RU2649194C2

RU2649194C2 - Oil well pumping unit

Info

Publication number: RU2649194C2
Application number: RU2016127664A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Елена Борисовна Думлер; Олег Юрьевич Думлер; Роза Ильгизовна Вахитова; Вероника Александровна Молчанова
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-03-30

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to the technique of oil production and, in particular, to the technique of lifting the producing production of wells, namely water-gas-oil emulsions. Device comprises a electrical centrifugal pump lowered into the well on the flow string. Above the pump in the cavity of the rising pipes a pneumatic cap for surge dampening is placed, equipped with a check valve installed in its lower part, a throttling channel and a fluid flow swirler. Throttling channel of the pneumatic cap is made on the side surface of the cap. Below the pneumatic cap in the inner cavity of the inner rising pipe, installed coaxially, the area of the liquid flow swirler, made in the form of a spiral, is perforated. Throttling channel is made in the form of a tapered hole, which base is turned inward of the pneumatic cap. Said channel has a plug of the corresponding profile and is located on one axis with a mounting hole on the opposite wall of the pneumatic cap, which is plugged with a screw.

EFFECT: technical result is an increase in the operability and reliability of the plant, a reduction in the vibration of the underground pumping equipment caused by the presence of gas inclusions in pumped products.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к технике подъема добываемой продукции скважин, а именно водогазонефтяных эмульсий.The invention relates to techniques for oil production, in particular to techniques for raising the produced products of wells, namely, oil and gas emulsions.

Известна скважинная насосная установка, которая содержит центробежный насос с электродвигателем, установленный в скважине на колонне подъемных труб пневматический колпак для гашения пульсаций давления в трубах и обратный клапан с осевым дросселирующим каналом (А.с. СССР №612009, 1975 г.).A well-known downhole pump installation, which contains a centrifugal pump with an electric motor, is installed in the well on a column of lifting pipes, a pneumatic cap for damping pressure pulsations in the pipes and a check valve with an axial throttling channel (AS USSR No. 612009, 1975).

Однако данная установка имеет низкую надежность при откачивании жидкости со свободным газом.However, this installation has low reliability when pumping liquid with free gas.

Известна электроцентробежная скважинная насосная установка, содержащая центробежный насос с электродвигателем, установленный в скважине на колонне подъемных труб, пневматический колпак для гашения пульсаций давления в трубах и обратный клапан с осевым дросселирующим каналом. Пневматический колпак расположен в полости подъемных труб, а клапан установлен в его нижней части (А.с. СССР №918419, 1982 г.).Known electric centrifugal borehole pump installation containing a centrifugal pump with an electric motor installed in the well on a column of lifting pipes, a pneumatic cap for damping pressure pulsations in the pipes and a check valve with an axial throttling channel. The pneumatic cap is located in the cavity of the lifting pipes, and the valve is installed in its lower part (A.S. USSR No. 918419, 1982).

Недостатком известной конструкции является недостаточная степень надежности, обусловленная длительным временем приведения в рабочее состояние, которое необходимо для отделения газа от жидкости, при небольшом количестве содержащегося в жидкости свободного газа.A disadvantage of the known design is the lack of reliability due to the long time to bring into working condition, which is necessary to separate the gas from the liquid, with a small amount of free gas contained in the liquid.

Наиболее близкой к изобретению является скважинная насосная установка, содержащая центробежный насос с электродвигателем, расположенный в полости подъемных труб для гашения пульсаций давления пневматический колпак с установленным в его нижней части обратным клапаном с дросселирующим каналом. Причем, пневматический колпак снабжен завихрителем потока жидкости, установленным в его нижней части над обратным клапаном (Патент РФ №2056540, 1996 г.).Closest to the invention is a downhole pumping unit containing a centrifugal pump with an electric motor located in the cavity of the lifting pipes for damping pressure pulsations, a pneumatic cap with a check valve with a throttling channel installed in its lower part. Moreover, the pneumatic cap is equipped with a fluid flow swirl installed in its lower part above the check valve (RF Patent No. 2056540, 1996).

Недостатком устройства является то, что зарядка пневматического колпака газом происходит лишь через определенное время после начала работы установки, а если гаситель пульсаций установлен ниже уровня, соответствующего давлению насыщения нефти газом (в этом случае нефтяной газ в жидком состоянии), то зарядка гасителя не происходит и он не работоспособен.The disadvantage of this device is that the pneumatic cap is charged with gas only after a certain time after the installation starts, and if the pulsation dampener is set below the level corresponding to the saturation pressure of oil with gas (in this case, oil gas is in a liquid state), then the damper is not charged it is not working.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение работоспособности и надежности работы установки, снижение вибрации подземного насосного оборудования, вызываемой присутствием газовых включений в откачиваемой продукции.The technical problem solved by the invention is to increase the operability and reliability of the installation, reduce vibration of the underground pumping equipment caused by the presence of gas inclusions in the pumped product.

Поставленная техническая задача решается предлагаемой скважинной насосной установкой.The technical task is solved by the proposed borehole pumping unit.

Скважинная насосная установка содержит спущенный в скважину на колонне подъемных труб центробежный насос с электродвигателем. Над насосом, в полости подъемных труб расположен пневматический колпак для гашения пульсаций давления, оснащенный обратным клапаном, установленным в его нижней части, дросселирующим каналом и завихрителем потока жидкости.A downhole pump installation comprises a centrifugal pump with an electric motor launched into a well on a column of lifting pipes. Above the pump, in the cavity of the lifting pipes, there is a pneumatic cap for damping pressure pulsations, equipped with a check valve installed in its lower part, a throttling channel and a swirl of fluid flow.

Новым является то, что дросселирующий канал пневматического колпака выполнен на боковой поверхности корпуса колпака, а ниже пневматического колпака во внутренней полости внутренней подъемной трубы, коаксиально установленной, перфорирована зона размещения завихрителя потока жидкости, выполненного в форме спирали.What is new is that the throttling channel of the pneumatic cap is made on the side surface of the cap body, and below the pneumatic cap in the inner cavity of the internal lifting pipe, coaxially mounted, the zone of placement of the fluid flow swirl made in the form of a spiral is perforated.

Новым является и то, что дросселирующий канал выполнен в виде конусного отверстия, основанием обращенного во внутрь пневматического колпака, имеет пробку соответствующего профиля и расположен на одной оси с монтажным отверстием на противоположной стенке пневматического колпака, заглушенного винтом.New is the fact that the throttle channel is made in the form of a conical hole, the base facing the inside of the pneumatic cap, has a plug of the corresponding profile and is located on the same axis with the mounting hole on the opposite wall of the pneumatic cap plugged with a screw.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, гдеThe claimed technical solution is illustrated by drawings, where

- на фиг. 1 приведена схема скважинной насосной установки;- in FIG. 1 shows a diagram of a downhole pumping unit;

- на фиг. 2 представлен фрагмент А - общий вид пневматического колпака для гашения пульсаций давления;- in FIG. Figure 2 shows fragment A — a general view of a pneumatic cap for damping pressure pulsations;

- на фиг. 3 приведен дросселирующий канал с пробкой.- in FIG. 3 shows a throttling channel with a plug.

Скважинная насосная установка (фиг. 1) включает центробежный насос 1, электродвигатель 2, наружную поверхность 14 пневматического колпака 5 (фрагмент А).The downhole pump installation (Fig. 1) includes a centrifugal pump 1, an electric motor 2, the outer surface 14 of the pneumatic cap 5 (fragment A).

Фрагмент А - пневматический колпак для гашения пульсаций давления (фиг. 2) содержит внутреннюю подъемную трубу 3, внешнюю подъемную трубу 4, пневматический колпак 5, обратный клапан 6, перфорированную зону 9, завихритель потока жидкости 10, пробку 11, монтажное отверстие 12 и винт 13.Fragment A - pneumatic cap for damping pressure pulsations (Fig. 2) contains an internal lifting pipe 3, an external lifting pipe 4, a pneumatic hood 5, a check valve 6, a perforated zone 9, a fluid flow swirl 10, a plug 11, a mounting hole 12 and a screw 13.

Дросселирующий канал с пробкой (фиг. 3) включает дросселирующий канал 7, корпус 8 и пробку 11.The throttling channel with a plug (Fig. 3) includes a throttling channel 7, a housing 8 and a plug 11.

Скважинная насосная установка содержит центробежный насос 1 с электродвигателем 2, установленные на колонне подъемных внутренних 3 и внешних 4 труб, в полости которых находится пневматический колпак 5, в нижней части которого расположен обратный клапан 6 (фиг. 2). Дросселирующий канал 7 пневматического колпака 5 выполнен на боковой поверхности корпуса 8 пневматического колпака 5 (фиг. 3). Во внутренней полости внутренней подъемной трубы 3, коаксиально установленной, перфорирована зона 9 размещения завихрителя потока жидкости 10, выполненного в форме спирали (фиг. 2). Дросселирующий канал 7 выполнен в виде конусного отверстия, основанием обращенного во внутрь пневматического колпака 5, имеет пробку 11 соответствующего профиля и расположен на одной оси с монтажным отверстием 12 на противоположной стенке пневматического колпака 5, заглушенного винтом 13, позволяющим установить пробку 11 в дросселирующий канал 7.The downhole pump installation comprises a centrifugal pump 1 with an electric motor 2 mounted on a column of lifting internal 3 and external 4 pipes, in the cavity of which there is a pneumatic cap 5, in the lower part of which there is a check valve 6 (Fig. 2). The throttling channel 7 of the pneumatic cap 5 is made on the side surface of the housing 8 of the pneumatic cap 5 (Fig. 3). In the inner cavity of the inner lifting pipe 3, coaxially mounted, the perforated zone 9 of the placement of the swirl fluid stream 10, made in the form of a spiral (Fig. 2). The throttling channel 7 is made in the form of a conical hole, the base of the pneumatic cap 5 facing inward, has a plug 11 of the corresponding profile and is located on the same axis as the mounting hole 12 on the opposite wall of the pneumatic cap 5, which is plugged with a screw 13, which allows the plug 11 to be installed in the throttling channel 7 .

Скважинная насосная установка работает следующим образом.Downhole pumping unit operates as follows.

Перед спуском насосного оборудования в скважину пневматический колпак 5 заряжают инертным газом через обратный клапан 6, причем пробка 11 установлена в отверстие дросселирующего канала 7, затем винт 13 завинчивается в монтажное отверстие 12, герметизируя пневматический колпак 5. Таким образом, пневматический колпак 5 изначально находится в рабочем состоянии. В процессе спуска насосного оборудования при давлении Р₂ в скважине, приходящемся на площадь

поперечного сечения одного конца пробки 11, превышающем давление Р₁ в пневматическом колпаке 5, приходящемся на площадь

поперечного сечения другого конца пробки 11, происходит выпадение последней в полость пневматического колпака 5.Before the pumping equipment is lowered into the well, the pneumatic cap 5 is charged with inert gas through a check valve 6, with the plug 11 installed in the opening of the throttling channel 7, then the screw 13 is screwed into the mounting hole 12, sealing the pneumatic cap 5. Thus, the pneumatic cap 5 is initially located in working condition. In the process of lowering the pumping equipment at a pressure of P ₂ in the well per area

cross-section of one end of the plug 11, exceeding the pressure P ₁ in the pneumatic cap 5, per area

cross section of the other end of the plug 11, the latter falls into the cavity of the pneumatic cap 5.

Указанные величины связаны между собой следующим образом:The indicated values are interconnected as follows:

Причем расположение дросселирующего канала 7 на боковой поверхности корпуса 8 пневматического колпака 5 предотвращает повторное его перекрытие пробкой 11.Moreover, the location of the throttling channel 7 on the side surface of the housing 8 of the pneumatic cap 5 prevents it from overlapping the stopper 11.

В процессе работы центробежного насоса 1 жидкость с попутным газом попадает в полость пневматического колпака 5, преодолевая вес обратного клапана 6 и под действием завихрителя потока жидкости 10, разделяясь на жидкую и газовую фракции за счет разности их плотностей и под влиянием центробежных сил. Причем, фазовое разделение происходит многократно и в несколько уровней, благодаря форме завихрителя потока жидкости 10 - спираль. Кроме того, жидкая фаза через перфорированную зону 9 направляется в кольцевую полость (обозначена), образованную корпусом 8 пневматического колпака 5 и внутренним диаметром расширенных внешних подъемных труб 4 и далее на прием центробежного насоса 1, исключая попадание жидкости в полость пневматического колпака 5, что повышает его работоспособность. Площадь поперечного сечения указанной кольцевой полости равна площади поперечного сечения ниже внутренних 3 и вышележащих внешних 4 подъемных труб. Газ вытесняет находившуюся в полости пневматического колпака 5 жидкость через дросселирующий канал 7 и зазор обратного клапана 6. При изменении давления нагнетания газ в полости пневматического колпака 5 либо сжимается (при увеличении давления), либо расширяется (при уменьшении давления). В первом случае в полость пневматического колпака 5 поступает дополнительное количество жидкости, а во втором случае происходит ее обратное вытеснение через дросселирующий канал 7.During operation of the centrifugal pump 1, the liquid with associated gas enters the cavity of the pneumatic cap 5, overcoming the weight of the check valve 6 and under the action of the swirl of the fluid flow 10, separating into liquid and gas fractions due to the difference in their densities and under the influence of centrifugal forces. Moreover, the phase separation occurs repeatedly and at several levels, due to the shape of the swirl of the fluid flow 10 - spiral. In addition, the liquid phase through the perforated zone 9 is directed into the annular cavity (marked), formed by the housing 8 of the pneumatic hood 5 and the inner diameter of the expanded external lifting pipes 4 and further to the reception of the centrifugal pump 1, excluding the ingress of fluid into the cavity of the pneumatic hood 5, which increases its performance. The cross-sectional area of the annular cavity is equal to the cross-sectional area below the internal 3 and overlying external 4 lifting pipes. The gas displaces the fluid in the cavity of the pneumatic cap 5 through the throttling channel 7 and the clearance of the check valve 6. When the discharge pressure changes, the gas in the cavity of the pneumatic cap 5 either contracts (with increasing pressure) or expands (with decreasing pressure). In the first case, an additional amount of liquid enters the cavity of the pneumatic cap 5, and in the second case, it is displaced back through the throttling channel 7.

Возможность приема жидкости в полость пневматического колпака при повышении ее давления, и ее вытеснения при - снижении, уменьшает разброс давления в трубах. Причем, обратное вытеснение происходит относительно медленно, через дросселирующий канал со значительным расходом энергии давления газа, позволяет снизить колебания давления в насосных трубах, следовательно, и вибрацию оборудования. Внедрение предлагаемого объекта обеспечивает эффективное гашение вибрации подземного насосного оборудования, вызываемой присутствием газовых включений в откачиваемой продукции. В результате повышается эффективность эксплуатации скважин, оборудованных установками электропогружных центробежных насосов за счет увеличения межремонтного периода их работы.The possibility of fluid intake into the cavity of the pneumatic cap when its pressure increases, and its displacement when - decrease, reduces the pressure spread in the pipes. Moreover, the backward displacement occurs relatively slowly, through the throttling channel with a significant consumption of gas pressure energy, it allows to reduce the pressure fluctuations in the pump pipes, and therefore, the vibration of the equipment. The implementation of the proposed facility provides effective damping of the vibration of the underground pumping equipment caused by the presence of gas inclusions in the pumped product. As a result, the operating efficiency of wells equipped with installations of electric submersible centrifugal pumps is increased due to an increase in the overhaul period of their work.

Claims

A downhole pump installation comprising a centrifugal pump with an electric motor installed in a well on a column of lifting pipes, a pneumatic cap in the cavity of the lifting pipes for damping pressure pulsations, with a check valve installed in its lower part, a throttling channel and a fluid swirl, characterized in that the throttling channel the pneumatic cap is made on the side surface of the cap body, and below the pneumatic cap in the inner cavity of the inner lifting pipe, sirally installed, the perforated zone of the swirl of the fluid flow, made in the form of a spiral, while the throttling channel is made in the form of a conical hole, the base facing the inside of the pneumatic cap, has a plug of the corresponding profile, is located on the same axis with the mounting hole on the opposite wall of the pneumatic cap, drowned out by a screw.