УСТАНОВКА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ Российский патент 1999 года по МПК F04B47/06 

Изобретение относится к области горного и нефтепромыслового машиностроения, а именно к насосным установкам с агрегатами двигатель-насос, расположенными на большой глубине, для подъема жидкостей из скважин, и может быть использовано для добычи жидких полезных ископаемых.

Известны установки электрические глубинно-насосные, содержащие эксплуатационную и лифтовую колонны труб, электрический кабель, соединенный с наружной поверхностью лифтовой колонны по всей ее длине присоединительными поясами, для подвода электроэнергии к размещенному на конце лифтовой колонны погружному электродвигателю, ротор которого соединен с валом размещенного между двигателем и лифтовой колонной центробежного насоса, имеющего всасывающие, открытые в полость эксплуатационной колонны, и нагнетательные, открытые в полость лифтовой колонны, каналы (Нефтепромысловое оборудование. Справочник, под редакцией Е.И. Бухаленко, М, Недра, 1990-559 с, ил. с.113-150).

Недостатком известных устройств является большая длина, низкая жесткость и ненадежность межсекционных соединений.

Указанный недостаток устранен в конструкции установки электрической глубинно-насосной, содержащей глубинный насос, погружной электродвигатель в одном корпусе и электрический кабель для подвода электроэнергии к погружному электродвигателю, ротор которого соединен с валом размещенного между электродвигателем и лифтовой колонной глубинного насоса, имеющего всасывающие открытые в полость эксплуатационной колонны, и нагнетательные, открытые в полость лифтовой колонны через обратный клапан, каналы (а.с. СССР 1710847, кл. F 04 D 13/10, опубл. 07.02.92 г. - прототип).

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности работы установки.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что известная установка, содержащая эксплуатационную и лифтовую колонны труб, глубинный насос, погружной электродвигатель и электрический кабель для подвода электроэнергии к погружному электродвигателю, ротор которого соединен с валом размещенного между электродвигателем и лифтовой колонной глубинного насоса, имеющего всасывающие, открытые в полость эксплуатационной колонны, и нагнетательные, открытые в полость лифтовой колонны через обратный клапан, снабжена гидронасосом и гидродвигателем с рабочей жидкостью, размещенными водном корпусе под электродвигателем и имеющими единый вал, при этом гидродвигатель выполнен в виде поршня гидронасоса и снабжен управляющим движением рабочей жидкости золотником, а глубинный насос, размещенный над электродвигателем, выполнен плунжерным, снабжен пружиной обратного хода плунжера, упорным подшипником в полости плунжера и обратным клапаном на всасывающем канале, а вал электродвигателя выполнен шлицевыми пазами и соединяет вал гидронасоса с плунжером через упорный подшипник.

Гидронасос и приводной электрический двигатель имеют один корпус установки и один вал, возвратно-поступательные движения которого образуются с помощью специального устройства, расположенного ниже электродвигателя.

Снабжение установки специальным устройством, предназначенным для придания вращательному движению общего вала дополнительно возвратно-поступательного (для краткости назовем его гидродвигателем), обеспечивает снижение общей длины установки без снижения напорных характеристик.

Для защиты плунжера гидронасоса от попадания абразива он изолируется от пластовой жидкости резиновой диафрагмой. Для четкой работы насоса в полости цилиндра его установлена возвратная пружина, вмонтированная в резиновую диафрагму.

В качестве рабочей жидкости применяется специальная жидкость плотностью 2 т/м³, чтобы более легкая пластовая жидкость не попадала внутрь установки и не снижала электроизоляцию, а также для создания большего напора установки.

На чертеже изображен вид сбоку предложенного устройства в разрезе.

Установка электрическая глубинно-насосная состоит из электродвигателя 1, гидродвигателя 2, гидронасоса 3, соединенныx одним валом 4.

Электродвигатель асинхронный с одной парой полюсов имеет статор 5, ротор 6 закреплен с помощью шпонки и радиальных подшипников 7 на трубе 8, внутри которой имеется шлицевая нарезка. Труба 8 посажена шлицами на наружную шлицевую нарезку общего вала 4, а нижний ее конец закреплен в осевом подшипнике 9. Электродвигатель 1 соединен с источником тока штепсельным соединением 19. На нижней части вала 4 с помощью шпонки посажены рабочие центробежные колеса 11, размещенные в направляющих аппаратах 10, образующие рабочие ступени. Рабочие ступени стянуты в корпусе 15 с помощью упорной детали 13, гайки 21 и образуют поршень гидродвигателя 2, который может двигаться в цилиндре 14. По рабочей поверхности упорной детали 13 посредством сухарей и кольцевых держателей 18 может скользить труба 16 с коническим концом и действовать на штоки операционных клапанов 12. Операционные клапаны размещены в головке 20 гидродвигателя 2, конический конец трубы 16 скользит по направляющей опорной трубе 22. Головка 20 гидродвигателя 2 жестко закреплена в корпусе 28 болтами. Все полости электродвигателя и гидродвигателя заполнены жидкостью плотностью 2 т/м³. Между вращающимся валом 4 и упорной деталью 13 установлен упорный подшипник 17. Верхний конец вала 4 через упорный подшипник 27 взаимодействует с плунжером насоса 3, расположенного в корпусе 29. Плунжер 26 в осевом направлении действует на диафрагму 24 с вмонтированной возвратной пружиной. Полость диафрагмы сообщается с полостью листовой колонны труб через нагнетательный клапан 23 и с затрубным пространством внутри эксплуатационной колонны через всасывающий клапан 25.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения на электродвигатель ротор 6 начинает вращаться. Вращение ротора через шлицевое соединение трубы 8 передается на вал 4 установки, который вращает колеса 11 рабочих ступеней гидродвигателя. Рабочая жидкость, находящаяся в цилиндре 14, перекачивается ступенями гидродвигателя в полость между наружной поверхностью цилиндра 14 и корпусом 28 и создает там давление. Под действием этого давления и разряжения внутри цилиндра 14 корпус 15 со стянутыми внутри него ступенями упорной деталью 13 и вращающимся валом 4 начинает двигаться вверх.

Поступательное движение вала 4, через подшипник 27 передается на плунжер 26, который давит на диафрагму 24 и последняя через нагнетательный клапан 23 выбрасывает пластовую жидкость, находящуюся в диафрагме 24, в полость лифтовой колонны НКТ. Движение корпуса 15 с вращающимся валом 4 происходит до тех пор, пока упорная деталь 13 своим основанием не надавит на трубу 16. Труба 16 своим коническим концом надавит на штоки клапанов 12, которые, переместившись, соединят внутреннюю полость цилиндра 14 с внешней и давление уравновесится. Под собственным весом и действием возвратной пружины диафрагмы 24 корпус 15 с валом 4 будет двигаться вниз по цилиндру 14. В это время полость диафрагмы 24 вслед за плунжером 26 увеличивается и через всасывающий клапан 25 происходит всасывание пластовой жидкости в полость диафрагмы 24. Движение корпуса 15 с валом 4 вниз происходит до тех пор, пока деталь 13 своей верхней частью не выведет трубу 16 из соединения его конического конца со штоками клапанов 12. Клапаны 12 под действием пружин возвратятся в первоначальное положение (как показано на чертеже), перекроют соединения внутренней и наружной полостей цилиндра 14, и в дальнейшем процесс повторяется.

Оптимальное число циклов 60-120 циклов/мин. Оно зависит от производительности ступеней гидродвигателя и упругости возвратной пружины.

Оптимальный типоразмер установки 3-10 м³/сутки с напором 1000 м. Так, если установить плунжер диаметром 25 мм, рабочие ступени площадью 50 см², ход плунжера ограничить 50 мм, то для создания напора в 1000 м необходимо создать давление в гидродвигателе не менее 5 атм. При этом производительность должна быть не менее 2 м³/сутки.

Технико-экономическая или иная эффективность.

1. Повышение надежности работы установки вследствие использования объемного вытеснения пластовой жидкости взамен центробежного.

2. Уменьшение габаритов установки и благодаря этому повышение ее КПД.

3. Компактность и низкая производительность установки обеспечит надежную работу малопроизводительного фонда скважин.

Установка предназначена для использования на большой глубине, для подъема жидкостей из скважин. Установка снабжена гидронасосом с гидродвигателем, размещенными в одном корпусе под электродвигателем и имеющими единый вал. Гидродвигатель выполнен в виде поршня гидронасоса и снабжен управляющим движением рабочей жидкости золотником. Глубинный насос выполнен плунжерным и размещен под электродвигателем. Он снабжен пружиной обратного хода плунжера, упорным подшипником в полости плунжера и обратным клапаном на всасывающем канале. Вал электродвигателя выполнен со шлицевыми пазами и соединяет вал гидронасоса с плунжером через упорный подшипник. Позволяет повысить эффективность работы установки. 1 ил.

Установка электрическая глубинно-насосная, содержащая эксплуатационную и лифтовую колонны труб, глубинный насос, погружной электродвигатель и электрический кабель для подвода электроэнергии к погружному электродвигателю, ротор которого соединен с валом размещенного между электродвигателем и лифтовой колонной глубинного насоса, имеющего всасывающие, открытые в полость эксплуатационной колонны, и нагнетательные, открытые в полость лифтовой колонны через обратный клапан каналы, отличающаяся тем, что снабжена гидронасосом с гидродвигателем и рабочей жидкостью, размещенными в одном корпусе под электродвигателем и имеющими единый вал, при этом гидродвигатель выполнен в виде поршня гидронасоса и снабжен управляющим движением рабочей жидкости золотником, а глубинный насос, размещенный над электродвигателем, выполнен плунжерным, снабжен пружиной обратного хода плунжера, упорным подшипником в полости плунжера и обратным клапаном на всасывающем канале, а вал электродвигателя выполнен со шлицевыми пазами и соединяет вал гидронасоса с плунжером через упорный подшипник.