RU2278959C2 - Submersible pumping installation for oil production - Google Patents

Abstract

FIELD: oil industry, particularly pumping oil production from wells characterized by mechanical injuries in well product.

SUBSTANCE: pumping installation comprises pump lowered in well and provided with submersible electrical motor, centrifugal solid particle separator and precipitation tank. Centrifugal solid particle separator is arranged below submersible electrical motor and may transmit torque from submersible electrical motor shaft to centrifugal solid particle separator shaft. Centrifugal solid particle separator rotor is enclosed with fixed helical grid. Helical grid blade direction is opposite to direction of centrifugal solid particle separator rotor rotation.

EFFECT: increase efficiency and reliability of pumping installation operation for oil production from well with high content of suspension solid particles.

6 cl, 3 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 эксплуатации нефтяных скважин, содержащее спущенный в скважину погружной насос и расположенные под ним на пакере песочный якорь и накопитель (Габдуллин Р.Ф. Эксплуатация скважин, оборудованных УЭЦН, в осложненных условиях. - Нефтяное хозяйство, 2002, №4, с.62-64). Это устройство имеет ограниченный набор функциональных возможностей вследствие использования малоэффективного процесса гравитационной сепарации.A device for operating oil wells containing a submersible pump lowered into a well and a sand anchor and a reservoir located beneath it on a packer (Gabdullin R.F. Operation of wells equipped with ESPs in difficult conditions. - Oil industry, 2002, No. 4, p. 62-64). This device has a limited set of functionality due to the use of ineffective gravitational separation process.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для добычи нефти, содержащее спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник (патент России №2183256, кл. Е 21 В 43/00, 43/38, F 04 В 47/00, 2002). Известное устройство имеет низкую эффективность и надежность вследствие проведения 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. Низкая эффективность и надежность известного технического решения обусловлены также отсутствием защиты от выпадения солей.Closest to the claimed invention is a device for oil production containing a lowered pump with a submersible motor pump, a centrifugal separator of solid particles and a sump (Russian patent No. 2183256, CL E 21 V 43/00, 43/38, F 04 V 47 / 00, 2002). The known device has low efficiency and reliability due to the 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. The low efficiency and reliability of the known technical solutions are also due to the lack of protection against loss of salts.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности эксплуатации насосной установки для добычи нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц, а также возможность существенного увеличения диаметрального габарита сепаратора для повышения производительности сепаратора.The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of the operation of a pumping unit for oil production from wells with a high concentration of suspended solids, as well as the possibility of a significant increase in the diameter of the separator to increase the performance of the separator.

Повышение эффективности и надежности эксплуатации в погружной насосной установке для добычи нефти, содержащей спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник достигается тем, что 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 ротор центробежного сепаратора твердых частиц окружен неподвижной винтовой решеткой, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора центробежного сепаратора твердых частиц.Improving the efficiency and reliability of operation in a submersible pumping unit for oil production, containing a submersible electric motor pump, a centrifugal particulate separator and a settler, is achieved by the fact that the centrifugal particulate separator is located below the submersible motor with the possibility of transmitting torque from the shaft of the submersible motor to the shaft of the centrifugal separator of solid particles, while the rotor of the centrifugal separator of solid particles is surrounded by a fixed screw a honeycomb, the course of cutting of the blades of which is opposite to the direction of rotation of the rotor of the centrifugal separator of solid particles.

В одном из вариантов выполнения установки погружной электродвигатель имеет кожух, гидравлически связанный в верхней части с приемом насоса, а в нижней части - с выходом очищенной жидкости из центробежного сепаратора твердых частиц.In one embodiment of the installation, the submersible motor has a casing hydraulically connected in the upper part to the intake of the pump, and in the lower part, with the outlet of the purified liquid from the centrifugal separator of solid particles.

В других вариантах установки вал погружного электродвигателя и вал ротора центробежного сепаратора твердых частиц соединены посредством герметичной муфты, внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины, нижний конец трубы расположен глубже интервала перфорации скважины. Ниже отстойника может быть расположен сообщенный с полостью скважины контейнер с брикетами, содержащими ингибиторы солеотложений.In other embodiments of the installation, the shaft of the submersible motor and the rotor shaft of the centrifugal separator of solid particles are connected by means of a hermetic coupling, 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 cavity of the well, the lower end of the pipe is located deeper than the interval of perforation of the well . A container with briquettes containing scale inhibitors may be located below the sump.

Указанные выше отличительные признаки изобретения позволяют эффективно защитить насос от износа и засорения твердыми частицами, поступающими из пласта, а также избежать солеотложений.The above distinguishing features of the invention can effectively protect the pump from wear and clogging with solid particles coming from the reservoir, as well as to avoid scaling.

Как показывает нефтепромысловая практика, засорение насосов абразивами (проппант после гидравлического разрыва пласта и песок) негативно влияет на наработки установок погружных электроцентробежных насосов. Крупнодисперсные фракции засоряют любые насосы, что не позволяет износостойким (более дорогим) конструкциям показать ощутимые преимущества перед традиционными насосами с рабочими органами из серого чугуна.As oilfield practice shows, pump clogging with abrasives (proppant after hydraulic fracturing and sand) negatively affects the operating time of submersible electric centrifugal pump installations. Coarse fractions clog any pumps, which does not allow wear-resistant (more expensive) structures to show tangible advantages over traditional pumps with working parts made of gray cast iron.

Исследования в области изменения уровня механических примесей (Маркелов Д.В. Опыт эксплуатации УЭЦН в условиях интенсификации добычи нефти и роль сервиса в работе погружного комплекса. - Доклады XI ВСЕРОССИЙСКОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ОАО «АЛНАС». - М.: АЛНАС. - 2002 г.) показали, что интенсивность выноса имеет резкие пики (концентрация твердых частиц увеличивается в несколько раз) при изменении параметров - при запусках насосных установок или увеличениях частоты тока в процессе работы, но значительно снижается при стабильной долговременной работе системы.Research in the field of changes in the level of mechanical impurities (Markelov D.V. Operational experience of ESPs in conditions of intensification of oil production and the role of service in the operation of a submersible complex. - Reports of the XI ALL-RUSSIAN TECHNICAL CONFERENCE OJSC ALNAS. - M .: ALNAS. - 2002. ) showed that the removal rate has sharp peaks (the concentration of solid particles increases several times) when changing parameters - when starting up the pumping units or increasing the frequency of the current during operation, but significantly decreases with a stable long-term Handling system.

Поэтому с практической точки зрения важно защитить насос именно от резких пиков уровня взвешенных частиц абразивов, что и обеспечивается с помощью предлагаемого технического решения. При этом энергопотребление вырастет незначительно - (не более 3-5%), а наработка на отказ будет выше в несколько раз, причем не потребуется дорогостоящих мероприятий по укреплению подвески, да и сама глубина подвески насоса не претерпит изменений.Therefore, from a practical point of view, it is important to protect the pump precisely from sharp peaks in the level of suspended particles of abrasives, which is ensured by the proposed technical solution. At the same time, energy consumption will increase insignificantly - (no more than 3-5%), and MTBF will be several times higher, and expensive measures to strengthen the suspension will not be required, and the pump suspension depth itself will not change.

На фиг.1 представлена схема погружной насосной установки для добычи нефти, на фиг.2 - вариант выполнения установки с кожухом, на фиг.3 - схема расположения контейнера с брикетами, содержащими ингибиторы солеотложений.Figure 1 presents a diagram of a submersible pumping unit for oil production, figure 2 is an embodiment of the installation with a casing, figure 3 is a layout of a container with briquettes containing scale inhibitors.

Погружная насосная установка для добычи нефти (см. фиг.1) 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 (see figure 1) 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 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 посредством герметичной (например, магнитной) муфты 9. Внутри отстойника 4 размещена труба 10, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора 3 твердых частиц, а нижний конец 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 particle separator 3 can be connected by means of an airtight (for example, magnetic) coupling 9. Inside the sump 4, a pipe 10 is placed, the upper end of which is located below the centrifugal separator 3 of solid particles, and the lower end 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.

В варианте выполнения установки (см. фиг.2) погружной электродвигатель 2 снабжен кожухом 19, сообщенным в верхней части с приемом насоса 1 и имеющим в нижней части гидравлическую связь с выходом 15 очищенной жидкости из центробежного сепаратора 3 твердых частиц.In an embodiment of the installation (see Fig. 2), the submersible motor 2 is equipped with a casing 19, connected in the upper part to the intake of the pump 1 and having a hydraulic connection in the lower part with the outlet 15 of the purified liquid from the centrifugal separator 3 of solid particles.

В другом варианте установки (см. фиг.3) ниже отстойника 4 расположен контейнер 20 с брикетами 21, содержащими ингибиторы солеотложений.In another embodiment of the installation (see figure 3) below the sump 4 is a container 20 with briquettes 21 containing scale inhibitors.

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 the 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 sump 4. The purified liquid goes to the output line 15 of the separator 3.

В зависимости от варианта выполнения установки чистая жидкость идет далее либо в зазор между эксплуатационной колонной скважины 5 и погружным электродвигателем 2, либо в зазор между кожухом 19 и двигателем 2 (при снабжении установки кожухом 19). Затем очищенная жидкость поступает в насос 1, который нагнетает ее на поверхность.Depending on the embodiment of the installation, pure liquid goes either into the gap between the production casing of the well 5 and the submersible motor 2, or into the gap between the casing 19 and the engine 2 (when the casing is equipped with the casing 19). Then the purified liquid enters the pump 1, which pumps it to the surface.

Для того чтобы предотвратить при отсутствии кожуха 19 поступление неочищенной жидкости на прием насоса 1, минуя сепаратор твердых частиц 3, на валу 8 устанавливается ротор 6 с подачей, большей производительности насоса 1. 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, создавая при этом 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 подач ротора 6 центробежного сепаратора твердых частиц и насоса 1.In order to prevent, in the absence of a casing 19, the intake of untreated liquid at the intake of pump 1, bypassing the separator of solid particles 3, a rotor 6 is installed on the shaft 8 with a supply greater than the capacity of the pump 1. During rotation, the rotor 6 creates a pressure head, and part of the purified liquid from outlet 15 a centrifugal separator 3 is directed to its entrance 14 down the annular space between the outer surface of the centrifugal separator 3 and the inner surface of the production casing of the well 5, creating a hydraulic shutter , preventing the flow of untreated liquid with solid particles to the intake of pump 1, bypassing the centrifugal separator 3. The flow rate of the purified liquid coming down and creating a water trap is equal to the difference in the feeds of the rotor 6 of the centrifugal separator of solid particles and pump 1.

При переполнении отстойника 4 (это может произойти в случае длительной откачки продукции с очень высоким содержанием механических примесей) твердые частицы поступают по трубе 10 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 into the sump 13 of the well 5, located below the perforation interval 11.

В варианте выполнения установки ротор 6 центробежного сепаратора 3 приводится во вращение от погружного электродвигателя 2 с помощью герметичной муфты 9. Это дает возможность избежать дополнительного торцового уплотнения и повысить надежность эксплуатации.In an embodiment of the installation, the rotor 6 of the centrifugal separator 3 is driven into rotation from the submersible motor 2 by means of a hermetic clutch 9. This makes it possible to avoid an additional mechanical seal and increase the reliability of operation.

В другом варианте установки поток скважинной продукции проходит через контейнер 20, постепенно растворяя брикеты 21 ингибиторов солеотложений. При этом устраняется опасность выпадения отложений солей, усиливающих негативное влияние механических примесей.In another embodiment of the installation, the flow of well products passes through the container 20, gradually dissolving the briquettes 21 of scale inhibitors. This eliminates the risk of salt deposits, enhancing the negative impact of mechanical impurities.

Очищенная жидкость нагнетается насосом 1 по насосно-компрессорным трубам 18 на поверхность.The purified liquid is pumped by the pump 1 through the tubing 18 to the surface.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет избежать засорения и износа насосов твердыми частицами, предотвращает солеотложения, что существенно повышает эффективность и надежность насосной добычи нефти по сравнению с известными изобретениями.Thus, the proposed technical solution avoids clogging and wear of the pumps by solid particles, prevents scaling, which significantly increases the efficiency and reliability of pumping oil production in comparison with the known inventions.

Область применения предлагаемого изобретения - оборудованные погружными насосами скважины с концентрацией взвешенных твердых частиц в жидкости более 100 мг/л и опасностью выпадения отложений солей. В настоящее время такие скважины составляют подавляющее большинство от действующего фонда скважин на месторождениях ведущих нефтяных компаний России («Роснефть», «Сибнефть», «ТНК-ВР», «Славнефть», «ЮКОС» и т.п.), проводящих техническую политику интенсификации добычи нефти.The scope of the invention is well-equipped with submersible pumps with a suspended solids concentration in the liquid of more than 100 mg / l and the risk of salt deposits. Currently, such wells make up the vast majority of the existing well stock in the fields of the leading Russian oil companies (Rosneft, Sibneft, TNK-BP, Slavneft, Yukos, etc.), which have a technical policy intensification of oil production.

Claims (6)

1. Погружная насосная установка для добычи нефти, содержащая спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник, отличающаяся тем, что 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 ротор центробежного сепаратора твердых частиц окружен неподвижной винтовой решеткой, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора центробежного сепаратора твердых частиц.1. Submersible pumping unit for oil production, containing a submersible electric motor pump lowered into the well, a centrifugal particulate separator and a settler, characterized in that the centrifugal particulate separator is located below the submersible motor with the possibility of transmitting torque from the shaft of the submersible motor to the shaft of the centrifugal separator solid particles, while the rotor of the centrifugal separator of solid particles is surrounded by a fixed helical grid, the course of cutting of the blades of which is opposite direction of rotation of the rotor of the centrifugal separator of solid particles. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что погружной электродвигатель имеет кожух, гидравлически связанный в верхней части с приемом насоса, а в нижней части - с выходом очищенной жидкости из центробежного сепаратора твердых частиц.2. Installation according to claim 1, characterized in that the submersible motor has a casing hydraulically connected in the upper part to the intake of the pump, and in the lower part, with the outlet of the purified liquid from the centrifugal separator of solid particles. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вал погружного электродвигателя и вал ротора центробежного сепаратора твердых частиц соединены посредством герметичной муфты.3. Installation according to claim 1, characterized in that the shaft of the submersible motor and the rotor shaft of the centrifugal separator of solid particles are connected by means of a tight coupling. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины.4. Installation according to claim 1, characterized in that 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. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что нижний конец трубы расположен ниже зоны перфорации скважины.5. Installation according to claim 4, characterized in that the lower end of the pipe is located below the perforation zone of the well. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что ниже отстойника расположен сообщенный с полостью скважины контейнер с брикетами, содержащими ингибиторы солеотложений.6. Installation according to claim 5, characterized in that a container with briquettes containing scale inhibitors in communication with the cavity of the well is located below the sump.

Images