RU2444613C1

RU2444613C1 - Protective device of well electric centrifugal pump installation under complicated conditions

Info

Publication number: RU2444613C1
Application number: RU2010126418/03A
Authority: RU
Inventors: Роберт Ибрагимович Алимбеков (RU); Роберт Ибрагимович Алимбеков; Валерий Георгиевич Акшенцев (RU); Валерий Георгиевич Акшенцев; Тимур Зиннурович Ахтямов (RU); Тимур Зиннурович Ахтямов; Алексей Сергеевич Шулаков (RU); Алексей Сергеевич Шулаков
Original assignee: Роберт Ибрагимович Алимбеков; Валерий Георгиевич Акшенцев; Тимур Зиннурович Ахтямов; Алексей Сергеевич Шулаков
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-03-10
Also published as: RU2010126418A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device includes filter element installed in the lower part and made in the form of perforated pipe and filter screen enveloping it, electromagnetic protector and corrosion-resistant protector. Filter element is provided with intermediate perforated pipe with formation of labyrinth guide channel. Gauze is made from non-metallic material. Electromagnetic protector is connected by means of perforated connection pipe to the bottom of submersible electric motor of the installation, and its lower part is connected through disconnector to the filter element which is connected to corrosion-resistant protector.

EFFECT: higher protection efficiency of electric centrifugal pumps.

2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей области, в частности к методам и средствам защиты скважинных установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) при добыче углеводородного сырья.The invention relates to the oil and gas field, in particular to methods and means of protecting downhole installations of electric centrifugal pumps (ESPs) in the extraction of hydrocarbon feedstocks.

Эксплуатация скважинной установки электроцентробежного насоса в осложненных условиях при добыче углеводородного сырья характеризуется, прежде всего, наличием в составе скважинного флюида (пластовой жидкости) значительного количества мехпримесей, а также компонентов, обуславливающих гидратные и гидратоуглеводородные отложения. Все это отрицательно влияет на работу УЭЦН, снижая эффективность и наработку на отказ. Существующие защитные устройства, используемые в заводской комплектации, решают, как правило, одну из проблем - защиту от механических примесей, или различных отложений, или коррозии.Operation of a well installation of an electric centrifugal pump in difficult conditions during hydrocarbon production is characterized, first of all, by the presence of a significant amount of mechanical impurities in the composition of the well fluid (formation fluid), as well as components causing hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits. All this negatively affects the operation of the ESP, reducing efficiency and MTBF. Existing protective devices used in the factory equipment, solve, as a rule, one of the problems - protection against mechanical impurities, or various deposits, or corrosion.

Известен скважинный щелевой самоочищающийся трубчатый фильтр (а.с. №1432199, МПК E21B 43/08, 1986 г.), содержащий однослойный или многослойный фильтрующий элемент, закрепленный на каркасном элементе, который содержит перфорированный корпус с нормированным размером фильтрующих отверстий и подвижный, подпружиненный относительно корпуса очищающий узел, скребущая кромка которого охватывает корпус и при осевых перемещениях узла по корпусу счищает с его фильтрующей части налипшие образования мехпримеси. На эффект очистки в значительной мере влияет процесс «зашпаклевывания» фильтрующих отверстий. Отрицательными факторами также является электрическое взаимодействие между поверхностью фильтрующего элемента и заряженными частицами мехпримеси.Known borehole self-cleaning slotted filter (AS No. 1432199, IPC E21B 43/08, 1986) containing a single-layer or multi-layer filter element mounted on a frame element that contains a perforated housing with a normalized size of the filtering holes and a movable, spring-loaded relative to the housing, a cleaning assembly, the scraper edge of which covers the housing and, during axial movements of the assembly along the housing, cleans adhering admixture from its filter portion. The cleaning effect is largely affected by the process of “filling” the filter holes. Negative factors are also the electrical interaction between the surface of the filter element and the charged particles of the solids.

Кроме этого, известны несколько различных конструкций фильтров ЗАО «Новомет», ОАО «Алнас», ООО «РЕАМ-РТИ» (Камалетдинов Р.С., Лазарев А.Б. Обзор существующих методов борьбы с мехпримесями // «Инженерная практика». 2010, №2. С.6-13), использующих в качестве фильтрующего элемента сетку, проволоку или металлизированный поролон. Общим недостатком данных элементов является то, что все они выполнены из металла и способны электрически взаимодействовать с заряженными частицами мехпримеси (эффект налипания).In addition, several different filter designs are known for Novomet CJSC, Alnas OJSC, REAM-RTI LLC (Kamaletdinov RS, Lazarev A.B. Overview of existing methods for controlling impurities // Engineering Practice. 2010 , No. 2. P.6-13), using a mesh, wire or metallized foam as a filter element. A common drawback of these elements is that they are all made of metal and are able to electrically interact with charged particles of mechanical impurities (sticking effect).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является фильтр скважинный насосный (пат. РФ 2302514, МПК E21B 43/08, опуб. 10.07.2007 г.), который крепится к основанию погружного двигателя УЭЦН. Фильтр скважинный насосный содержит перфорированную трубу и фильтрующую металлическую сетку, охватывающую наружную поверхность перфорированной трубы, и выполнен из двух основных частей: фильтрующей и соединительной, которые закреплены между собой с помощью муфты, фильтрующая часть представляет собой перфорированную трубу со щелевыми отверстиями, а соединительная часть представляет также перфорированную трубу с круглыми отверстиями. На тело трубы соединительной части приварена втулка с резьбовым соединением для установки резиновых уплотнительных колец, наружный диаметр которых выбран на 3-5 мм больше внутреннего диаметра скважины, с прокладками, зажатыми круглой гайкой и фиксированными контргайками. Недостатками данной конструкции являются большие габариты и низкая эффективность очистки пластовой жидкости от механических частиц, которые забивают поры фильтра и зазоры подшипников скольжения рабочих органов электроцентробежного насоса.Closest to the claimed technical solution is a downhole pump filter (US Pat. RF 2302514, IPC E21B 43/08, publ. 07/10/2007), which is attached to the base of the ESP submersible motor. The downhole pump filter contains a perforated pipe and a filtering metal mesh covering the outer surface of the perforated pipe, and is made of two main parts: a filtering and connecting one, which are fixed to each other by means of a coupling, the filtering part is a perforated pipe with slotted holes, and the connecting part represents also perforated pipe with round holes. A sleeve with a threaded connection is welded onto the pipe body of the connecting part for installing rubber o-rings, the outer diameter of which is selected 3-5 mm larger than the inner diameter of the well, with gaskets clamped by a round nut and fixed locknuts. The disadvantages of this design are the large size and low efficiency of cleaning the formation fluid from mechanical particles that clog the filter pores and the clearance of the bearings of the working bodies of the electric centrifugal pump.

Общим недостатком известных устройств является отсутствие защиты от естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений и коррозии.A common disadvantage of the known devices is the lack of protection against natural hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits and corrosion.

Задачей изобретения является повышение эффективности защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья в осложненных условиях от мехпримесей, естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, коррозии за счет комплексного использования фильтра мехпримесей, электромагнитного защитного устройства (электромагнитного протектора) и антикоррозионного защитного устройства (протектора-коагулятора).The objective of the invention is to increase the efficiency of protection of ESP during the production of hydrocarbons in difficult conditions from mechanical impurities, natural hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits, corrosion due to the integrated use of mechanical impurities filter, electromagnetic protective device (electromagnetic protector) and anti-corrosion protective device (protector-coagulator).

Поставленная задача решается защитным устройством скважинной установки электроцентробежного насоса, включающее установленный в ее нижней части фильтрующий элемент в виде перфорированной трубы и охватывающей ее фильтрующей сетки. В отличие от прототипа оно дополнительно содержит электромагнитный протектор и антикоррозионный протектор, а также фильтрующий элемент, оснащенный промежуточной перфорированной трубой с формированием лабиринтного направляющего канала. Сетка фильтрующего элемента выполнена из неметаллического материала. При этом электромагнитный протектор соединен посредством перфорированного патрубка с основанием погружного электродвигателя установки, а своей нижней частью соединен через разобщитель с фильтрующим элементом, который, в свою очередь, соединен с антикоррозионным протектором.The problem is solved by the protective device of the downhole installation of an electric centrifugal pump, including a filter element installed in its lower part in the form of a perforated pipe and a filter mesh covering it. Unlike the prototype, it additionally contains an electromagnetic protector and an anticorrosive protector, as well as a filter element equipped with an intermediate perforated pipe with the formation of a labyrinth guide channel. The mesh of the filter element is made of non-metallic material. In this case, the electromagnetic protector is connected via a perforated pipe to the base of the submersible motor of the installation, and its lower part is connected through a disconnector to a filter element, which, in turn, is connected to an anticorrosive protector.

Согласно предложенному изобретению осуществляется комплексная защита УЭЦН по трем направлениям: фильтрация мехпримесей, предотвращение естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, антикоррозионная защита посредством специализированного протектора. Техническая реализация в совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, обеспечивает повышение эффективности защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья. Предложенная совокупность существенных признаков является новой, а достигаемый результат не следует явным образом из существующего уровня техники.According to the proposed invention, the ESP is comprehensively protected in three directions: filtering mechanical impurities, preventing natural hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits, and corrosion protection through a specialized tread. The technical implementation, together with the essential features set forth in the claims, provides an increase in the effectiveness of the protection of ESPs in hydrocarbon production. The proposed set of essential features is new, and the achieved result does not follow explicitly from the existing level of technology.

Конструкцию и принцип действия заявляемого устройства иллюстрируют чертежи на фиг.1. и фиг.2.The design and principle of operation of the claimed device is illustrated by the drawings in figure 1. and figure 2.

На фиг.1 показана скважинная компоновка УЭЦН с защитным устройством, которая включает в себя: силовой кабель 1, эксплуатационную колонну 2, колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, шламоуловитель 4, сливной клапан 5, обратный клапан 6, электроцентробежный насос (ЭЦН) 7, фильтр ЭЦН 8, гидрозащиту 9, погружной электродвигатель (ПЭД) 10, электромагнитный протектор 11, разобщитель 12, фильтрующий элемент 13, антикоррозионный протектор 14. Стрелками схематично показано движение скважинной жидкости.Figure 1 shows the well assembly of the ESP with a protective device, which includes: power cable 1, production string 2, tubing string 3, sludge trap 4, drain valve 5, check valve 6, electric centrifugal pump (ESP ) 7, ESP filter 8, hydraulic protection 9, submersible electric motor (SEM) 10, electromagnetic protector 11, disconnector 12, filter element 13, anticorrosion protector 14. The arrows show the movement of the borehole fluid.

На фиг.2 изображена схема движения жидкости внутри фильтрующего элемента 13. Здесь изображено: центральная труба 15, промежуточная труба 16, корпус фильтрующего элемента 17, частицы мехпримеси 18. Стрелки показывают траекторию движения жидкости.Figure 2 shows a diagram of the movement of fluid inside the filter element 13. Here is shown: the Central pipe 15, the intermediate pipe 16, the housing of the filter element 17, particles of mechanical impurities 18. The arrows show the trajectory of the fluid.

Следует отметить, что силовой кабель 1, эксплуатационная колонна 2, колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, шламоуловитель 4, сливной клапан 5, обратный клапан 6, электроцентробежный насос (ЭЦН) 7, фильтр ЭЦН 8, гидрозащита 9, погружной электродвигатель (ПЭД) 10 являются элементами скважинной компоновки, широко распространенной при добыче углеводородного сырья (Агеев Ш.Р. и др. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, 645 с.).It should be noted that the power cable 1, production casing 2, tubing string 3, sludge trap 4, drain valve 5, check valve 6, electric centrifugal pump (ESP) 7, filter ESP 8, hydraulic protection 9, submersible motor ( PEM) 10 are elements of a well assembly that is widespread in hydrocarbon production (Ageev Sh.R. et al. Russian installations of vane pumps for oil production and their application. Encyclopedic reference book. Perm: Press-Master LLC, 2007, 645 pp. .).

Принцип действия и устройство электромагнитного протектора 11 также известно, например (пат. RU 2348794 С2, МПК E21B 37/00, опубл. 10.03.2009). Работа устройства основана на иницировании объемного кристаллообразования и повышении его скорости, вместо кристаллообразования на инородной, по отношению к кристаллообразующему веществу, поверхности скважинной компоновки. При этом образовавшиеся в объеме флюида твердые частицы уносятся этим флюидом на поверхность.The principle of operation and the device of the electromagnetic tread 11 is also known, for example (US Pat. RU 2348794 C2, IPC E21B 37/00, publ. 03/10/2009). The operation of the device is based on the initiation of volumetric crystal formation and an increase in its speed, instead of crystal formation on a surface of the borehole assembly that is foreign to the crystal-forming substance. In this case, solid particles formed in the volume of the fluid are carried away by this fluid to the surface.

Действие антикоррозионной защиты базируется на электролизе воды, эмульгированной в нефти, что позволяет снизить степень коррозионного разрушения насосного оборудования вследствие его катодной поляризации (патент РФ №2132454, МПК E21B 43/00, 27.06.1999 г.). Кроме того, например, при использовании магний-цинковых материалов в составе антикоррозионного протектора создается на внешних поверхностях УЭЦН магнетитовая защитная пленка с низкой адгезией, предотвращающая доступ коррозионной среды к поверхности защищаемого оборудования.The action of corrosion protection is based on the electrolysis of water emulsified in oil, which allows to reduce the degree of corrosion damage to pumping equipment due to its cathodic polarization (RF patent No. 2132454, IPC E21B 43/00, 06/27/1999). In addition, for example, when using magnesium-zinc materials as part of an anticorrosive tread, a magnetite protective film with low adhesion is created on the outer surfaces of the ESP, preventing the access of the corrosive medium to the surface of the protected equipment.

Как видно из фиг.1, заявляемое устройство подвешивается на основание ПЭД 10 на перфорированном патрубке электромагнитного протектора 11, корпус которого также выполняет функцию верхнего центратора. Нижняя часть устройства также оснащена центратором, совмещенным с корпусом антикоррозионного протектора 14.As can be seen from figure 1, the inventive device is suspended on the base of the PED 10 on the perforated pipe of the electromagnetic tread 11, the body of which also serves as the upper centralizer. The lower part of the device is also equipped with a centralizer, combined with the body of the anticorrosive tread 14.

Устройство работает следующим образом: механические примеси, находящиеся в пластовой жидкости, проходя мимо антикоррозионного протектора 14, отделяются от потока на неметаллической (капроновой) сетке фильтрующего элемента 13 с лабиринтным входом (фиг.2). Как видно из фиг.2, фильтрующий элемент 13 дополнительно оснащен промежуточной трубой 16, перфорированной так же, как корпус 17, и разделяющей нисходящий поток жидкости на два канала с меньшим суммарным сечение, при этом формируется лабиринтный направляющий канал, ускоряющий восходящий поток жидкости. При этом более мелкие механические примеси, прошедшие через сетку фильтрующего элемента 13, проходят через этот лабиринтный направляющий канал (фиг.2), сепарируются и выпадают в осадок. Далее очищенная пластовая жидкость поднимается по центральной трубе 15, затем через разобщитель 12 и через электромагнитный протектор 11 выходит в затрубное пространство под ПЭД 10. Далее подготовленная жидкость проходит мимо ПЭД 10 на входной модуль ЭЦН 7, где дополнительно очищается фильтром ЭЦН 8, выполненным также на основе неметаллической (капроновой) сетки. Затем жидкость проходит через ЭЦН 7, обратный клапан 6, шламоулавитель 4 и по НКТ 3 поднимается на поверхность. Предотвращение естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений на элементах скважинной компоновки, включая УЭЦН, осуществляется за счет генерации электромагнитного поля, которое иницирует объемное кристаллообразование и повышает его скорость, тем самым существенно уменьшает кристаллообразование на поверхности скважинной компоновки. При этом образовавшиеся в объеме флюида твердые частицы уносятся этим флюидом на поверхность. Защита от коррозии осуществляется посредством антикоррозионного протектора 14. Использование неметаллических сеток в фильтрующих элементах 8 и 13 позволяет исключить электрическое взаимодействие между поверхностью фильтрующего элемента и заряженными частицами мехпримеси, т.е. предотвращается налипание твердых частиц на фильтрующую поверхность.The device operates as follows: mechanical impurities located in the reservoir fluid, passing by the anticorrosive tread 14, are separated from the flow on a non-metallic (kapron) mesh of the filter element 13 with a labyrinth inlet (Fig. 2). As can be seen from figure 2, the filter element 13 is additionally equipped with an intermediate pipe 16, perforated in the same way as the housing 17, and dividing the downward flow of liquid into two channels with a smaller total cross-section, while a labyrinth guide channel is formed, accelerating the upward flow of liquid. At the same time, smaller mechanical impurities that have passed through the mesh of the filter element 13 pass through this labyrinth guide channel (Fig. 2), are separated and precipitate. Next, the purified reservoir fluid rises through the central pipe 15, then through the disconnector 12 and through the electromagnetic protector 11 enters the annulus under the PED 10. Next, the prepared fluid passes by the PED 10 to the input module of the ESP 7, where it is additionally cleaned with an ESP filter 8, also made basis of non-metallic (kapron) mesh. Then the liquid passes through the ESP 7, the check valve 6, the sludge trap 4 and rises to the surface via the tubing 3. The prevention of natural hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits on the elements of the well assembly, including the ESP, is carried out by generating an electromagnetic field that initiates volumetric crystal formation and increases its speed, thereby significantly reducing crystal formation on the surface of the well assembly. In this case, solid particles formed in the volume of the fluid are carried away by this fluid to the surface. Corrosion protection is carried out by means of an anticorrosive tread 14. The use of non-metallic grids in the filter elements 8 and 13 eliminates the electrical interaction between the surface of the filter element and charged particles of mechanical impurities, i.e. solid particles are not adhered to the filter surface.

Таким образом, заявленное устройство позволяет повысить эффективность защиты УЭЦН при добыче углеводородного сырья в осложненных условиях от мехпримесей, естественных гидратных и гидратоуглеводородных отложений, коррозии за счет комплексного использования фильтра мехпримесей, электромагнитного защитного устройства (электромагнитного протектора) и антикоррозионного защитного устройства (антикоррозионного протектора).Thus, the claimed device allows to increase the efficiency of the protection of ESP during the production of hydrocarbon raw materials in difficult conditions from mechanical impurities, natural hydrated and hydrate-hydrocarbon deposits, corrosion due to the integrated use of mechanical impurities filter, electromagnetic protective device (electromagnetic protector) and anticorrosive protective device (anticorrosive protector).

Claims

The protective device of the downhole installation of an electric centrifugal pump, including a filter element installed in its lower part in the form of a perforated pipe and a filter mesh covering it, characterized in that it further comprises an electromagnetic protector and an anti-corrosion protector, and the filter element is equipped with an intermediate perforated pipe with the formation of a labyrinth guide channel, and its mesh is made of non-metallic material, the electromagnetic tread being connected by means of a perf ingly nozzle base submersible motor installation and its lower part is connected through a disconnector with a filter element which is connected with corrosion protector.