входное устройство скважинного насоса

Формула изобретения

1. Входное устройство скважинного насоса, содержащее соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, один конец которого выведен за отстойную камеру, а отстойная камера имеет в нижней части входной канал с сечением, меньшим проходного сечения отстойной камеры, отличающееся тем, что входное устройство дополнительно снабжено стаканом, выполненным с отверстиями в верхней части и сообщенным с отстойной камерой входным каналом, выполненным в виде трубки, размещенной в стакане, нижний конец которой расположен ниже отверстий стакана, а верхний конец расположен в отстойной камере на некотором расстоянии от ее дна, при этом площадь кольцевого сечения между трубкой и стаканом выбрана таким образом, что максимальная скорость течения воды вниз в этом сечении может превышать скорость всплытия нефти в воде не более чем в два раза, а минимальный объем кольцевого пространства между трубкой и стаканом должен быть не менее половины объема жидкости, поступающей в насос при всасывании.

2. Входное устройство скважинного насоса по п.1, отличающееся тем, что трубка в стакане размещена эксцентрично.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для поочередной подачи на прием скважинного насоса нефти и воды при эксплуатации обводненных скважин осложненных образованием высоковязкой водонефтяной эмульсии в колонне насосно-компрессорных труб.

Известно "Входное устройство скважинного насоса" (патент СССР №1782294, кл. F 04 D 13/12, 1992 г., Бюл. №46), содержащее два подводящих патрубка, входы которых расположены на разных уровнях и направлены в противоположные стороны по вертикали, а выходы через соединительное приспособление, выполненное в виде трубки, имеющей нижний и верхний U-образные участки, подсоединены к приемному патрубку насоса в верхней части верхнего U-образного участка.

Недостатками устройства являются:

- невозможность отделения механических примесей от проходящих через устройство жидкостей, что снижает надежность работы насосной установки;

- попадание нефти в устройство при отборе воды через направленный вниз патрубок, что снижает надежность работы устройства, поскольку происходит снижение расчетной плотности воды в этом патрубке и нарушение гравитационного гидростатического взаимодействия столбов жидкостей в подводящих патрубках, приводящее к снижению стабильности переключения устройства с отбора воды на отбор нефти и обратно.

Более близким по технической сущности и достигаемому результату является "Способ добычи нефти и устройство для его осуществления" (патент РФ № 2117138, кл. Е 21 В 43/00, F 04 D 13/12, 1998 г., Бюл. №22). Устройство для добычи нефти, включающее U-образный подводящий патрубок, переводник приемной части скважинного насоса и отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, выполненный с коротким и длинным плечами, конец короткого плеча которого размещен в отстойной камере вблизи входа в переводник приемной части скважинного насоса, а конец длинного плеча выведен за отстойную камеру и размещен выше входа в переводник, при этом отстойная камера имеет в нижней части входной канал с проходным сечением, меньшим проходного сечения отстойной камеры, а низ U-образного подводящего патрубка размещен на одном уровне с входным каналом отстойной камеры.

Недостатком этого устройства является возможность попадания в устройство нефти во время отбора воды через входной канал в нижней части отстойной камеры, что снижает надежность работы устройства, поскольку приводит к уменьшению разности плотностей жидкостей, поступающих в устройство, нарушению расчетного гравитационного гидростатического взаимодействия столбов жидкостей в U-образном подводящем патрубке и полости отстойной камеры, приводящее к снижению стабильности переключения устройства с отбора воды на отбор нефти и обратно.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы повысить надежность работы входного устройства за счет исключения возможности попадания в него нефти при отборе воды путем подбора геометрических параметров входного устройства.

Указанная техническая задача решается входным устройством скважинного насоса, содержащим соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, конец которого выведен за отстойную камеру, а отстойная камера имеет в нижней части входной канал с сечением, меньшим проходного сечения отстойной камеры.

Новым является то, что входное устройство дополнительно снабжено стаканом, выполненным с отверстиями в верхней части и сообщенным с отстойной камерой входным каналом, выполненным в виде трубки, размещенной в стакане, нижний конец которой расположен ниже отверстий стакана, а верхний конец расположен в отстойной камере на некотором расстоянии от ее дна, при этом площадь кольцевого сечения между трубкой и стаканом выбрана таким образом, что максимальная скорость течения воды вниз в этом сечении может превышать скорость всплытия нефти в воде не более чем в два раза, а минимальный объем кольцевого пространства между трубкой и стаканом должен быть не менее половины объема жидкости, поступающей в насос при всасывании.

Новым является также то, что трубка в стакане размещена эксцентрично.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, то есть о соответствии заявляемого решения критерию "технический уровень" и "существенные отличия".

На чертеже представлена принципиальная схема входного устройства.

Входное устройство содержит соединенную с переводником 1 приемной части насоса отстойную камеру 2, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок 3. Конец 4 U-образного подводящего патрубка 3 выведен за отстойную камеру 2, в нижней части которой имеется входной канал 5, сообщающий полость стакана 6 с отстойной камерой 2. Стакан 6 выполнен с отверстиями 7, расположенными в верхней его части. Входной канал 5 выполнен в виде трубки 8, эксцентрично размещенной в стакане 5. Нижний конец 9 трубки 8 расположен ниже отверстий 7 стакана 6, а верхний конец 10 трубки 8 расположен в отстойной камере 2 на некотором расстоянии от ее дна 11. Входное устройство вместе со скважинным насосом опускается на заданную глубину в скважину 12.

Входное устройство работает следующим образом.

Поступающая в скважину 12 пластовая жидкость под действием гравитационных сил разделяется на нефть и воду. В установившемся режиме работы насосной установки граница раздела воды и нефти в скважине находится в пределах высоты устройства, поскольку происходит переключение устройства на отбор либо воды через отверстия 7 стакана 6, либо нефти через U-образный подводящий патрубок 3.

Поскольку разделение пластовой жидкости на нефть и воду в скважине происходит постоянно, нефть, имеющая меньшую плотность, всплывает в воде, перемещается вверх по стволу скважины и при переключении входного устройства на отбор воды вместе с ней поступает через отверстия 7 в стакан 6.

Площадь кольцевого сечения между трубкой 8 и стаканом 6 выбрана таким образом, что максимальная скорость течения воды вниз в этом сечении может превышать скорость всплытия нефти в воде не более чем в два раза, при этом минимальный объем кольцевого пространства между трубкой 8 и стаканом 6 должен быть не менее половины объема жидкости, поступающей в насос при всасывании.

Такое выполнение входного устройства исключает попадание нефти в трубку 8 и далее в отстойную камеру 2, поскольку течение жидкости вниз в стакане 6 происходит только при всасывании насоса, а всплытие нефти относительно воды происходит постоянно. При вышеуказанном условии выполнения площади кольцевого сечения между трубкой 8 и стаканом 6 капли нефти смогут пройти вниз лишь половину расстояния, на которое сможет переместиться вниз вода. Затем при нагнетательном ходе плунжера, когда всасывающий клапан насоса закрыт, а вода в стакане находится в покое, вся нефть, поступившая в стакан 6 вместе с водой в течение всасывающего хода насоса, успевает всплыть и выйти из стакана.

Расположение верхнего конца 10 трубки 8 в отстойной камере 2 на некотором расстоянии от ее дна 11 предотвращает попадание механических примесей, оседающих на дне 11 отстойной камеры 2, в полость стакана 6.

Эксцентричность расположения трубки 8 в стакане 6 благоприятствует всплытию нефти, попавшей вместе с водой в кольцевое пространство между трубкой и стаканом, поскольку по законам гидравлики пропускная способность эксцентричного кольцевого канала до 2,5 раз выше пропускной способности концентричного канала при равных площадях их сечений.

Далее циклы повторяются.

Конструкция входного устройства исключает попадание нефти в каналы, по которым перемещается вода, что повышает надежность работы устройства при заданных параметрах свойств воды и нефти и режимах откачки продукции скважины за счет повышения стабильности переключения устройства с отбора воды на отбор нефти и обратно и исключения возможности отказов устройства в работе.

Условия выбора площади кольцевого сечения между трубкой и стаканом входного устройства, обеспечивающие работоспособность устройства, позволяют выполнить его компактным, что важно для скважинного оборудования, размещаемого в ограниченном пространстве скважины.

Предлагаемое входное устройство скважинного насоса было испытано на ряде скважин с обводненной нефтью. До использования входных устройств в процессе работы насосных установок в колоннах насосно-компрессорных труб (НКТ) этих скважин образовывалась высоковязкая водонефтяная эмульсия, при этом значительно возрастали амплитуды нагрузок в точке подвеса штанг, следствием чего были низкие межремонтные периоды (МРП) и периодические промывки НКТ.

Использование входного устройства скважинного насоса на данных скважинах позволило исключить промывки НКТ и снизить на 20-50% амплитуду нагрузок в ТПШ, что позволит в 1,5-2 раза увеличить МРП работы насосных установок. Кроме того, использование входного устройства позволит увеличить на 10-15% темпы отбора жидкости из скважины за счет снижения динамического уровня и соответственно давления на приеме насоса. Выделяющийся при этом из продукции свободный газ не снизит коэффициент подачи насоса, поскольку устройство исключает попадание газа на прием насоса.