Результат интеллектуальной деятельности: ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО СКВАЖИННОГО НАСОСА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при добыче обводненной нефти для снижения темпов образования высоковязкой водонефтяной эмульсии в колонне лифтовых труб путем организации поочередной подачи нефти и воды на прием скважинного насоса.

Известно "Входное устройство скважинного насоса" (патент РФ №2213269, кл. F04D 13/10, опубл. Бюл. №27 от 27.09.2003 г.), включающее U-образный подводящий патрубок, переводник приемной части скважинного насоса, отстойную камеру, имеющую в нижней части входной канал, и дополнительную отстойную камеру, расположенную на U-образном подводящем патрубке в месте изменения направления потока жидкости, а сечения каналов U-образного подводящего патрубка выполнены кольцевыми и образованы трубами, эксцентрично размещенными одна в другой.

Недостатками устройства являются высокая трудоемкость и себестоимость его изготовления, поскольку при сварке крышек к наружной трубе необходимо обеспечить их достаточно высокую соосность, которая может быть достигнута только применением специальных приспособлений, высокая металлоемкость устройства, поскольку все применяемые детали и узлы выполнены из металла, низкая ремонтопригодность, невозможность оценки состояния труб внутри устройства.

Известно "Входное устройство скважинного насоса" (патент РФ №2232294, кл. F04В 47/00, опубл. Бюл. №19 от 10.07.2004 г.), 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. 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.

Недостатками устройства являются высокая трудоемкость его изготовления, высокая металлоемкость, а также низкая надежность работы при эксплуатации обводненных скважин с высоковязкой нефтью, при откачке которой возрастают гидравлические потери в каналах U-образного подводящего патрубка, и давления высоты столба воды во входном канале становится недостаточно для компенсации возросших гидравлических потерь.

Задача изобретения состоит в том, чтобы снизить себестоимость и трудоемкость изготовления устройства за счет исключения сварных операций при его сборке и приспособлений, обеспечивающих соосность свариваемых элементов, снизить металлоемкость и себестоимость устройства за счет применения при его изготовлении более дешевых неметаллических труб, а также повысить надежность работы устройства в скважинах с высоковязкой нефтью.

Поставленная задача решается входным устройством, содержащим соединенную с переводником приемной части скважинного насоса отстойную камеру, в которой частично размещен U-образный подводящий патрубок, входной конец которого выведен за отстойную камеру, расположенный ниже отстойной камеры стакан с отверстиями в верхней части, который соединен с отстойной камерой входным каналом, выполненным в виде трубки.

Новым является то, что между отстойной камерой и стаканом размещена дополнительная камера, оснащенная верхней и нижней крышками, а входной канал выполнен составным из верхнего и нижнего патрубков, заглушенных соответственно сверху и снизу, снабженных соответственно верхними и нижними боковыми отверстиями, причем верхний патрубок жестко соединен с верхней крышкой дополнительной камеры и негерметично с переводником скважинного насоса, а нижний патрубок жестко соединен с нижней крышкой и с днищем стакана, при этом дополнительная камера сообщается при помощи верхнего и нижнего патрубков через верхние и нижние боковые отверстия соответственно с внутренними пространствами отстойной камеры и стакана, причем входной конец U-образного подводящего патрубка выполнен в виде боковых отверстий в отстойной камере, расположенных на одном уровне с верхними боковыми отверстиями верхнего патрубка, а U-образный подводящий патрубок образован герметично вставленной между верхней крышкой дополнительной камеры и переводником приемной части скважинного насоса трубой, размещенной между отстойной камерой и верхним патрубком и выполненной с боковыми отверстиями, расположенными ниже боковых отверстий отстойной камеры.

На чертеже схематично показан общий вид устройства.

Входное устройство содержит соединенную с переводником 1 приемной части скважинного насоса отстойную камеру 2. Ниже отстойной камеры 2 расположен стакан 3 с отверстиями 4 в верхней его части, который соединен с отстойной камерой 2 входным каналом 5, выполненным в виде трубки.

Между отстойной камерой 2 и стаканом 3 размещена дополнительная камера 6, оснащенная верхней 7 и нижней 8 крышками, а входной канал 5 выполнен составным из верхнего 9 и нижнего 10 патрубков, заглушенных соответственно сверху и снизу, снабженных соответственно верхними 11 и нижними 12 боковыми отверстиями. Верхний патрубок 9 жестко соединен с верхней крышкой 7 дополнительной камеры 6 и негерметично с переводником 1 приемной части скважинного насоса. Нижний патрубок 10 жестко соединен с нижней крышкой 8 и с днищем 13 стакана 3. Дополнительная камера 6 сообщается при помощи верхнего 9 и нижнего 10 патрубков через верхние 11 и нижние 12 боковые отверстия соответственно с внутренним пространством 14 отстойной камеры 2 и внутренним пространством 15 стакана 3.

Входной конец U-образного подводящего патрубка выполнен в виде боковых отверстий 16 в отстойной камере 2, расположенных на одном уровне с верхними боковыми отверстиями 11 верхнего патрубка 9, a U-образный подводящий патрубок образован герметично вставленной между верхней крышкой 7 дополнительной камеры 6 и переводником 1 приемной части скважинного насоса трубой 17, размещенной между отстойной камерой 2 и верхним патрубком 9 и выполненной с боковыми отверстиями 18, расположенными ниже боковых отверстий 16 отстойной камеры 2.

Такое выполнение устройства исключает сварные операции при сборке устройства и позволяет применить в качестве стакана 3, отстойной камеры 2 и трубы 17 более дешевые неметаллические трубы, например, из сортамента серийно выпускаемых полиэтиленовых труб.

Сборка элементов, входящих в состав отстойной камеры 2, может быть произведена следующим образом. Верхний патрубок 9, выполненный с упором 19, вставляется в отверстие 20 верхней крышки 7 до посадки его на упор 19. Затем в цилиндрическую проточку 21, выполненную на верхней крышке 7 и соответствующую внутреннему диаметру трубы 17, вставляется конец трубы 17, при этом боковые отверстия 18 должны располагаться со стороны верхней крышки 7. В другую цилиндрическую проточку 21, выполненную на верхней крышке 7 и соответствующую внутреннему диаметру отстойной камеры 2, вставляется отстойная камера 2, при этом боковые отверстия 16, выполненные в отстойной камере 2, должны располагаться с противоположной от верхней крышки 7 стороны. Затем с противоположной стороны от верхней крышки 7 на другой конец верхнего патрубка 9 насаживается переводник 1 приемной части скважинного насоса таким образом, чтобы концы трубы 17 и отстойной камеры 2 вошли в соответствующие их диаметрам цилиндрические проточки 21, выполненные на переводнике 1 приемной части скважинного насоса. В таком положении верхняя крышка 7 и переводник 1 приемной части скважинного насоса фиксируются заглушкой 22 на верхнем патрубке 9.

Сборка элементов, входящих в состав стакана 3, производится аналогичным образом. Нижний патрубок 10, выполненный также с упором 19, вставляется в отверстие 20 нижней крышки 8 до посадки его на упор 19, при этом нижние боковые отверстия 12 должны располагаться ближе к противоположному от нижней крышки 8 концу нижнего патрубка 10. Затем в цилиндрическую проточку 21, выполненную на нижней крышке 8 и соответствующую внутреннему диаметру стакана 3, вставляется конец стакана 3, при этом отверстия 4 должны располагаться со стороны нижней крышки 8. С противоположной стороны от нижней крышки 8 на конец нижнего патрубка 10 насаживается днище 13 таким образом, чтобы противоположный конец стакана 3 вошел в цилиндрическую проточку 21, выполненную на днище 13. В таком положении нижняя крышка 8 и днище 13 фиксируются заглушкой 22 на нижнем патрубке 10. Затем между верхней 7 и нижней 8 крышками располагается и подсоединяется к ним дополнительная камера 6.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в скважине непосредственно под скважинным насосом (не показан). Насос пускают в работу. Поступающая в скважину пластовая жидкость под действием гравитационных сил разделяется в скважине на нефть и воду (не показаны). В установившемся режиме работы насосной установки граница водонефтяного раздела (далее - ВНР) находится в пределах высоты устройства и перемещается между боковыми отверстиями 16 отстойной камеры 2 и отверстиями 4 стакана 3, поскольку происходит переключение устройства на отбор либо воды, либо нефти за счет нарушения равновесия столбов жидкости в каналах устройства.

Нефть поступает в устройство через боковые отверстия 16 в отстойной камере 2, затем по полости 23 движется вниз, доходит до боковых отверстий 18 в трубе 17, через которые поступает во внутреннее пространство 14. Затем через внутреннюю проточку 24 и окна 25, выполненные в переводнике 1 приемной части скважинного насоса и обеспечивающие негерметичность соединения верхнего патрубка 9 с переводником 1 приемной части скважинного насоса, нефть поступает в насос (не показан). При перетекании нефти из полости 23 во внутреннее пространство 14 направление движения нефти меняется на противоположное, что способствует отделению мехпримесей и оседанию их на поверхности верхней крышки 7. Расстояние между боковыми отверстиями 18 и верхней крышкой 7 определяет объем части отстойной камеры 2, где в процессе эксплуатации возможно скопление мехпримесей.

По мере отбора нефти из скважины граница ВНР поднимается, достигает боковых отверстий 16 отстойной камеры 2. Равновесие столбов нефти в U-образном подводящем патрубке и воды во входном канале 5 нарушается и происходит переключение устройства на отбор воды.

Отбор воды осуществляется через отверстия 4 стакана 3. По внутреннему пространству 15 стакана 3 вода движется вниз. Затем через нижние боковые отверстия 12 вода поступает в нижний патрубок 10 входного канала 5 и, двигаясь вверх, поступает в дополнительную камеру 6. Далее вода перемещается по верхнему патрубку 9 и выходит из него через верхние боковые отверстия 11. Затем через внутреннюю проточку 24 и окна 25 в переводнике 1 приемной части скважинного насоса вода поступает в насос (не показан). Размещение нижних боковых отверстий 12 ниже отверстий 4 позволяет изменить на противоположное направление течения воды в стакане 3, что способствует отделению возможных мехпримесей и оседанию их на днище 13.

По мере отбора воды из скважины граница ВНР в скважине снижается, снижается она и в сообщенной со скважиной через боковые отверстия 16 полости 23. И если при откачке маловязкой нефти переключение устройства на отбор нефти происходит при достижении границей ВНР нижней части U-образного подводящего патрубка (в данном случае боковых отверстий 18 в трубе 17), то в скважине с высоковязкой нефтью переключения на отбор нефти при таком расположении границы ВНР не происходит, поскольку при движении нефти возникают значительные гидродинамические сопротивления, препятствующие ее течению по полости 23 и внутреннему пространству 14, образующим U-образный подводящий патрубок, при этом по входному каналу 5 в насос будет продолжать поступать вода. Чем выше вязкость нефти, тем ниже опускается граница ВНР в скважине и без применения дополнительной камеры 6, удлиняющей входной канал 5, граница ВНР может опуститься до отверстий 4 стакана 3. При этом через отверстия 4 в устройство будет поступать и нефть и вода, граница ВНР в скважине установится на уровне этих отверстий, а устройство при этом работать не будет.

С целью повышения надежности работы входного устройства на скважинах с высоковязкой нефтью в устройстве применена дополнительная камера 6, которая позволяет снизить границу ВНР на необходимое расстояние от нижней части U-образного подводящего патрубка. При этом потери давления при движении высоковязкой нефти в U-образном подводящем патрубке будут компенсированы возрастающим давлением столба воды во входном канале 5, длина которого увеличена дополнительной камерой 6, и устройство переключится на отбор нефти.

Далее циклы повторяются.

Расположение верхних боковых отверстий 11 в верхнем патрубке 9 входного канала 5 на одном уровне с боковыми отверстиями 16 в отстойной камере 2 обеспечивает равные и максимально возможные высоты полости 23 и внутреннего пространства 14 U-образного подводящего патрубка, поскольку чем больше высота U-образного подводящего патрубка, тем большие порции нефти и воды будут подаваться в насос при прочих равных условиях и тем на большей высоте от насоса произойдет их смешивание.

Применение устройства позволяет снизить себестоимость и трудоемкость изготовления устройства за счет исключения сварных операций при сборке устройства и приспособлений, обеспечивающих соосность свариваемых элементов, снизить металлоемкость и себестоимость устройства за счет применения при его изготовлении более дешевых неметаллических труб, например, из сортамента серийно выпускаемых полиэтиленовых труб, которые могут быть установлены между крышками устройства, повысить ремонтопригодность за счет простоты сборки-разборки устройства и возможности замены пришедшего в негодность какого-либо его элемента, а также повысить надежность работы устройства в скважинах с высоковязкой нефтью за счет применения дополнительной камеры, размещенной между отстойной камерой и стаканом.