Устройство амортизатора электроцентробежного насоса в скважине

 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей отрасли, и может быть использовано для гашения вибрации, предотвращения маятникового эффекта, предохранения электрокабеля от механических повреждений установок электроцентробежных насосов с подвеской насосно-компрессорных труб в нефтегазодобывающих и водозаборных скважинах. В устройстве корпус амортизатора выполнен в виде поршня из эластичного материала и снабжен кольцевыми секторами из эластичного материала, распределенными по наружной поверхности с определенным шагом, в теле корпуса амортизатора в направлении оси подвески насосно-компрессорных труб выполнены открытые долевые пазы гидравлической связи для протока рабочей среды и расположения электрокабеля электроцентробежного насоса. Размер диаметра центрального отверстия в корпусе амортизатора равен размеру диаметра наружной поверхности насосно-компрессорных труб. Наружная поверхность кольцевых секторов с определенным расчетным натягом взаимодействует с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны в скважине. Для крепления электрокабеля хомутами в долевом пазу в корпусе амортизатора выполнена кольцевая выточка. Технический результат - расширение функциональных возможностей, а также предохранение электрокабеля от механических повреждений при выполнении спускоподъемных операций в нефтяных и водозаборных скважинах, простота в изготовлении, монтаже и надежность в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтедобывающей отрасли, и может быть использовано для гашения вибрации, предотвращения маятникового эффекта, предохранения электрокабеля от механических повреждений установок электроцентробежных насосов в нефтегазодобывающих и водозаборных скважинах.

Известны устройства для гашения колебаний, содержащие корпус гидроцилиндра, поршень со штоком, дросселирующие отверстия [2, 3].

Недостатком известных устройств являются их ограниченные функциональные возможности, особенно при использовании в экстремальных условиях, которые имеют место в нефтяных и водозаборных скважинах, оснащенных электроцентробежными насосами.

Известен гидравлический демфер транспортного средства [1], содержащий рабочий цилиндр, шток, опорные кольца.

Недостатком известного устройства является его ограниченная функциональная возможность, а также его эксплуатационная ненадежность при использовании в нефтяных и водозаборных скважинах.

Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей при использовании устройства амортизатора в нефтяных и водозаборных скважинах, оснащенных электроцентробежными насосами, где температура рабочей среды достигает 100^oС и более, где устройство амортизатора испытывает большие механические нагрузки.

При эксплуатации скважин электроцентробежными насосами происходят аварии (обрывы по фланцевым соединениям, корпусам, шейкам секций электроцентробежных насосов).

Непроизводительные затраты на ликвидацию аварии в скважине, оснащенной электроцентробежным насосом в среднем составляет более 300 000 рублей.

Основной причиной аварий являются вибрация и маятниковый эффект электроцентробежного насоса с подвеской насосно-компрессорных труб в процессе его эксплуатации, а также механические повреждения кабеля в скважине в процессе выполнения спуско-подъемных операций.

При дефектовке примерно около 80% (по данным ОАО "Нижневартовскнефтегаз") деталей электроцентробежных насосов имеют не равномерный, а односторонний износ валов, защитных втулок направляющих аппаратов, рабочих колес и других элементов конструкции установок в результате воздействия и маятникового эффекта.

Существующие технические решения гашения вибраций, маятникового эффекта, защиты электрокабеля от механических повреждений электроцентробежных насосов в скважинах (использование противополетных хомутов, противоотворотных гаек крепления секций, изменение режима работы (вращение) электродвигателя и т.д. ) не обеспечивают надежность эксплуатации скважин.

Решение технической задачи достигается тем, что в устройстве корпус амортизатора снабжен кольцевыми секторами из эластичного материала, распределенными по наружной поверхности с определенным шагом, в теле корпуса амортизатора в направлении оси подвески насосно-компрессорных труб выполнены открытые долевые пазы гидравлической связи для протока рабочей среды и расположения электрокабеля электроцентробежного насоса, причем размер диаметра центрального отверстия в корпусе амортизатора равен размеру диаметра наружной поверхности насосно-компрессорных труб, а наружная поверхность кольцевых секторов с определенным расчетным натягом взаимодействует с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны в скважине.

Для крепления электрокабеля хомутами в долевом пазу в корпусе амортизатора выполнена кольцевая выточка.

На фиг. 1 изображено устройство амортизатора - общий вид.

На фиг. 2 - сечение А - А на фиг. 1.

На фиг. 3 изображен вариант устройства амортизатора, выполненный в виде втулки с долевыми пазами, кольцевыми секторами надеваемой на насосно-компрессорную трубу в процессе спуска электроцентробежного насоса в скважину и снимаемой с насосно-компрессорной трубы в процессе подъема электроцентробежного насоса из скважины.

На фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3.

На фиг. 5 изображен вариант прокладки и крепления хомутами электрокабеля на подвеске насосно-компрессорных труб при конструкции устройства амортизатора, выполненной в виде втулки согласно фиг. 3 и 4.

Устройство амортизатора электроцентробежного насоса в скважине содержит: корпус амортизатора, выполненный из эластичного материала 1 (фиг. 1); кольцевые секторы 2 (фиг. 1 - 5); хомут для крепления электрокабеля 3 (фиг. 1 - 5); кольцевую выточку в корпусе амортизатора 4 (фиг. 1, 3, 5); диаметр наружной поверхности насосно-компрессорной трубы 5 (фиг. 1, 3, 5); насосно-компрессорную трубу 6 (фиг. 1 - 5); расчетный диаметр наружной поверхности кольцевых секторов 7 (фиг. 1, 3, 5); внутренней размер диаметра эксплуатационной колонны 8 (фиг. 1, 3, 5); соединительные муфты 9 (фиг. 1, 3, 5);
эксплуатационную колонну 10 (фиг. 1 - 5);
долевые пазы гидравлической связи для перетока рабочей среды и расположения электрокабеля 11 (фиг. 2, 4);
электрокабель 12 (фиг. 2, 4, 5);
вариант устройства амортизатора, выполненный в виде втулки 13 (фиг. 3, 5);
центробежный насос 14 (фиг. 5);
электродвигатель 15 (фиг. 5).

В статическом положении элементы устройства амортизатора электроцентробежного насоса взаимодействуют следующим образом: корпус 1, выполненный из эластичного материала (например, из полиуретана), установленный между соединительными муфтами 9, взаимодействует по размеру диаметра наружной поверхности 5 насосно-компрессорной трубы 6 (на чертежах показан патрубок, диаметральные размеры которого соответствуют размерам насосно-компрессорных труб).

Устройство амортизатора одно или более устанавливаются в скважину на подвеске насосно-компрессорных труб перед электроцентробежным насосом, или ниже, или одновременно перед и ниже электроцентробежного насоса.

В процессе спуска подвески насосно-компрессорных труб 6 с установкой электроцентробежного насоса 14, 15 (фиг. 5) с электрокабелем 12, закрепленным хомутами 3, расположенными в кольцевых выточках 4, и с устройством амортизатора 1 через долевые пазы гидравлической связи 11, происходит переток рабочей среды, и давления в объемах эксплуатационной колонны 10 разделенных устройством амортизатора выравниваются.

При этом электрокабель 12 проходит через один из долевых пазов 11, что позволяет предохранить электрокабель от механических повреждений в процессе спуска и подъема подвески насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом при взаимодействии устройства амортизатора и внутреннего диаметра эксплуатационной колонны 8.

На фиг. 3 изображен вариант устройства амортизатора, выполненный в виде втулки с долевыми пазами и кольцевыми секторами, надеваемой на насосно-компрессорную трубу в процессе спуска электроцентробежного насоса в скважину и снимаемой с насосно-компрессорной трубы в процессе подъема электроцентробежного насоса из скважины.

На фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3.

На фиг. 5 изображен вариант прокладки и крепления хомутами электрокабеля на подвеске насосно-компрессорных труб 6 при конструкции устройства амортизатора, выполненной в виде втулки 13 с долевыми пазами 11.

По данному варианту электрокабель 12, закрепляемый хомутами 3, проходит через долевые пазы 11, выполненные во втулках 13, прокладывается по всей длине подвески насосно-компрессорных труб 6 до электроцентробежного насоса 14, 15.

Данный вариант позволяет предохранить электрокабель от механических повреждений в процессе спуска или подъема подвески насосно-компрессорных труб при взаимодействии устройства амортизатора, выполненных в виде втулок 13 и внутреннего размера диаметра эксплуатационной колонны 8.

В динамическом положении элементы устройства амортизатора взаимодействуют следующим образом. В процессе вращения электроцентробежного насоса корпус амортизатора 1, выполненный из эластичного материала (например, полиуретана), взаимодействует с наружной поверхностью насосно-компрессорной трубы 5 и одновременно через эластичные кольцевые секторы 2 с расчетным натягом взаимодействует с внутренним диаметром эксплуатационной колонны 8, что позволяет снизить вибрацию и предотвратить маятниковый эффект электроцентробежного насоса и подвески насосно-компрессорных труб.

Предложенное новое техническое решение устройства амортизатора для гашения вибрации и предотвращения маятникового эффекта установок электроцентробежных насосов и подвески насосно-компрессорных труб, а также предохранения электрокабеля от механических повреждений при выполнении спуско-подъемных операций в нефтяных и водозаборных скважинах отличается от известных технических решений новизной, просто в изготовлении, удобно при монтаже, надежно в эксплуатации, конкурентоспособно и его использование в производстве даст положительный технико-экономический эффект.

В 1999 г. в ОАО "Самотлорнефтегаз" г. Нижневартовск Тюменской обл. проведена опытная эксплуатация десяти установок амортизатора в нефтяных скважинах, оснащенных электроцентробежными насосами.

Устройства амортизатора были установлены в скважинах на глубине 2000 метров.

По результатам подконтрольной эксплуатации средняя наработка на отказ электроцентробежных насосов увеличилась на 45-50 % и более в результате снижения вибраций, предотвращения маятникового эффекта электроцентробежных насосов с подвеской насосно-компрессорных труб и предохранения электрокабеля от механических повреждений при проведении спуско-подъемных операций.

В настоящее время авторами ведутся корректировка технической документации и подготовка производства по выпуску устройств амортизатора для обеспечения нефтяных и водозаборных скважин, оснащенных электроцентробежными насосами, используемыми на месторождениях Российской Федерации.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1610127 А1, F 16 F 9/50, 1990 г.

2. Авторское свидетельство 697763, F 16 F 9/48, 1979 г.

3. Авторское свидетельство 911066, F 16 F 9/48, 1982 г.

4. УДК (622.242+622.27605)075.3. Ремонт и монтаж нефтепромыслового оборудования. А.А. Раабен и др. Стр. 163-167. Москва. "Недра". 1989 г.

5. УДК 622.276.031.011.43. Техника и технология определения параметра скважин и пластов. В.Н. Василевский, А.И. Петров. Москва. "Недра". 1989 г. Стр.52-54.

Формула изобретения

1. Устройство амортизатора для гашения вибрации установки электроцентробежного насоса и предотвращения маятникового эффекта подвески насосно-компрессорных труб в нефтяных и водозаборных скважинах, содержащее корпус амортизатора в виде поршня, выполненного из эластичного материала, отличающееся тем, что корпус амортизатора снабжен кольцевыми секторами из эластичного материала, распределенными по наружной поверхности с определенным шагом, в теле корпуса амортизатора в направлении оси подвески насосно-компрессорных труб выполнены открытые долевые пазы гидравлической связи для перетока рабочей среды и расположения электрокабеля электроцентробежного насоса, причем размер диаметра центрального отверстия в корпусе амортизатора равен размеру диаметра наружной поверхности насосно-компрессорных труб, а наружная поверхность кольцевых секторов с определенным расчетным натягом взаимодействует с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны в скважине.

2. Устройство амортизатора по п.1, отличающееся тем, что для крепления электрокабеля хомутами в долевом пазу в корпусе амортизатора выполнена кольцевая выточка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5