RU2725202C1

RU2725202C1 - Submersible pumping unit for pumping liquid

Info

Publication number: RU2725202C1
Application number: RU2019133058A
Authority: RU
Inventors: Юрий Валентинович Данченко; Михаил Васильевич Паначев; Максим Олегович Перельман; Евгений Вячеславович Пошвин
Original assignee: Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-06-30

Abstract

FIELD: oil, gas and coke-chemical industries.SUBSTANCE: invention relates to oil industry, namely to submersible pumping units for pumping fluid from water-bearing stratum into oil-bearing stratum in order to maintain reservoir pressure. Plant comprises load-carrying cable as lowering facility, load-carrying coupling, oil-filled electric motor, upper and lower hydraulic protections, the first inverted-type electric centrifugal pump (ECP) with an input module connected to it by means of the input device of the second ECP of the inverted type and a shank with the packer separating the water-bearing stratum from the oil-bearing stratum. Second ECP has an outer diameter smaller than the first ECP, and is surrounded by a casing to form an annular gap which is hydraulically communicated with the shank. Input device is equipped with radial channels for fluid supply to the second ECP and longitudinal channels connecting the first ECP discharge to the annular gap.EFFECT: technical result is higher efficiency of submersible pumping unit for pumping liquid with limited size, simplified technology of its installation on well and reduced metal consumption.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к погружным насосным установкам для закачки жидкости из водоносного пласта в нефтеносный пласт с целью поддержания пластового давления.The invention relates to the oil industry, namely to submersible pumping units for pumping fluid from an aquifer into an oil reservoir in order to maintain reservoir pressure.

Известна погружная насосная установка для закачки жидкости из водоносного пласта скважины в нефтеносный пласт, содержащая колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с верхним и нижним пакерами, установленными выше водоносного и нефтеносного пластов соответственно, и с внутренней перегородкой между пакерами, плунжерный насос, размещенный в колонне труб выше внутренней перегородки, узел герметизации колонны труб со штангами плунжерного насоса на устье скважины, причем пространство колонны труб между плунжерным насосом и внутренней перегородкой сообщено с водоносным пластом, а заколонное пространство выше верхнего пакера - с нефтеносным пластом, при этом колонна труб выше плунжерного насоса оснащена сквозными отверстиями (Пат. №2321729 РФ, Е21В 43/14, 2006).Known submersible pumping unit for pumping fluid from the aquifer of the well into the oil reservoir, containing a string of tubing with upper and lower packers installed above the aquifer and oil reservoirs, respectively, and with an internal baffle between the packers, a plunger pump located in a pipe string above the internal baffle, a pipe string sealing unit with plunger pump rods at the wellhead, the pipe string space between the plunger pump and the internal baffle being in communication with the aquifer, and the annulus above the upper packer with the oil reservoir, with the pipe string above the plunger the pump is equipped with through holes (Pat. No. 2321729 of the Russian Federation, ЕВВ 43/14, 2006).

Недостатком известной погружной насосной установки является низкая эффективность для закачки в нефтеносный пласт больших объемов жидкости из-за ограниченной производительности применяемого в ней плунжерного насоса. К числу других недостатков установки следует отнести высокую трудоемкость и длительность монтажа ее наземной части, включающей громоздкую опорную раму, двигатель, механический редуктор и ременную передачу. И, наконец, установка характеризуется высокой металлоемкостью, поскольку спускается в скважину на колонне НКТ.A disadvantage of the known submersible pump installation is its low efficiency for pumping large volumes of fluid into the oil reservoir due to the limited performance of the plunger pump used in it. Other disadvantages of the installation include the high complexity and duration of the installation of its ground part, including a bulky support frame, engine, mechanical gearbox and belt drive. And finally, the installation is characterized by high metal consumption, since it goes down into the well on the tubing string.

Известна скважинная насосная установка для закачки жидкости, содержащая подвешенные на колонне верхний винтовой насос и нижний винтовой насос, на котором с кольцевым зазором установлен кожух, привод винтовых насосов, полированный шток с сальником, соединяющим червячные валы винтовых насосов, и пакер между пластами, сквозь который пропущен хвостовик нижнего винтового насоса, при этом кольцевой зазор сообщает выходные радиальные отверстия нижнего винтового насоса с пазами, выполненными в пределах его входных радиальных отверстий и сообщающимися с нижним пластом через патрубок (Пат. №2284410 РФ, Е21В 43/40, 2006).A well-known pumping unit for pumping fluid is provided, comprising an upper screw pump and a lower screw pump suspended on a column, on which a casing is mounted with an annular gap, a screw pump drive, a polished rod with an oil seal connecting the worm shafts of screw pumps, and a packer between the layers through which the shank of the lower screw pump is missing, while the annular gap communicates the output radial holes of the lower screw pump with grooves made within its inlet radial holes and communicating with the lower layer through the pipe (Pat. No. 2284410 of the Russian Federation, ЕВВ 43/40, 2006).

Скважинная насосная установка имеет следующие недостатки:A downhole pump installation has the following disadvantages:

- малую эффективность по закачке жидкости вследствие использования в ней винтового насоса, характеризующегося низкой производительностью;- low efficiency in liquid injection due to the use of a screw pump in it, characterized by low productivity;

- наличие стационарного наземного оборудования (двигателя, редуктора, клиноременной передачи), удлиняющего и удорожающего процесс монтажа;- the presence of stationary ground-based equipment (engine, gearbox, V-belt drive) that lengthens and increases the cost of the installation process;

- высокую металлоемкость из-за подвески на колонне НКТ;- high metal consumption due to the suspension on the tubing string;

- эрозионный износ кожуха в области изменения направления потока жидкости с восходящего на нисходящий.- erosive wear of the casing in the area of changing the direction of fluid flow from ascending to descending.

Известна погружная насосная установка для закачки жидкости, содержащая подвешенные на колонне НКТ ниже водоносного пласта двухсторонний погружной электродвигатель с верхней и нижней гидрозащитами, электроцентробежный насос с верхним входным модулем и электроцентробежный насос перевернутого типа с нижним входным модулем, погружной расходомер и хвостовик, снабженный пакером выше нефтеносного пласта (Пат. ПМ №132836 РФ, Е21В 43/14, 2013).Known submersible pumping unit for pumping fluid containing suspended on the tubing string below the aquifer, a double-sided submersible electric motor with upper and lower hydraulic protections, an electric centrifugal pump with an upper input module and an inverted electric centrifugal pump with a lower input module, a submersible flow meter and a liner equipped with a packer above the oil reservoir layer (Pat. PM No. 1322836 of the Russian Federation, ЕВВ 43/14, 2013).

Недостатком погружной насосной установки является повышенная металлоемкость и громоздкость из-за наличия колонны НКТ, а также ограниченная производительность закачки жидкости из водоносного пласта в нефтеносный пласт, поскольку часть жидкости из водоносного пласта откачивается на поверхность.The disadvantage of a submersible pump installation is the increased metal consumption and cumbersomeness due to the presence of the tubing string, as well as the limited productivity of pumping fluid from the aquifer to the oil reservoir, since part of the fluid from the aquifer is pumped to the surface.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является погружная насосная установка для закачки жидкости, включающая размещенные на колонне НКТ погружной электродвигатель с верхней и нижней гидрозащитами, входной модуль, электроцентробежный насос перевернутого типа, погружной расходомер и хвостовик с пакером, отделяющим водоносный пласт от нефтеносного пласта (Производственная компания "Борец". Установки УЭЦНВ для селективной закачки, borets.ru/technology).Closest to the technical nature of the claimed is a submersible pumping unit for pumping fluid, which includes a submersible electric motor with upper and lower hydraulic protectors, an inlet module, an inverted-type electric centrifugal pump, a submersible flow meter and a liner with a packer that separates the aquifer from the oil reservoir ( Production company "Borets". ESP installations for selective injection, borets.ru/technology).

Недостатком принятой в качестве прототипа погружной насосной установки для закачки жидкости является использование колонны НКТ в качестве средства для спуска, что увеличивает металлоемкость установки, а также удорожает и удлиняет процесс монтажа. Другой недостаток установки состоит в невысокой производительности по закачке, что особенно проявляется в скважинах с небольшим диаметром.The disadvantage of a submersible pumping unit used as a prototype for pumping liquid is the use of a tubing string as a means for descent, which increases the metal consumption of the installation, as well as increases the cost and length of the installation process. Another disadvantage of the installation is the low productivity of injection, which is especially manifested in wells with small diameters.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности погружной насосной установки для закачки жидкости, упрощение технологии ее монтажа на скважине и снижение металлоемкости.The objective of the present invention is to increase the performance of a submersible pumping unit for pumping fluid, simplifying the technology of its installation in the well and reducing metal consumption.

Указанный технический результат достигается тем, что погружная насосная установка для закачки жидкости, содержащая средство для спуска, электродвигатель с верхней и нижней гидрозащитами, электроцентробежный насос перевернутого типа, входной модуль, и хвостовик с пакером, отделяющим водоносный пласт от нефтеносного пласта, согласно изобретению, снабжена вторым электроцентробежным насосом перевернутого типа меньшего диаметра, присоединенным к первому насосу посредством входного устройства, второй насос окружен кожухом с образованием кольцевого зазора, который гидравлически сообщен с хвостовиком, во входном устройстве выполнены радиальные каналы для поступления жидкости во второй насос и продольные каналы, соединяющие выкид первого насоса с кольцевым зазором, а средством для спуска служит грузонесущий кабель.The specified technical result is achieved by the fact that the submersible pumping unit for pumping liquid containing a descent means, an electric motor with upper and lower hydraulic protections, an inverted type electric centrifugal pump, an input module, and a shank with a packer separating the aquifer from the oil reservoir, according to the invention, is equipped a second inverted type electric centrifugal pump of a smaller diameter connected to the first pump by means of an input device, the second pump is surrounded by a casing to form an annular gap, which is hydraulically connected to the shank, radial channels for fluid flow into the second pump and longitudinal channels connecting the discharge of the first are made in the input device pump with an annular gap, and a means for descent is a load-carrying cable.

На фиг. 1 показан общий вид погружной насосной установки для закачки жидкости; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема монтажа и спуска установки в скважину.In FIG. 1 shows a general view of a submersible pumping unit for pumping liquid; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a diagram of mounting and lowering the installation into the well.

Погружная насосная установка для закачки жидкости содержит расположенные сверху вниз грузонесущий кабель 1, служащий средством для спуска, грузонесущую муфту 2, верхнюю гидрозащиту 3, маслонаполненный электродвигатель 4, нижнюю гидрозащиту 5, входной модуль 6, первый электроцентробежный насос (ЭЦН) перевернутого типа 7, входное устройство 8, второй ЭЦН перевернутого типа 9 и хвостовик 10 (фиг. 1). Второй ЭЦН 9 имеет наружный диаметр меньше, чем первый ЭЦН 7, и окружен кожухом 11. Между кожухом 11 и вторым ЭЦН 9 образован кольцевой зазор 12. Входное устройство 8 имеет радиальные каналы 13 для поступления жидкости во второй ЭЦН 9 и не сообщающиеся с ними продольные каналы 14, которые соединяют выкид первого ЭЦН 7 с кольцевым зазором 12 (фиг. 2). Находящийся во входном устройстве 8 вал 15 соединен муфтами (не показаны) с валом первого ЭЦН 7 и с валом второго ЭЦН 9. Выкид из второго ЭЦН 9 и полость кольцевого зазора 12 гидравлически сообщены с хвостовиком 10. На хвостовике 10 установлен пакер 16, отделяющий водоносный пласт 17 от нефтеносного пласта 18. Пакер 16 может быть выполнен, например, из набухающего в жидкости полимерного материала. Для предупреждения засорения нефтеносного пласта 18 твердыми частицами, содержащимися в жидкости водоносного пласта 17, на выходе хвостовика 10 может быть установлен скважинный фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью (не показан). Кроме того, погружная насосная установка может быть укомплектована погружным расходомером 19 для учета объема жидкости, закачиваемой в нефтеносный пласт, и предохранительным клапаном 20.The submersible pumping unit for pumping liquid contains a load-carrying cable 1 located from top to bottom, which serves as a means for descent, a load-carrying sleeve 2, an upper hydraulic protection 3, an oil-filled electric motor 4, a lower hydraulic protection 5, an input module 6, the first inverted-type electric centrifugal pump (ESP) 7, an input the device 8, the second ESP of an inverted type 9 and the shank 10 (Fig. 1). The second ESP 9 has an outer diameter smaller than the first ESP 7 and is surrounded by a casing 11. An annular gap 12 is formed between the casing 11 and the second ESP 9. The input device 8 has radial channels 13 for liquid to enter the second ESP 9 and not longitudinally connected with them channels 14 that connect the discharge of the first ESP 7 to the annular gap 12 (Fig. 2). The shaft 15 located in the input device 8 is connected by couplings (not shown) to the shaft of the first ESP 7 and to the shaft of the second ESP 9. The discharge from the second ESP 9 and the annular cavity 12 are hydraulically connected to the shank 10. A packer 16 is installed on the shank 10, which separates the aquifer formation 17 from the oil reservoir 18. The packer 16 may be made, for example, of a swellable polymer material in a liquid. To prevent clogging of the oil reservoir 18 with solid particles contained in the fluid of the aquifer 17, a downhole filter with an internal filter surface (not shown) can be installed at the outlet of the liner 10. In addition, the submersible pump installation can be equipped with a submersible flow meter 19 to account for the volume of fluid pumped into the oil reservoir, and a safety valve 20.

Погружная насосная установка для закачки жидкости работает следующим образом.Submersible pumping unit for pumping liquid works as follows.

Монтаж и спуск погружной насосной установки на грузонесущем кабеле 1 выполняют с помощью мобильного комплекса на базе автомобильного шасси 22 за один подход к скважине (фиг. 3). Спуск установки завершают по достижению хвостовиком 10 нефтеносного пласта 18, после чего с помощью пакера 16 выполняют разобщение межтрубного пространства между хвостовиком 10 и скважиной 21. Затем герметизируют грузонесущий кабель 1 на устье скважины посредством специального модуля, устанавливаемого на стандартную фонтанную арматуру 23. На приведение заявляемой погружной насосной установки в рабочее состояние затрачивается существенно меньше времени, чем для прототипа, спускаемого в скважину на НКТ, что позволяет в короткие сроки приступить к закачке жидкости в нефтеносный пласт. От станции управления подводится питающее напряжение к маслонаполненному электродвигателю 4 по грузонесущему кабелю 1 и токопроводящим жилам (не показаны) в грузонесущей муфте 2 и верхней гидрозащите 3 (фиг. 1). Электродвигатель 4 приводится во вращение, которое передается через нижнюю гидрозащиту 5 и входной модуль 6 к первому ЭЦН 7, а от него через вал 15 входного устройства 8 ко второму ЭЦН 9. Напорно-расходные характеристики первого ЭЦН 7 и второго ЭЦН 9 подбираются с учетом горно-геологических условий водоносного 17 и нефтеносного 18 пластов.Installation and descent of a submersible pump installation on a load-carrying cable 1 is performed using a mobile complex based on an automobile chassis 22 in one approach to the well (Fig. 3). The descent of the installation is completed when the liner 10 reaches the oil reservoir 18, after which, using the packer 16, the annulus between the liner 10 and the well 21 is uncoupled. Then, the load-carrying cable 1 is sealed at the wellhead by means of a special module installed on a standard flowing armature 23. A submersible pump installation in operating condition takes significantly less time than for a prototype lowered into a well on a tubing, which allows you to quickly start pumping fluid into the oil reservoir. A supply voltage is supplied from the control station to the oil-filled electric motor 4 via a load-carrying cable 1 and conductive wires (not shown) in the load-carrying sleeve 2 and the upper hydraulic protection 3 (Fig. 1). The electric motor 4 is driven into rotation, which is transmitted through the lower hydraulic protection 5 and the input module 6 to the first ESP 7, and from it through the shaft 15 of the input device 8 to the second ESP 9. The pressure-flow characteristics of the first ESP 7 and the second ESP 9 are selected taking into account the mining -Geological conditions of the aquifer 17 and oil-bearing 18 layers.

Жидкость из водоносного пласта 17 всасывается через входной модуль 6 в первый ЭЦН 7, приобретает в нем необходимый напор и движется затем по продольным каналам 14 и кольцевому зазору 12 в хвостовик 10. Одновременно жидкость втекает через радиальные каналы 13 входного устройства 8 во второй ЭЦН 9, пройдя который и приобретя напор попадает в хвостовик 10. Таким образом в хвостовике 10 сливаются потоки жидкости из последовательно соединенных, но параллельно работающих первого и второго ЭЦН 7 и 9. Из хвостовика 10 жидкость попадает в нефтеносный пласт 18 через погружной расходомер 19, который осуществляет общий контроль поступающего количества жидкости. При повышенном содержании твердых частиц жидкость проходит через присоединяемый в этом случае к хвостовику фильтр и в очищенном виде попадает в нефтеносный пласт 18.The fluid from the aquifer 17 is sucked through the input module 6 into the first ESP 7, acquires the necessary pressure in it and then moves along the longitudinal channels 14 and the annular gap 12 into the shank 10. At the same time, the fluid flows through the radial channels 13 of the input device 8 into the second ESP 9, having passed which and having acquired a pressure, it enters the liner 10. Thus, in the liner 10, fluid flows from the first and second ESPs 7 and 9 connected in parallel, but parallel from the liner 10, the liquid enters the oil reservoir 18 through an immersion flow meter 19, which performs a common control of the incoming amount of fluid. With an increased content of solid particles, the liquid passes through the filter attached in this case to the liner and, in purified form, enters the oil reservoir 18.

Заявляемая погружная насосная установка при ограниченном наружном диаметре имеет повышенную производительность по закачке жидкости в нефтеносный пласт за счет одновременно функционирующих первого и второго ЭЦН перевернутого типа, что позволяет в полной мере реализовывать потенциальные возможности водоносного пласта. Кроме того, в погружной насосной установке в качестве средства для спуска применяется грузонесущий кабель, благодаря чему существенно уменьшается металлоемкость установки и упрощается ее монтаж на скважине.The inventive submersible pumping unit with a limited external diameter has an increased productivity for pumping fluid into the oil reservoir due to the simultaneously functioning first and second ESP of an inverted type, which allows to fully realize the potential capabilities of the aquifer. In addition, in a submersible pump installation, a load-carrying cable is used as a means for launching, which significantly reduces the metal consumption of the installation and simplifies its installation in the well.

Claims

SUBSTANCE: submersible pumping unit for pumping liquid containing a descent means, an electric motor with upper and lower hydraulic protections, an inverted type electric centrifugal pump, an input module and a liner with a packer separating the aquifer from the oil reservoir, characterized in that the installation is equipped with a second inverted type electric centrifugal pump diameter connected to the first pump through the input device, the second pump is surrounded by a casing with the formation of an annular gap, which is hydraulically connected to the shank, in the input device there are made radial channels for the liquid to enter the second pump and longitudinal channels connecting the discharge of the first pump with the ring gap, and means for descent is a load-carrying cable.