Штанговая глубинно-насосная установка

Штанговая глубинно-насосная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для эксплуатации скважин штанговыми насосами при откачке парафинистой нефти и предназначено для упрощения конструкции. Штанговая глубинно-насосная установка содержит станок-качалку 1, скважинный штанговый насос 2, колонну НКТ 3 и колонну насосных штанг (НШ) 4. На насосных штангах 4 раз мещены группы постоянных магнитов (ПМ) 5, каждая из которых образована совокупностью постоянных магнитов (ПМ) 6, установленных с зазором между собой. Магнит-4 ное поле всех ПМ 6 ориентированов направлении, перпендикулярном продольной 1 VJ 00 k Ј. Со Фиг1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф%

I»

° В ъФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4814189/03 (22) 16.04.90 (46) 15.12.92. Бал, N. 46 (71) Пермский политехничесКий институт (72) В.А.Мордвинов, А.Д.Коротаев, П.Н.Цы лев, В;Г,Сидоренко, В.Б.Касаткин и . Е.М.Огарков . (56) Авторское свидетельство СССР . ЬЬ 1252479, кл. Е 21 В 43/00; 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1480399, кл. Е 21 В 36/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

hh 1120743, кл. Е 21 В 43/24, 1982. (54) ШТАНГОВАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ.

УСТАНОВКА

„„5U 1781418 А1 (51)5 Е 21 В 43/00

2 (57) Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для эксплуатации скважин штанговыми насосами при откачке парафинистой нефти и предназначено для упрощения конструкции. Штанговая глубинно-насосная установка содержит станок-качалку 1, скважинный штанговый на- . сос 2, колонну HKT 3 и колонну насосных штанг (НШ) 4. На насосных штангах 4 размещены группы постоянных магнитов (ПМ)

5, каждая из которых образована совокупностью постоянных магнитов (ПМ) 6, установленных с зазором между собой. Магнит-, ное поле всех ЛМ 6 ориентировано в направлении, перпендикулярном продольной

1л

° а (, I

1781418

25 гревателя в процессе передачи тепла от короткозамкнутых катушек нефти через воздух и изоляционный каркас, Следует также отметить, что тепло, выделяющееся в короткозамкнутых катушках неподвижной части, 30 приводит к нагреву постоянных магнитов, оси НШ 4. Причем. соседние ПМ 6 имеют противоположное направление намагниченности. Размеры и форма всех ПМ 6 одинаковы. Возможное применение магнитов 6 прямоугольной формы, трапецеидальной формы и т.д. В совокупности участки НШ 4, несущие группы ПМ 5, образуют подвижный элемент нагревателя. НепОдвижная часть нагревателя, прео(раз рй ая электрическую эндргйю в тепловую, отделена от подвижйого:эЫемеЙта зазором 7 и образована частью HKT 3, расположенных в зонах перемещения подвижного элемента нагревателя. Внутренняя поверхность неподвижной части нагревателя имеет покрытие 8 из материала с высокой электрической проводимостью, например, меди или алюминия, При включении станка-качалки 1 происходит возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг 4 и соединенного с ними плунжера. скважинного штангового насоса

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для эксплуатации скважин штанговыми насосами при откачке парафинистой нефти.

Известна штанговая глубинно-насосная установка для эксплуатации скважин, добывающих высокопарафинистую нефть.

Она содержит станок-качалку, скважинный насос, эксплуатационную колонну, насосно-компрессорные трубы, разделитель и электрический нагреватель, выполненный в виде дополнительной колонны труб. установленных параллельно насосно-компрессорным трубам и несущих ряд нагревательных элементов, соединенных посредством силовых кабелей с источником электрической энергии, К недостаткам такой установки следует отнести сложность скважинного оборудования, большие затраты на эксплуатацию и значительную продолжительность проведения подземного ремонта, обусловленную необходимостью установки в скважине разделителя и дополнительной колонны труб, Известны также штанговые глубинно-насосн ые уста н о вки, добывающие. высокопарафинистую нефть, содер>кащие станок-качалку, сква>кинный насос, колонну

НВсосН0-компрессорных труб, колонну на5

2, что обусловливает подъем нефти по НКТ

3, Одновременно с колонной НШ 4 осуществляется возвратно-поступательное движение групп ПМ 5. При этом на участках колонны НКТ 3, расположенных в зоне движения. подвижного элемента нагревателя, наводится электродвижущая сила, под действием которой в неподвижной части нагревателя возникает электрический ток.

Прохождение электрического тока по неподвижной части нагревателя сопровождается выделением тепла, повышением температуры участков колонны НКТ, жидкости и НШ 4, Выбором типа ПМ 6 и длины подвижного элемента нагревателя температура жидкости в НКТ 3 поддерживается на уровне, превышающем температуру насыщения ее парафином, При этом исключается процесс отложения асфальтосмолопарафиновых веществ на НКТ,З и НШ 4. 1 з,п.ф-лы, 5 ил. 1 табл. сосных штанг и нагреватель, состоящий из подвижного элемента, размещенного в разрыве колонны насосных штанг, и неподвижной части, установленной в разрыве колонны насосно-крмпрессорных труб и включающей магнитный кожух, систему постоянных магнитов, короткозамкнутые катушки и изоляционный каркас.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является штанговая глубинно-насосная установка, в которой подвижный элемент нагревателя выполнен в виде чередующихся магнитных и токопроводящих участков.

Недостатком данной установки является высокая сложность конструкции, что обусловлено сложностью конструкции подвижного элемента нагревателя и его неподвижной части. Кроме того, эта установка характеризуется недостаточно высоким коэффициентом полезного действия из-за больших потерь тепла в межтрубном пространстве и внутри неподвижной части на1 781418

40

55 направление намагниченности. Размеры и м форма всех магнитов 6 одинаковы. В каче- на снижению их магнитной индукции и эффективности нагрева нефти.

Целью изобретения является упрощение конструкции установки.

Поставленная цель достигается тем, что 5 в известной штанговой глубинно-насосной установке, включающей станок-качалку, скважинный насос, колонну насосно-комп-. рессорных труб, колонну насосных штанг и нагреватель, состоящий из подвижного эле- 10 мента и установленной с зазором относительно подвижного элемента неподвижной части, постоянных магнитов и элементов для преобразования электрической энергии в тепловую, подвижный элемент образован 15 частью. насосных штанги размещенными на штангах чередующимися группами постоянных магнитов, в каждой из которых соседние магниты установлены с зазором между ними и имеют противоположные направле- 20 ния магнитного поля, ориентированного перпендикулярно продольной оси штанг, а неподвижный элемент, преобразующий электрическую энергию в тепловую, образован частью насосно-компрессорных труб с нанесенным на их внутренйюю поверхность покрытием из материала с высокой электрической проводимостью. При этом часть насосно-компрессорных труб с внутренним покрытием выполнена с наружным 30 теплоизоляционным покрытием.

На фиг. 1 изображена штанговая глубинно-насосная установка; на фиг. 2 — поперечный разрез скважины при размещении на насосных штангах постоянных магнитов 35 в форме кольца: на фиг, 3 — поперечный: разрез скважины при размещении на насос.ных штангах постоянных магнитов в форме сегментов; на фиг. 4 — поперечный разрез насосно-компрессорной трубы с покрытием ее внутренней поверхности материалом с высокой электрической проводимостью; на фиг. 5- поперечный разрез насосно-компрессорной трубы с теплоизоляционным покрытием наружной поверхности,. 45

Штанговая глубинно-насосная установка (фиг. 1) содержит станок-качалку 1, скважинный штанговый насос 2, колонну насосно-компрессорных труб 3 и колонну насосных штанг 4, На насосных штангах 4 размещены группы постоянных магнитов 5, каждая из которых образована совокупностью постоянных магнитов 6, установленных с зазором между собой. Магнитное поле всех постоянных магнитов 6 ориентировано в направлении, перпендикулярном продольной оси насосных штанг 4. Причем, соседние магниты 6 имеют противоположное стве примера на фиг, 2 показано использование постоянных магнитов 6 в форме кольца, а на фиг. 3 — в форме сегментов.

Возможно также применение магнитов 6 прямоугольной формы, трапецеидальной формы и т.д, В совокупности участки насосных штанг 4, несущие группы постоянных магнитов 5, образуют. подвижный элемент нагревателя. Неподвижная часть нагревателя, преобразующая электрическую энергию в тепловую, отделена от подвижного элемента зазором 7 и образована частью насосно-компрессорных труб 3, расположенных в зонах перемещения подвижного элемента нагревателя. Внутренняя поверхность неподвижной части нагревателя имеет покрытие 8 из материала с высокой электрической . проводимостью, например, меди или алю; миния (фиг. 4).

Часть насосно-компрессорных труб 3 с внутренним покрытием 8 выполнена с наружным теплоизоляционным покрытием 9 (фиг. 5).

Длина внутреннего покрытия 8 и наружного теплоизоляционного покрытия 9, т.е. их размер в осевом направлении скважины, в зоне расположения одной группы постоянных магнитов 5 рассчитывается по формуле

1т.м. + lx.ш где lr.м. — длина группы постоянных магнитов 5;

lxUJ — длина хода точки подвеса насосных штайг 4;

Работа штанговой глубинно-насосной установки осуществляется следующим об.— разом.

При включении станка-качалки 1 происходит возвратно-поступательное движение колонны насосных штайг 4 и соединенного с ними плунжера скважинного штангового насоса 2, что обусловливает подъем йефти по насосно-компрессорным трубам 3. Одновременно с колонной насосных штанг 4 осуществляется возвратно-поступательное движение групп постоянных магнитов 5.

При этом на участках колонны насосно-компрессорных труб 3, расположенных в зоне движения подвижного элемента нагревателя, наводится электродвижущая сила, под действием которой в неподвижной части нагревателя возникает электрический. ток.

Прохождение электрического тока по неподвижной части нагревателя сопровожда ется выделением тепла, повышением температуры участков колонны насоснокомпрессорных труб, жидкости и насосных штанг 4. Выбором типа постоянных агнитов 6 и длины подвижного элемента гревателя температура жидкости в на1781 1! Я

g = г сев а

55 сосна-компрессорных трубах 3 поддерживается на уровне, превышающем температуру насыщения ее парафином. При этом исключается процесс отложения асфальтосмолопарафиновых веществ на насосно-KQM- 5 прессорных трубах 3 и насосных штангах 4, Пример. Скважина глубиной 1500 м с внутренним диаметром эксплуатационной колонны 130 мм эксплуатируется штанговым насосом, размещейным на.глубине 10

1000 м. Температура пластовой нефти 301 К, в скважине на глубине подвески насоса

293,4 К; температура насыщения нефти парафином 293 К,. Производительность или дебит скважины 10 м /сут (1,157 х 10 м /с). 15

Наружный диаметр колонны насосно-комп рессорных труб 73 мм, ее внутренний диаметр 62 мм, толщина стенки труб 5,5 мм.

Диаметр штанг 22 мм, длина хода точки подвеса штанг 4 м, В процессе подъема нефти. 20 ее температура за счет теплоабмена с окружающей средой снижается и на глубине 973 м достигает 293 К, т,е. становится равной температуре насыщения нефти парафином.

На этой отметке на насосной штанге установлена первая группа постоянных магнитов. Длина группы магнитов в осевом направлении скважины выбирается равной

6 м. Группа сформирована из постоянных магнитов, выполненных в форме сегмента (фиг. 3). Внутренний радиус магнитов равняется 11 мм, наружный радиус — 26 мм. Общая длина поверхности двух сегментов составляет 97,34 мм, т,е; равняется половине длины окружности, соответствующей внутреннему радиусу насосно-компрессорной трубы, Зазор между стенкой насоснокомпрессорной трубы и постоянными магнитами составляет 5 vM, Величина магнитной индукции на внутренйей поверхности насосно-компрессорной трубы 0,765 Тл.

Такбй величины магнитная индукция может быть получена, например, при применении самарий- кобальтовых ма .- нитов, выпускаемых отечественной промышленностью.

При прохождейии нефти в зоне riepeMeщения пбстоянных магнитов ее температура повышается с 293 до 298,7 К, т.е. нагрев нефти в зоне перемещения магнитов составляет 5,7 градуса, При дальнейшем дви- 50 жении температура нефти снижается и достигает 293 К на расстоянии 376 м от места выхода из зоны нагрева. Для исключения отложения парафина выше этой отметки устанавливается вторая группа постоянных магнитов протяженностью 6 м, Исследованиями установлено, что третЬя группа постоянных магнитов длиной 6 м устанавливается на расстоянии 376 м or л1естл выхода нефти из эоны нагрева второй группы.

Таким образом, при добыче нефти из скважины с приведенными выше параметрами для исключения образования асфальтосмолопарафиновых отложений группы постоянных магнитов устанавливаются на глубинах (967 — 973) м, (585 — 591) м, (203-209) м от поверхности земли. Общая протяженность магнитов равняется 18 м. Температура нефти при выходе из скважины равна

295,7 К. т,е. остается выше на 2,7 градуса темпера- туры насыщения нефти парафином, что crioсобствует транспортировке продукции скважины до групповой замерной установки без образования асфальтосмолопарафиновых отложений в трубах. Полученные данные базируются на электромагнитном расчете нагревателя, в основу которого положены следующие формулы.

Электрическая мощность, выделяемая в неподвижной части нагревателя, рассчитывается по формуле

Р=Е I, где Š— электродвижущая сила, В;

1 — электрический ток, А, В соответствии с законом электромагнитной индукции:

Е = В V à, где  — магнитная индукция в среднем сечении насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя, Тл;

V — действующее значение скорости движения насосных штанг подвижного элемента нагревателя, м/с; а — длина окружности, соответствующей среднему диаметру насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя, м;

V — 1/м/ 2 а = л (Рнар + Овн) /2

VM — максимальная скорость перемещения насосных штанг, м/с;

Ондер, Овн наружный и внутренний ди-. аметр насосно-компрессорной трубы, м.

На основании закона Ома

I= Е g, где g — эквивалентная электропроводимость неподвижной части нагревателя, 1/Ом

y

S — площадь сечения насосно-компрессорной трубы в направлении, перпендику1781418

10 лярном прохождению электрического тока, гл;

5 =!(Онар — Овн)/2, где 1- длина неподвижной части нагревате- 5 ля, м.

При проведении расчетов величина I принимается равной длине подвижного элемента нагревателя.

Подставляя в выражение для мощности 10 значение электродвижущей силы и электрического тока, получаем

2 VM (0нв2+Овн2

g 2 2 " 15 х)г л . В

Она Эвн 2

При Чм = 1 M/с. Онар = 0,073 м, Вен = 0,062 м, 20

ycm= 5,15 х 10 1/Ом м, I = 18, м, В = 0,765 Тл

P = 31620,5 Вт = 31,62 кВт..

Значения мощности, выделяемой в неподвижной части нагревателя при других значениях магнитной индукции, приведены 25 в таблице.

Если внутреннюю поверхность неподвижной части нагревателя покрыть медью или алюминием, то при индукции 0,765 Тл количество тепла, выделяемого в неподвиж- 30 ной части нагревателя, существенно возрастает. Увеличивается и температура нефти за время ее прохождения в зоне нагревателя. Поэтому для исключения отложения асфальтосмолопарафиновых веществ в 35 данном случае требуется меньшая длина подвижного элемента нагревателя, т,е. меньшее количество групп постоянных магнитов. Так для скважины с приведенными выше параметрами для исключения от- 40 ложения асфальтосмолопарафиновых веществ необходима лишь одна группа постоянных магнитов протяженностью 3 м.

Этэ группа устанавливается на насосной штанге на глубинах (970-973) м от поверх- 45 ности земли, Толщина медного покрытия внутренней поверхности неподвижной части нагревателя составляет 1 мм, а размещается медное покрытие на участке длиной 7 м на глубинах (966-973) м от поверхности 50 земли.

Покрытие наружной поверхности неподвйж- ной части нагревателя теплоизоляцией приводит.: к уменьшению потерь тепла в межтрубном пространстве, т.е. к повышению эффектив- 55 ности нагревателя и увеличению температуры нагрева нефти, Это способствует уменьшению длины нагревателя, а следовательно, уменьшению требуемого количества групп постоянных магнитов, Тэк. для рассматриваемой скважины отложение асфэльтосмолопарафиновых веществ исключается при установке на насосных штангах двух групп постоянных магнитов. Одна из них, протяженностью 6 м, размещается на глубинах (967 — 973) м от поверхности земли, а другая, протяженностью 5 м, на глубинах (402 — 407) м, В качестве теплоизоляционного покрытия используется стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой. Толщина теплоизоляционного покрытия 5 мм, длина на первом участке 10 м, на втором 9 м. Размещается теплоизоляционное покрытие нэ глубинах (963 — 973) и (398-407) м от поверхности земли. Приведенные данные соответствуют случаю, когда немагнитное покрытие неподвижной части нагревателя отсутствует, Заявляемая штанговая глубинно-насосная установка исключает образование асфальтосмолопарафиновых отложений на насосно-компрессорных трубах и насосных штангах, Она, по сравнению с прототипом, характеризуется более простой конструкцией нагревателя, что позволяет повысить надежность работы скважинного оборудования и уменьшить его стоимость. Осуществление непосредственной передачи тепла от неподвижной части нагревателя нефти обусловливает повышение эффективности нагрева нефти и ведет к увеличению коэффициента полезного действия нагревателя и установки в целом. К дополнительному повышению эффективности нагрева нефти и увеличению коэффициента полезного действия нагревателя и установки приводит снижение потерь тепла в межтрубном пространстве за счет уменьшения поверхности теплоотдачи и нанесения на наружную поверхность неподвижНой части нагревателя теплоизоляционного покрытия. Увеличение коэффициента полезного действия нагревателя способствует тому, что одинаковую с прототипом температуру нагрева нефти в заявляемой установке можно получить при меньших габаритах и стоимости нагревателя, т,е. при более низких затратах на оборудование скважины. Следует отметить и то, что в заявляемой установке, в отличие от прототипа, использовано стандартное нефтепромысловое оборудование.

Изобретение предназначено для использования в штанговых глубинно-насосных установках для откачки парафинистой нефти.

Формула изобретения

1. Штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок.-качал ку. скважинный насос, колонну нэсосно-ком1781418

В Тл 01 02 03 04 05 06 07

2161,3 4862,8 8645 13501,8 19451,3 26475,4

540,3

Р, Вт прессорных труб, колонну насосных штанг и нагреватель. состоящий из подвижного элемента и установленный с зазором относительно подвижного элемента неподвижной части, постоянных магнитов и элементов для преобразования электрической энергии в тепловую, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью упрощения" конструкции, подвижный элемент образован частью насосных штанг и размещенными на штангах чередующимися группами"-йостоянных магнитов, в каждой из которых" соседние магниты установленй с зазором между ними и имеют противоположные направления магнитного поля, ориентированного перпендикулярно продольной оси штанг, а неподвижная часть, преобразующая элек5 трическую энергию в тепловую, образована частью насосно-компрессорных труб с нанесенным на их внутреннюю поверхность покрытием из материала с высокой электрической проводимостью, 10 2.Установка поп.1.отличающаяся тем ; что-часть насосно-компрессорных труб с внутренним покрытием выполнена с наружным теплоизоляционным покрытием.

1781418

Составитель В, Мордвинов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарино. 101

Заказ 4262 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5