ДИСПЕРГАТОР ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) И МОДУЛЬ-СЕКЦИЯ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК F04D13/10 F04D31/00 B01F5/12 

Изобретения относятся к устройствам для откачки пластовой среды из скважин, а именно к погружным центробежным насосным установкам, и могут быть использованы при добыче нефти. Наиболее успешно предложенные диспергаторы и модуль-секции погружной насосной установки могут использоваться при насосной эксплуатации нефтяных месторождений с высоким газовым фактором.

Существуют различные устройства для откачки пластовой жидкости с высоким содержанием газа, уменьшающие вероятность блокирования рабочего колеса погружного центробежного насоса газовой пробкой. Например, известен диспергатор, обеспечивающий перемешивание пластовой жидкости и газовых пузырей [1] . Диспергатор состоит из двух подвижных крыльчаток, закрепленных на валу и имеющих радиальные лопатки, параллельные валу. Также данное устройство содержит неподвижную крыльчатку, закрепленную на корпусе и имеющую радиальные лопатки, параллельные валу. Неподвижная крыльчатка расположена между подвижными крыльчатками.

В результате применения такого диспергатора газовые пузыри пластовой среды вблизи торцов крыльчаток дробятся и легче проходят через рабочие колеса выше расположенных ступеней центробежного насоса.

Диспергатор известной конструкции не обеспечивает увеличения давления пластовой среды на входе в насосные центробежные ступени, в связи с чем не обеспечивается улучшение растворимости газа в жидкости.

Наиболее близким техническим решением для всех заявленных изобретений является центробежный насос с дополнительными осевыми ступенями в нижней части, предназначенными для создания давления перед центробежными ступенями [2] . Поскольку осевые ступени менее подвержены блокированию газовыми пробками, пузыри проходят через них и частично растворяются вследствие увеличения давления.

Однако, в этом устройстве недостаточно эффективно осуществляется дробление пузырей вблизи торцов рабочих органов. Относительная высота рабочих колес и спрямляющих аппаратов велика, соответственно мало число областей, в которых дробятся газовые пузыри.

Предложенные изобретения предназначены для обеспечения стабильной работы погружного насоса в скважинах с большим содержанием растворенного газа.

Технический результат, который может быть получен при использовании каждого из изобретений - увеличение суммарного объема зон, в которых осуществляется дробление пузырей газа с обеспечением высокой степени диспергации газа и, соответственно, уменьшение количества отключений используемой совместно с диспергатором насосной установки по причине срыва подачи.

Указанный технический результата достигается путем выполнения диспергатора погружной насосной установки, содержащего корпус и, по меньшей мере, одну осевую насосную ступень, которая состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, причем, в отличие от диспергатора известной конструкции, высота лопастей рабочего колеса осевой насосной ступени составляет не более 0,16 его диаметра.

Указанный технический результат может быть достигнут путем выполнения диспергатора погружной насосной установки, содержащего корпус и, по меньшей мере, одну осевую насосную ступень, которая состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, при этом, в отличие от диспергатора известной конструкции, высота лопаток спрямляющего аппарата осевой насосной ступени составляет не более 0,15 его диаметра.

Указанный выше технический результат достигается при выполнении модуль-секции погружной насосной установки, содержащей корпус, центробежные насосные ступени и, по меньшей мере, одну осевую насосную ступень, которая состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, в которой, дополнительно, высота лопастей рабочего колеса осевой насосной ступени составляет не более 0,16 его диаметра.

Указанный технический результат достигается при выполнении модуль-секции погружной насосной установки, содержащей корпус, центробежные насосные ступени и, по меньшей мере, одну осевую насосную ступень, которая состоит из рабочего колеса с лопастями, спрямляющего аппарата с лопатками, причем, в отличие от известной модуль-секции, высота лопаток спрямляющего аппарата осевой насосной ступени составляет не более 0,15 его диаметра.

Работа устройств, охарактеризованных формулой изобретения, поясняется ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан диспергатор, внешний вид которого соответствует внешнему виду двух заявленных диспергаторов.

На фиг. 2 показана модуль-секция погружной насосной установки, внешний вид которой соответствует внешнему виду двух заявленных модуль-секций.

На фиг.3 изображены осевые насосные ступени, используемые как в составе заявленных диспергаторов, так и в составе заявленных модуль-секций погружной насосной установки, при этом относительные размеры как лопаток спрямляющего аппарата, так и лопастей рабочего колеса, представленные на фиг.3, соответствуют всем заявленным вариантам устройств.

На фиг.4 изображен использующийся в осевых насосных ступенях спрямляющий аппарат с центральной втулкой, закрепленной на лопатках спрямляющего аппарата.

На фиг.5 изображено рабочее колесо, в котором высота рабочего колеса составляет 0,16 диаметра рабочего колеса.

На фиг.6 изображен спрямляющий аппарат без центральной втулки, в котором высота лопаток составляет 0,15 диаметра спрямляющего аппарата.

Диспергатор погружной насосной установки (фиг.1), в каждом из вариантов выполнения, содержит корпус 1 и осевые насосные ступени 2, расположенные внутри корпуса 1.

Модуль-секция погружной насосной установки (фиг.2), в каждом из вариантов выполнения, содержит корпус 1, осевые насосные ступени 2 и центробежные насосные ступени 3, расположенные внутри корпуса 1.

Осевая насосная ступень 2, изображенная на фиг.3, состоит из закрепленного на валу 4 рабочего колеса 5 с лопастями 6 и спрямляющего аппарата 7 с лопатками 8. На фиг.3 изображена осевая насосная ступень со спрямляющим аппаратом, выполненным без центральной втулки, однако возможно использование в осевой насосной ступени спрямляющего аппарата с центральной втулкой 9 (фиг. 4), что несколько усложняет конструкцию спрямляющего аппарата, однако повышает механическую прочность как спрямляющего аппарата, так и устройства, в котором он используется.

В первом варианте выполнения диспергатора, а также в первом варианте выполнения модуль-секции погружной насосной установки, высота Н_р.к лопастей 6 рабочего колеса 5 осевой насосной ступени 2 составляет 0,16 диаметра D_р.к рабочего колеса 5 (фиг.5).

Во втором варианте выполнения диспергатора и во втором варианте выполнения модуль-секции погружной насосной установки высота Н_с.а лопаток 8 спрямляющего аппарата 7 осевой насосной ступени 2 составляет 0,15 диаметра D_c.а спрямляющего аппарата 7 (фиг.6).

Во всех заявленных вариантах выполнения диспергаторы, а также содержащие осевые насосные ступени диспергирующие секции модуль-секций погружной насосной установки работают следующим образом:
При вращении вала 4 и закрепленных на нем осевых колес 5 наклонно расположенными лопастями 6 пластовой среде придается вращательное движение и поступательное движение вдоль оси вала. В дальнейшем, при попадании пластовой среды на лопатки 8 спрямляющего аппарата 7 вращательное движение пластовой среды тормозится лопатками 8 направляющего аппарата, после чего рабочая среда поступает на лопасти установленного за спрямляющим аппаратом рабочего колеса. В зонах перехода пластовой среды с лопастей 6 рабочих колес 5 на лопатки 8 спрямляющего аппарата и зонах перехода пластовой среды с лопаток 8 спрямляющего аппарата на лопасти 6 рабочих колес 5, то есть вблизи торцов рабочих органов диспергатора, осуществляется измельчение пузырей газа, присутствующего в пластовой среде.

В дальнейшем, пластовая среда поступает либо с выхода диспергатора на вход установленного за диспергатором погружного насоса, либо (для модуль-секции погружной насосной установки) на центробежные насосные ступени.

Измельченные газовые пузыри не формируют газовые пробки при прохождении пластовой жидкости через установленный диспергатором насос или через установленные за осевыми насосными ступенями центробежные насосные ступени, что исключает срыв подачи насосной установки. Кроме того, при прохождении пластовой среды через рабочие колеса 5 и спрямляющие аппараты 7 увеличивается давление, что приводит к уменьшению суммарного объема газовых пузырей вследствие растворения газа в жидкости.

Экспериментальным путем установлено, что при увеличении высоты Н_р.к более 0,16 D_р.к, а также при увеличении высоты H_с.а более 0,15 D_с.а, рабочие колеса и спрямляющие аппараты начинают проявлять сепарирующие свойства. То есть происходит вытеснение и накапливание газовых включений в области, близкой к оси диспергатора или модуль-секции погружной насосной установки. При этом ухудшается степень измельчения пузырей газа, происходит слияние и укрупнение газовых пузырей.

Источники информации
1. Гафуров О.Г. Исследование особенностей эксплуатации погружными центробежными насосами нефтяных скважин, содержащих в продукции газовую фазу. Дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук, Уфа, 1972 г. - с.53, 131.

2. Патент США 5961282, 415/1996, опубл. 05.10.1999 г.

Изобретение относится к устройствам для откачки пластовой среды из скважин, а именно к погружным центробежным насосным установкам, и может быть использовано при добыче нефти. Диспергатор погружной насосной установки содержит корпус, по меньшей мере одну осевую насосную ступень. Осевая насосная ступень состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками. Высота лопастей рабочего колеса осевой насосной ступени составляет не более 0,16 диаметра колеса. Во втором варианте выполнения высота лопаток спрямляющего аппарата составляет не более 0,15 диаметра аппарата. Модуль-секция включает в себя, помимо одного из вариантов выполнения диспергатора центробежные насосные ступени, установленные в том же корпусе. Изобретения направлены на обеспечение стабильной работы погружной насосной установки в скважине с большим содержанием растворенного газа. 4 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Диспергатор погружной насосной установки, содержащий корпус, по меньшей мере одну осевую насосную ступень, осевая насосная ступень состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, отличающийся тем, что высота лопастей рабочего колеса осевой насосной ступени составляет не более 0,16 его диаметра. 2. Диспергатор погружной насосной установки, содержащий корпус, по меньшей мере одну осевую насосную ступень, осевая насосная ступень состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, отличающийся тем, что высота лопаток спрямляющего аппарата осевой насосной ступени составляет не более 0,15 его диаметра. 3. Модуль-секция погружной насосной установки, содержащая корпус, центробежные насосные ступени, по меньшей мере одну осевую насосную ступень, осевая насосная ступень состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, отличающаяся тем, что высота лопастей рабочего колеса осевой насосной ступени составляет не более 0,16 его диаметра. 4. Модуль-секция погружной насосной установки, содержащая корпус, центробежные насосные ступени, по меньшей мере одну осевую насосную ступень, осевая насосная ступень состоит из рабочего колеса с лопастями и спрямляющего аппарата с лопатками, отличающаяся тем, что высота лопаток спрямляющего аппарата осевой насосной ступени составляет не более 0,15 его диаметра.