Штанговая глубинно-насосная установка

781418 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1 В 43/О 5 ОБРЕТЕН И ОПИСАНИЕ И АВТО.РСКОМ ИДЕТЕЛЬС 1 2(21)4814189/03 (57) Изобретение относится к нефтедобыче (22) 16.04.90 .: .и может быть использовано для эксплуата- (46) 15.12.92. Бюл, М 46 ции скважин штанговыми насосами при от- (71) Пермский политехничесКий институт качке парафинистой нефтии предназначено (72) В,А.Мордвинов, А.Д.Коротаев, П.Н.Цы-для упрощения конструкции. Штанговаялев, В.Г,Сидоренко, В,Б. Касаткин и глубинно-насосная установка содержит ста- . Е.М.Огарковнок-качалку 1, скважинный штанговый на- .(56) Авторское свидетельство СССР сос 2, колонну НКТ 3 иколонну насосных . В 1252479, кл. Е 21 В 43/00; 1986. штанг (НШ) 4. На насосных штангах 4 разАвторское свидетельство СССР мещены группы постоянных магнитов (ПМ)%1480399, кл. Е 21 В 36/00,1984. 5, каждая из которых образована совокупАвторское свидетельство СССР , . ностью постоянных магнитов (ПМ) 6, устаФ 1120743, кл. Е 21 В 43/24, 1982. новленных с зазором между собой. ЛИагнит-, (54) ШТАНГОВАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ. ное поле всех ЛМ 6 ориентировано в на- УСТАНОВКА правлении, перпендикулярном продольной1781418 25 гревателя в процессе передачи тепла откороткозамкнутых 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,. преофразрйая электрическую энергйюв тепловую, отделена от подвижйого "эУемеЙта зазором 7 и образована частью НКТ 3, расположенных в зонах перемещения подвижного элемента нагревателя. Внутренняя поверхность неподвижной частинагревателя 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, насос- но-компрессорные трубы, разделитель и электрический нагреватель, выполненный в виде дополнительной колонны труб. установленных параллельно насос- но-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. высокопарафинистук нефть, содеркащие станок-качалку, сквакинный насос, колонну насосно-компрессорных труб, колонну на 5 10 15 20 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 но 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 потехнической сущности и достигаемому положительному эффекту является штанговая глубинно-насосная установка, в которой подвижный элемент нагревателя выполнен в виде чередующихся магнитных и токопроводящих участковНедостатком 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 на25 40 50 55 направление намагниченности, Размеры и мформа всех магнитов б одинаковы. В каче- на снижению их магнитной индукции и эффективности нагрева нефти.Целью изобретения является упрощение конструкции установки,Поставленная цель достигается тем, что 5в известной штанговой глубинно-насоснойустановке, включающей станок-качалку,скважинный насос, колонну насосно-комп-.рессорных труб, колонну насосных штанг инагреватель, состоящий из подвижного элемента и установленной с зазором относительно подвижного элемента неподвижнойчасти, постоянных магнитов и элементовдля преобразования электрической энергиив тепловую, подвижный элемент образоваН 15частью. насосных штанги размещенными наштангах чередующимися группами постоянных магнитов, в каждой из которых соседние маГниты установлены с зазором междуними и имеют противоположные направле 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 б, установленных с зазором между собой, Магнитное поле всех постоянных магнитов 6 ориентировано в направлении, перпендикулярном продольной оси насосных штанг 4. Причем, соседние магниты б имеют противоположное стве примера на фиг, 2 показано использование постоянныхмагнитов б в форме кольца, а на фиг, 3 - в форме сегментов.Возможно также применение магнитов 6прямоугольной формы, трапецеидальнойформы и т.д, В совокупности участки насосных штанг 4, несущие группы постоянныхмагнитов 5, образуют. подвижный элементнагревателя, Неподвижная часть нагревателя, преобразующая электрическую энергиюв тепловую, отделена от подвижного элемента зазором 7 и образованачастью насосно-компрессорных труб 3, расположенных взонах перемещения подвижного элементанагревателя, Внутренняя поверхность неподвижной части нагревателя имеет покрытие 8 из материала с высокой электрическойпроводимостью, например, меди или алю;миния (фиг 4)Часть насосно-компрессорных труб 3 свнутренним 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 группыпостоянных магнитов 5 рассчитывается поформуле1 г.м. + 1 х.ш,где 1 г.м. - длина группы постоянных магнитов 5;1 х.ш - длина хода точки подвеса насосных штайг 4;Работа штанговой глубинно-насоснойустановки осуществляется следующим образом.При включении станка-качалки 1 происходит возвратно-поступательное движениеколонны насосных штайг 4 и соединенногос ними плунжера скважинного штанговогонасоса 2, что обусловливает подъем йефтипо насосно-компрессорным трубам 3. Одновременно с колонной насосных штанг 4 осуществляется возвратно-поступательноедвижение групп постоянных магнитов 5.При этом на участках колонны насосно-компрессорных труб 3, расположенных в зонедвижения подвижного элемента нагревателя, наводится электродвижущая сила, поддействием которой в неподвижной части нагревателя возникает электрический. ток,Прохождение электрического тока по неподвижной части нагревателя сопровождается выделением тепла, повышениемтемпературы участков колонны насоснокомпрессорных труб, жидкости и насосных штанг 4. Выбором типа постоянныхагнитов б и длины подвижного элементагревателя температура жидкости в на55 сосна-компрессорных трубах 3 поддерживается на уровне, превышающем температуру насыщения ее парафином. При этом исключается процесс отложения асфальтосмолопарафиновых веществ на насосно-ком прессорных трубах 3 и насосных штангах 4,П р им е р. 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 подьема нефти. 20ее 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 постбянных 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 мм, 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 взоне перемещения 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 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 б м, Исследованиями установлено, что третЬя группа постоянных магнитов длиной б м устанавлиеается на расстоянии 376 м ог места выхода нефти из эоны нагрева второй группы,Таким образом, при добыче нефти изскважины с приведенными выше параметрами для исключения образования асфальтосмолопарафиновых отложений группыпостоянных магнитов устанавливаются наглубинах (967 - 973) м, (585 - 591) м, (203-209)м от поверхности земли. Общая протяженность магнитов равняется 18 м. Температура нефти при выходе из скважины равна295,7 К. т,е. остается выше на 2,7 градуса темпера-туры насыщения нефти парафином, что способствует транспортировке продукциискважины до групповой замерной установки без образования асфальтосмолопарафиновых отложений в трубах, Полученныеданные базируются на электромагнитномрасчете нагревателя, в основу которого положены следующие формулы.Электрическая мощность, выделяемая внеподвижной части нагревателя, рассчитывается по формулеР=Е 1,где Е - электродвижущая сила, В;1 - электрический ток, А,В соответствии с законом электромагнитной индукции:Е = ВЧа,где В - магнитная индукция в среднем сечении насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя, Тл;Ч - действующее значение скоростидвижения насосных штанг подвижного элемента нагревателя, м/с;а - длина окружности, соответствующейсреднему диаметру насосно-компрессорной трубы неподвижной части нагревателя,м;Ч = Чм/ 2 а = л(Р+ Рю) /2 Чл, - максимальная скорость перемещения насосных штанг, м/с;Рнзр, Рвн - наружный и внутренний ди-. аметр насосно-компрессорной трубы, м.На основании закона Ома1= Е 9где 9 - эквивалентная электропроводимость неподвижной части нагревателя, 1/Ом усп; - удельная электропроводимость материала насосно-компрессорных труб, 1/Омм;8 - площадь сечения насосно-компрессорной трубы в направлении, перпендикулярном прохождению электрического тока,гл;5 = (Онар - Овн)/2,где- длина неподвижной части нагревате ля, м.При проведении расчетов величинапринимается равной длине подвижного элемента нагревателя.Подставляя в выражение для мощности 10 значение электродвижущей силы и электрического тока, получаем2Е 2 нм аааОна 2+Оан 115х у,в 1В Она - Оан 2 При Чм =1 м/с, Онар = 0,073 м, Овн = 0,062 м, 20 усгО=5,15 х 10 1/Омм,=18,м, В =0,765 Тл Р = 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 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 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 ности земли, Толщина медного покрытйя 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 .з.емли.Покрытие наружной поверхности неподвйж- ной части нагревателя теплоизоляцией приводит. к уменьшению потерь тепла в межтрубном пространстве, т.е. к повышению эффектив 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 наглубинах (967 - 973) м от поверхности земли, а другая, протяженностью 5 м, на глубинах (402 - 407) м, В качестве теплоизоляционногопокрытия используется стеклоткань, пропитанная эпоксидной смолой, Толщина тепло- изоляционного покрытия 5 мм, длина на первом участке 10 м, на втором 9 м. Размещается теплоизоляционное покрытие наглубинах (963 - 973) и (398-407) м от поверхностиземли. Приведенные данные соответствуют случаю, когда немагнитное покрытиенеподвижной части нагревателя отсутствует,Заявляемая штанговая глубинно-насосная установка исключает образование асфальтосмолопарафиновых отложений нанасосно-компрессорных трубах и насосныхштангах, Она, по сравнению с прототипом,характеризуется более простой конструкцией нагревателя, что позволяет повыситьнадежность работы скважинного оборудования и уменьшить его стоимость, Осущест- .вление непосредственной передачи теплаот неподвижной часТи нагревателя нефтиобусловливает повышение эффективностинагрева нефти и ведет к увеличению коэффициента полезного действия нагревателяи установки в целом, К дополнительномуповышению эффективности нагрева нефтии увеличению коэффициента полезного действия нагревателя и установки приводитснижение потерь тепла в межтрубном пространстве за счет уменьшения поверхноститеплоотдачи и нанесения на наружную поверхность неподвижНой части нагревателятеплоизоляционного покрытия. Увеличениекоэффициента полезного действия нагревателя способствует тому, что одинаковую спрототипом температуру нагрева нефти взаявляемой установке можно получить применьших габаритах и стоимости нагревателя, т,е. при более низких затратах на оборудование скважины. Следует отметить и то,что в заявляемой установке, в отличие отпрототипа, использовано стандартное нефтепромысловое оборудование.Изобретение предназначено для использования в штанговых глубинно-насосных установках для откачки парафинистойнефти.Формула изобретения1, Штанговая глубинно-насосная установка, включающая станок.-качалку,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 Ча 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 кбторых" соседние магниты установленй с зазором между ними и имеют противоположные направления магнитного поля, ориентированного перпендикулярно продольной оси штанг, а неподвижная часть, преобразующая элек 5 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,. Фил дакто аз 4262 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 1 Составитель В, МТехред М. Моргент овК