН.The specified technical result is achieved by the fact that in the submersible pumping unit, lowered on a load-carrying cable into an additional column inside the casing and containing an oil-filled PED, hydraulic protection, a flow module, an ESP, a suction channel, a check valve and a seal between the ESP and the additional column, according to the invention, over an oil-filled PED is additionally equipped with a compensator with an internal channel in which conductive conductors of a load-carrying cable are laid, fixed in the blocks of the plug connectors, Formation in the head and the base, and a check valve disposed between the module and the switchblade ESP.

На фиг. 1 схематично изображен заявляемый погружной насосный агрегат, на фиг. 2 - продольный разрез компенсатора.In FIG. 1 schematically depicts the inventive submersible pump unit, in FIG. 2 - longitudinal section of the compensator.

Погружной насосный агрегат состоит из последовательно расположенных сверху вниз грузонесущего кабеля 1, грузонесущей муфты 2, компенсатора 3, маслонаполненного ПЭД 4, гидрозащиты 5, выкидного модуля 6, обратного клапана 7, ЭЦН 8 и хвостовика с всасывающим каналом 9 (фиг. 1). Составляющие 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 погружного насосного агрегата соединены между собой с помощью бесфланцевого соединения (см., например, патент №2310772 РФ, F04D 13/10, 2006), благодаря чему диаметр насосного агрегата в сборе не превышает диаметр его составляющих. В заполненном маслом компенсаторе 3, установленном между грузонесущей муфтой 2 и маслонаполненным ПЭД 4, имеется центральный канал 10, в котором проложены токопроводящие жилы 11 грузонесущего кабеля 1 для питания ПЭД 4 (фиг. 2). Концы токопроводящих жил 11 заделаны в колодки штепсельных разъемов 12 и 13, расположенные соответственно в головке 14 и основании 15 компенсатора 3. Размещение токопроводящих жил 11 внутри, а не снаружи компенсатора 3 сохраняет его габаритный размер после монтажа на скважине на минимально возможном уровне 55 мм. На хвостовике 9 прикреплен уплотнитель 16, например, в виде механического пакера или эластомера, набухающего в пластовой жидкости. К хвостовику 9 присоединен скважинный фильтр 17 для защиты ЭЦН от механических примесей (фиг. 1). Погружной насосный агрегат находится в дополнительной колонне 18 из НКТ 73 с внутренним диаметром 62 мм, которая в свою очередь помещена в обсадную колонну 19. Компенсатор 3 вместе с гидрозащитой 5 предотвращают возникновение гидроудара в маслонаполненном ПЭД 4 при любой скорости спуска погружного насосного агрегата в дополнительную колонну 18. Это уменьшает затрачиваемое на эту операцию время. Уплотнитель 16 перекрывает кольцевой зазор между хвостовиком 9 и дополнительной колонной 18, при этом скважинный фильтр 17 оказывается за пределами последней. В отличие от прототипа, уплотнитель между дополнительной и обсадной колонной не устанавливается, поскольку динамический уровень жидкости в скважине колеблется при работе ЭЦН. Дополнительная колонна может быть снабжена внизу клапаном-отсекателем для выполнения спускоподъемных операций без глушения скважины.The submersible pump unit consists of a load-carrying cable 1, a load-carrying sleeve 2, a compensator 3, an oil-filled PED 4, hydraulic protection 5, a shut-off module 6, a check valve 7, an ESP 8 and a shank with a suction channel 9 (Fig. 1). Components 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, and 9 of the submersible pump unit are interconnected using a flangeless connection (see, for example, RF patent No. 2310772, F04D 13/10, 2006), due to which the diameter of the pump unit assembly does not exceed the diameter of its components. In the oil-filled compensator 3, installed between the load-carrying sleeve 2 and the oil-filled PED 4, there is a central channel 10 in which conductive conductors 11 of the load-carrying cable 1 are laid to supply the PED 4 (Fig. 2). The ends of the conductive conductors 11 are embedded in the pads of the plug connectors 12 and 13 located respectively in the head 14 and base 15 of the compensator 3. The placement of the conductive conductors 11 inside and not outside the compensator 3 retains its overall size after installation in the well at the lowest possible level of 55 mm. A seal 16 is attached to the shank 9, for example, in the form of a mechanical packer or elastomer swelling in the formation fluid. A downhole filter 17 is attached to the liner 9 to protect the ESP from mechanical impurities (Fig. 1). The submersible pump unit is located in an additional string 18 from tubing 73 with an inner diameter of 62 mm, which, in turn, is placed in the casing 19. The compensator 3 together with the hydraulic protection 5 prevent the occurrence of water hammer in the oil-filled PED 4 at any speed of lowering the submersible pump unit into the additional string 18. This reduces the time spent on this operation. The seal 16 overlaps the annular gap between the liner 9 and the additional column 18, while the downhole filter 17 is outside the latter. Unlike the prototype, the seal between the additional and casing is not installed, since the dynamic level of the fluid in the well fluctuates during the operation of the ESP. An additional string may be provided at the bottom with a shutoff valve for tripping without killing the well.

Погружной насосный агрегат работает следующим образом.Submersible pump unit operates as follows.

От станции управления питающее напряжение по грузонесущему кабелю 1 с грузонесущей муфтой 2, токопроводящим жилам 11 в центральном канале 10, колодкам штепсельных наконечников 12, 13 в головке 14 и основании 15 компенсатора 3 подводится к обмоткам маслонаполненного ПЭД 4 и приводит его в работу. Вращение от ПЭД 4 передается через гидрозащиту 5, выкидной модуль 6 и обратный клапан 7 к ЭЦН 8. Пластовая жидкость всасывается через скважинный фильтр 17, освобождается от частиц породы и через внутренний канал хвостовика 9 поступает в ЭЦН 8. Пройдя ЭЦН 8 и приобретя необходимый напор, жидкость через открытый обратный клапан 7 и выкидной модуль 6 попадает в пространство дополнительной колонны 18 и поднимается на дневную поверхность.From the control station, the supply voltage through the load-carrying cable 1 with the load-carrying sleeve 2, conductive cores 11 in the central channel 10, pads of the terminal lugs 12, 13 in the head 14 and the base 15 of the compensator 3 is supplied to the windings of the oil-filled PED 4 and puts it into operation. The rotation from the PED 4 is transmitted through the hydraulic protection 5, the flip module 6 and the check valve 7 to the ESP 8. The formation fluid is sucked through the downhole filter 17, freed from rock particles and through the inner channel of the shank 9 enters the ESP 8. Having passed the ESP 8 and having acquired the necessary pressure , the liquid through the open check valve 7 and the flow module 6 enters the space of the additional column 18 and rises to the day surface.

Компенсатор 3, функционирующий в тендеме с гидрозащитой 5, повышает надежность защиты ПЭД 4 от проникновения пластовой жидкости при температурных колебаниях, возникающих при его остановках, и, следовательно, поднимает результативность всего погружного насосного агрегата.The compensator 3, operating in a tender with hydroprotection 5, increases the reliability of protection of the SEM 4 from penetration of the formation fluid during temperature fluctuations that occur during its shutdowns, and, therefore, increases the efficiency of the entire submersible pump unit.

В случае отключения ЭЦН 8, например, при закупоривании скважинного фильтра 17 обратный клапан 7 закрывается, что предотвращает осаждение в ЭЦН мелкодисперсных частиц, находящихся в дополнительной колонне 18.In case of shutdown of the ESP 8, for example, when the well filter 17 is clogged, the check valve 7 closes, which prevents the precipitation of fine particles in the ESP in the additional column 18.

Предлагаемый погружной насосный агрегат может также найти применение для удаления воды из газовых скважин.The proposed submersible pump unit may also find application for removing water from gas wells.

Claims

Submersible pump unit, lowered on a load-carrying cable into an additional string inside the casing, containing an oil-filled submersible motor, hydraulic protection, flow module, an electric centrifugal pump, a suction channel, a check valve and a seal between the electric centrifugal pump and an additional string, characterized in that above the oil-filled submersible motor additionally installed a compensator in which conductive conductors of a load-carrying cable are laid, fixed in blocks pselnyh connectors mounted in the head and the base, and a check valve disposed between the module and the switchblade electric centrifugal pump.