СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F04D13/10 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для подъема жидкости, содержащей мехпримеси.

Известна скважинная насосная установка [1] включающая центробежный насос, погружной электродвигатель и расположенный между ними сепаратор для очистки скважинной жидкости, а также эжектор для отсоса мехпримесей, подключенный к напорному патрубку насоса.

Недостатком такой скважинной установки является увеличенное расстояние между насосом и электродвигателем в связи с размещением между ними сепаратора, что требует применения удлиненного вала, связывающего насос и электродвигатель, в результате чего усложняется конструкция и снижается надежность работы установки. Кроме того, не обеспечивается эффективность отвода тепла от электродвигателя, выделяющегося при его работе, ввиду недостаточной скорости омывания корпуса электродвигателя скважинной жидкостью.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка [2] содержащая центробежный насос, к напорному патрубку которого подключен эжектор, гидравлически сообщенный с камерой сбора мехпримесей сепаратора, а погружной электродвигатель размещен непосредственно под насосом в его всасывающем патрубке, при этом сепаратор установлен ниже электродвигателя на конце всасывающего патрубка.

Недостатками известной установки являются повышенная длина трассы трубопровода, сообщающего эжектор с камерой сбора мехпримесей сепаратора, и, как следствие этого, увеличенное гидравлическое сопротивление при отсосе мехпримесей эжектором, а также возможность засорения трубопровода, что ухудшает работу эжектора, затрудненный подвод к электродвигателю питающего электрокабеля, особенно при уменьшенных диаметрах эксплуатационной колонны скважины, так как при малых зазорах между стенками колонны и корпусом насоса затруднено прохождение одновременно электрокабеля и трубопровода и возможны их механические повреждения при спуско-подъемных операциях. При этом возникает также перегрев электрокабеля, который, проходя по корпусу насоса в стесненных условиях, испытывает дополнительно воздействие тепла, выделяющегося при трении вращающихся частей насоса. В результате снижается эксплуатационная надежность работы установки в целом.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы скважинной насосной установки путем повышения эффективности работы эжектора за счет уменьшения гидравлического сопротивления при отсосе мехпримесей, снижение вероятности механических повреждений и перегрева питающего электрокабеля, так как исключена необходимость его прокладки по корпусу насоса, а также улучшение теплоотвода от корпуса электродвигателя за счет завихрения потока омывающей его скважинной жидкости.

Технический результат достигается тем, что в скважинной насосной установке, содержащей центробежный насос, к напорному патрубку которого подключен эжектор, гидравлически сообщенный с камерой сбора мехпримесей сепаратора, размещенного со стороны приема насоса, и погружной электродвигатель, электродвигатель установлен с гарантированным радиальным зазором над насосом в напорном патрубке, который в верхней части соединен с колонной насосных труб и имеет нишу для размещения муфты токоподвода электродвигателя и узел ее уплотнения, при этом эжектор расположен между насосом и электродвигателем, а выше эжектора в напорном патрубке выполнены тангенциальные целевые отверстия для выхода скважинной жидкости.

Кроме того, в зазоре между корпусом электродвигателя и стенками напорного патрубка смонтированы завихрители потока скважинной жидкости.

На фиг. 1 представлена скважинная насосная установка, продольный разрез; на фиг. 2 изображен узел I на фиг.1; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг.1.

Скважинная насосная установка содержит центробежный насос 1, соединенный с напорным патрубком 2, внутри которого над насосом 1 смонтирован погружной электродвигатель 3, причем между корпусом электродвигателя 3 и стенками патрубка 2 предусмотрен радиальный зазор а. В верхней части патрубок 2 закреплен на колонне насосных труб 4 и имеет нишу 5 для размещения разъемной муфты 6 токоподвода к электродвигателю 3, которая проходит через нижнюю стенку 7 ниши 5, при этом питающий кабель 8, подключенный к муфте 6, огибает боковую стенку 9 ниши 5 и выводится к устью скважины (не показано) по колонне насосных труб 4 в зазоре б между трубами 4 и эксплуатационной колонной 10 скважины. В стенке установлено уплотнение 11 муфты 6, герметизирующее внутреннюю полость патрубка 2 от затрубного пространства скважины. Нижняя часть напорного патрубка 2 между насосом 1 и электродвигателем 3 выполнена в виде переходника 12, в котором размещен эжектор 13, имеющий сопло 14 и канал 15, сообщенный с трубой 16 для отсоса мехпримесей из газопесочного сепаратора 17, установленного со стороны всасывающей полости насоса 1. Над эжектором 13 в переходнике 12 выполнены тангенциальные щелевые отверстия 18, сообщающие внутреннюю полость патрубка 2 с нагнетательной полостью насоса 1. В зазоре а размещен завихритель, выполненный в виде винтовых ребер 19.

Газопесочный сепаратор 17 включает в себя корпус 20 с газосборной камерой 21 и отверстиями 22 для входа скважинной жидкости, сообщенными с проточным каналом 23, образованным полым перфорированным шнеком 24 со спиралями 25 и делителем 26 потока со щелевыми прорезями 27, гидравлически связывающими проточный канал 23 с камерой 28 для сбора мехпримесей, при этом газосборная камера 21 имеет отверстия 29 для выхода газа. Патрубок 30 для отвода очищенной жидкости связан с всасывающей полостью насоса 1 и образует со шнеком 24 кольцевую полость 31, сообщающуюся с газосборной камерой 21. Труба 16 гидравлически сообщает камеру 28 с каналом 15 эжектора 13.

Скважинная насосная установка работает следующим образом.

Установка спускается в скважину на колонке насосных труб 4, причем предварительно электродвигатель 3 помещают в напорный патрубок 2 центробежного насоса 1 и соединяют разъемную кабельную муфту 6, к которой подключен кабель 8. Кабельная муфта 6, установленная в нише 5 напорного патрубка 2, при спуске установки в скважину защищена от механических повреждений.

После подачи питания к электродвигателю 3 во всасывающей полости насоса 1 и патрубке 30 создается разрежение и скважинная жидкость через отверстия 22 в корпусе 20 газопесочного сепаратора поступает в проточный канал 23, где поток жидкости закручивается спиралями 25 полого шнека 24 и происходит графитационная сепарация газа и мехпримесей, находящихся в жидкости. Более легкий газ стремится к центру и через перфорацию шнека 24 и кольцевую полость 31 попадает в газосборную камеру 21, откуда через отверстие 22 выводится в затрубное пространство скважины. Одновременно жидкость с мехпримесями под действием центробежных сил отбрасывается к стенке делителя 26 потока и через щелевые прорези 27 суспензия с мехпримесями поступает в камеру 28, а очищенная скважинная жидкость поступает в патрубок 30, откуда она забирается насосом 1 и под давлением подается в переходник 12, где в зоне сопла 14 эжектора 13 скорость жидкости возрастает, благодаря чему в канале 15 создается разрежение и происходит подсос суспензии с мехпримесями из камеры 28 через трубу 16 и подмешивание ее в общий поток жидкости.

При выходе жидкости из переходника 12 во внутреннюю полость напорного патрубка 2 через тангенциальные щелевые отверстия 18 происходит завихрение потока жидкости, который, проходя по зазору а, омывает поверхность корпуса электродвигателя 3, поглощая выделяющееся тепло. Завихрение потока жидкости на всей длине патрубка 2 поддерживается винтовыми ребрами 19. Подбором величины зазора а обеспечивается скорость движения жидкости, необходимая для эффективного отвода тепла от электродвигателя. В верхней части патрубка 2 скважинная жидкость огибает нишу 5 и поступает в колонну насосных труб 4.

В изобретении по сравнению с прототипом за счет размещения электродвигателя над насосом в напорном патрубке уменьшается расстояние между эжектором и камерой сбора мехпримесей сепаратора и соответственно сокращаются гидравлические потери в магистрали отсоса мехпримесей и уменьшается возможность ее засорения, что повышает эффективность работы эжектора. Кроме того, значительно улучшаются условия прокладки кабеля, питающего электродвигатель, так как отпадает необходимость прокладки его по корпусу центробежного насоса в ограниченном зазоре между насосом и эксплуатационной колонной, что исключает тепловое воздействие на изоляцию кабеля со стороны насоса, а также уменьшается возможность механических повреждений кабеля и кабельной муфты при спуско-подъемных операциях. Одовременно за счет завихрения в напорном патрубке скважинной жидкости, омывающей электродвигатель, повышается эффективность его охлаждения. В результате повышается надежность работы и эксплуатационные свойства скважинной насосной установки в целом.

Использование: в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: к напорному патрубку центробежного насоса подключен эжектор, гидравлически сообщенный с камерой сбора мехпримесей сепаратора, размещенного со стороны приема насоса. Погружной электродвигатель (ЭД) установлен с гарантированным радиальным зазором над насосом в напорном патрубке, который в верхней части соединен с колонной насосных труб и имеет нишу для размещения муфты токоподвода ЭД и узел ее уплотнения. Эжектор расположен между насосом и ЭД. Выше эжектора в напорном патрубке выполнены тангенциальные щелевые отверстия для выхода скважинной жидкости. В зазоре между корпусом ЭД и стенками патрубка смонтированы завихрители потока жидкости. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая центробежный насос, к напорному патрубку которого подключен эжектор, гидравлически сообщенный с камерой сбора мехпримесей сепаратора, размещенного со стороны приема насоса, и погружной электродвигатель, отличающаяся тем, что электродвигатель установлен с гарантированным радиальным зазором над насосом в напорном патрубке, который в верхней части соединен с колонной насосных труб и имеет нишу для размещения муфты токоподвода электродвигателя и узел ее уплотнения, при этом эжектор расположен между насосом и электродвигателем, а выше эжектора в напорном патрубке выполнены тангенциальные щелевые отверстия для выхода скважинной жидкости. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в зазоре между корпусом электродвигателя и стенками напорного патрубка смонтированы завихрители потока скважинной жидкости.