СКВАЖИННЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B47/00 F04B43/12 

Изобретение относится к нефтепромысловым насосным установкам и может быть использовано при подъеме жидкостей из скважин с любых глубин.

В настоящее время существуют плунжерные штанговые насосы, которые за счет возвратно-поступательного движения рабочего органа-плунжера подают нефть через клапана по напорному трубопроводу, состоящему из насосно-компрессорных труб, на дневную поверхность [1].

Недостатком таких насосных установок являются затраты большого количества энергии на возвратно-поступательные циклы перемещения рабочего органа с помощью колонны штанг.

Дополнительным недостатком является то, что при проходе через систему плунжеров, клапанов и штанг перекачиваемая среда интенсивно перемешивается и превращается в стойкую эмульсию, а абразивные включения в виде песка быстро засоряют и изнашивают трущиеся поверхности рабочей пары (цилиндр-плунжер).

Наиболее близким к изобретению является винтовой насос, в котором эксцентрично вращающийся винт-ротор взаимодействует с внутренней винтовой поверхностью обкладки статора и образует замкнутыми линиями контактов герметичные камеры, перемещающиеся по винтовой линии и подающие порции жидкости на длину рабочих органов (ротор-статор). В результате жидкость по колонне НКТ подается на дневную поверхность [2].

Недостатком винтовых насосов являются сложность изготовления винтовых поверхностей как винта-ротора, так и обкладки статора, а также быстрый износ винтовых поверхностей, что приводит к снижению надежности работы насоса. Кроме этого, в этих насосах герметизация камер высокого и низкого давлений производится по контактной линии, в результате чего трудно обеспечить герметичность на ограниченной длине контакта, что приводит к необходимости увеличивать осевые габариты для обеспечения высокого давления. Кроме этого, натяг насосной пары, необходимый для герметизации рабочей камеры, приводит к большим сопротивлениям вращению винта, и следовательно, к снижению КПД насоса, т.е. потере энергии на механическое сопротивление.

Цель изобретения - повышение надежности за счет обеспечения герметизации рабочих органов насоса путем осуществления изоляции отсекаемых камер по поверхности прижатия упругого элемента статора с помощью фигурного сечения ротора, повышение КПД насоса за счет снижения механических потерь на вращение рабочих органов насосной установки, а также упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что корпус насоса выполнен в виде трубного цилиндра, к внутренней стенке которого прикреплен эластичный шланг в форме восходящей спирали, внутри которого по всей длине навивки размещен ротор, выполненный с одной, двумя или более гранями, причем высота граней соответствует полному перекрытию сечения шлангов, а стенки ротора размещены на расстоянии, плавно возрастающем к середине от стенки корпуса, но не более диаметра шланга.

На фиг.1 показан разрез насоса, на фиг.2 - вид насоса в сечении фиг.1 по А-А, на фиг.3 - вид по Б-Б на той же фиг.1.

Насос содержит трубный корпус 1, присоединенный к насосно-компрессорным трубам 2 (НКТ) с помощью муфты 3. К нижнему торцу корпуса 1 присоединен ограничительный упорный ниппель 4. К внутренней стенке корпуса 1 прикреплен (например, приклеен или привулканизирован) спиральновосходящий шланг 5. Количество шлангов 5 может быть один и более. На фиг 1 изображено исполнение насоса в трехшланговом варианте.

По центру корпуса 1 введен граненый ротор 6 с гранями 7 и стенками 8, грани могут быть выполнены в виде свободно вращающихся роликов, встроенных в корпус ротора 6. Ротор 6 может быть выполнен с одной, двумя или более гранями 7 и стенками 8. В данном случае конструкция изображена с тремя гранями.

Высоты граней 7 соответствуют полному прижатию шлангов 5 к внутренней стенке корпуса 1, а стенки 8 размещены на расстоянии, плавно возрастающем к середине от стенки 8 и корпуса 1, но не более диаметра шланга 5.

Нижний торец ротора оснащен скосом 9. Концы шланга имеют дополнительное усиленное крепление 10, а на роторе напротив крепления 10 выполнена выточка 11 граней 7. Нижние торцы шланга 5 имеют скосы 12.

Плотность спиральной навивки шлангов 5 рассчитана так, чтобы при полном сжатии участки перегиба 13 шлангов 5 соприкасались друг с другом, а в свободном положении между шлангами 5 образовывался замкнутый объем 14. Ротор 6 в верхней части имеет резьбовой конец 15, который муфтой 16 соединен с колонной штанг 17.

Монтаж насоса производится следующим образом.

Корпус 1 насоса спускается в скважину вместе с закрепленными упорным ниппелем 4, со штангами 5 в сборе с помощью колонны насосно-компрессорных труб 2. После достижения заданной глубины в трубы 2 опускается ротор 6 с помощью колонны штанг 17.

Наличие скосов 9 на конце ротора 6 позволяет последнему плавно скользить по внутренней стенке трубы 2, обходя стыки труб 2, а также заходить внутрь насоса с плавным обжатием шлангов 5 до упора 4. После достижения контактов ротора 6 с упором 4 штангами 17 приподнимают ротор 6 на расчетную высоту, и система работает в свободно висящем положении.

Принцип действия насоса следующий.

При вращении колонны штанг 17 вращается ротор 6, который гранями 7 прижимает шланги 5 к внутренней стенке корпуса 1 и перемещает объем жидкости вверх по спирали шланга. Концы 12 шланга 5, освободившиеся от граней 7, расправляются между внутренней стенкой корпуса 1 и стенкой 8 ротора 6 за счет упругости и производят всас последующей порции жидкости. В момент всаса между шланагми 5 и последующими витками образуется свободный объем 14, куда так же всасывается жидкость.

При дальнейшем повороте ротора 6 концы 12 плавно соприкасаются со стенками 8 до полного обжатия закругленными гранями 7.

В этот же момент происходит замыкание объема 14 между стенкой корпуса 1, стенкой 8 двумя наружными поверхностями шлангов 5 последующих друг за другом витков и участками контактов линий изгиба шлангов под двумя друг за другом следующими при вращении гранями 7 ротора 6.

В последующем при повышении давления внутри шлангов 5 объем 14, следующий в контакте с наружной стороны, воспринимает давление и способствует сохранению целостности шлангов 5.

Разведением по высоте концов 12 на всасе и на выбросе по длине окружности можно достичь большего равнодействия подачи, т. е. не одновременно выбрасывается очередная порция из всех шлангов 5.

Предлагаемое изобретение позволит снизить затраты энергии по подъему жидкости из скважины и снизить число подземных ремонтов за счет повышения надежности конструкции.

После достижения контакта ротора 6 с упором 4 штангами 17 приподнимают ротор 6 на расчетную высоту, и система работает в свободно висящем положении.

Принцип действия насоса следующий.

При вращении колонны штанг 17 вращается ротор 6, который гранями 7 прижимают шланги 5 к внутренней стенке корпуса 1 и перемещают объем жидкости вверх по спирали шланга. Концы 12 шланга 5, освободившиеся от граней 7, расправляются между внутренней стенкой корпуса 1 и стенкой 8 ротора 6 за счет упругости и производят всас последующей порции жидкости. В момент всаса между шлангами 5 и последующими витками образуется свободный объем 14, куда так же всасывается жидкость.

При дальнейшем повороте ротора 6 концы 12 плавно обжимаются стенками 8 до полного обжатия закругленными гранями 7.

В этот момент происходит замыкание объема 14 между стенкой корпуса 1, стенкой 8 двумя наружними поверхностями шлангов 5 последующих друг за другом витков и участками контактов линий изгиба шлангов под двумя друг за другом следующими при вращении гранями 7 ротора 6.

В последующем при повышении давления внутри шлангов 5 объем 14, следующий в контакте с наружней стороны, воспринимает давление и способствует сохранению целостности шлангов 5.

Разведением концов 12 на всасе и на выбросе по длине окружности можно достичь большего равнодействия подачи, т.е. не одновременно выбрасывается очередная порция из всех шлангов 5.

Предлагаемое изобретение позволит снизить затраты энергии по подъему жидкости из скважины и снизить число подземных ремонтов за счет повышения надежности конструкции.

Литература
1. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти. - М.: Недра, 1984. - 464 с.

2. Жулаев В. П. , Султанов Б.З. Винтовые насосные установки для добычи нефти: Учебное пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1997. - 42 с.

Насос предназначен для использования в технике добычи нефти. В корпусе размещается спиральновосходящая система шлангов, которая взаимодействует с ротором, представляющим собой призму с гранями. Они обжимают поочередно резиновые шланги и перемещают жидкость по восходящей в отсеченных камерах насосно-компрессорных труб и далее по НКТ на дневную поверхность. Насос позволяет снизить затраты средств на добычу нефти в любых технико-геологических условиях. Обладает повышенной надежностью и простотой конструкции. 3 ил.

Скважинный насос, включающий привод с вращающимися штангами, колонну подъемных труб, отличающийся тем, что корпус насоса выполнен в виде трубного цилиндра, к внутренней стенке которого прикреплен эластичный шланг в форме восходящей спирали, внутри которого по всей длине навивки размещен ротор, выполненный с одной, двумя или более гранями, причем высота граней соответствует полному перекрытию сечения шлангов, а стенки ротора размещены на расстоянии, плавно возрастающем к середине от стенки корпуса, но не более диаметра шланга.