УПРАВЛЯЕМАЯ ПОГРУЖНАЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F04D15/00 F04D13/10 

Изобретение относится к оборудованию для добычи продукции скважин и может быть использовано в приводах погружных электроцентробежных насосов при эксплуатации нефтедобывающих скважин.

Известно устройство /1/ эксплуатации скважин погружным электроцентробежным насосом с частотно-регулируемым приводом. Управление режимом погружного электроцентробежного насоса происходит путем регулирования частоты напряжения, питающего погружной электродвигатель, до достижения заданных параметров работы погружного электроцентробежного насоса.

Недостатками этого устройства являются сложность электронной схемы и подверженность воздействию сложных климатических условий.

Наиболее близкой по устройству и функциональным возможностям к заявляемому является управляемая погружная электроцентробежная насосная установка /2/, содержащая управляющее устройство, включающее в себя тиристорный преобразователь частоты, глубинный манометр и штуцер. Регулирование дебита и подачи насоса осуществляется изменением скорости вращения электродвигателя путем регулирования его частотной характеристики. При этом поток добываемой жидкости дросселируется до получения на приеме насоса давления, соответствующего замеренному на оптимальном режиме.

Недостатком известного устройства является ручное регулирование параметров работы погружного электроцентробежного насоса, сложность, обусловленная наличием тиристорного преобразователя частоты с электронной схемой, и низкая надежность, связанная с неустойчивой работой электронного оборудования и отсутствием обратной связи между параметрами добываемой продукции и насосной установки в режиме эксплуатации.

Задача заявляемого изобретения - упростить конструкцию путем исключения применения тиристорного преобразователя частоты, глубинного манометра и штуцера и повысить надежность устройства путем автоматического механического управления режимом работы погружного электроцентробежного насоса, осуществленного через обратную связь между параметрами скважинной жидкости и насосной установки в режиме эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в управляемой погружной электроцентробежной насосной установке, содержащей погружной электроцентробежный насос, погружной электродвигатель и управляющее устройство, управляющее устройство выполнено в виде дифференциального механизма, одно из центральных колес которого соединено с валом погружного электродвигателя, второе центральное колесо через вал управляющего устройства с валом погружного электроцентробежного насоса, водило сателлитов дифференциального механизма соединено через повышающий редуктор с валом гидравлического шестеренчатого насоса, входной патрубок которого соединен с внутренней полостью наполненного маслом корпуса управляющего устройства, а выходной патрубок - с приоткрытым вентилем, соединенным через зубчатую шестерню с круглой рейкой, причем круглая рейка соединена с датчиком нагрузки гидравлического шестеренчатого насоса, выполненным в виде кулачковой муфты, подпружиненной в осевом направлении.

На чертеже приведена схема устройства.

Здесь:
1 - погружной электродвигатель;
2 - первое центральное колесо дифференциального механизма;
3 - дифференциальный механизм;
4 - водило сателлитов дифференциального механизма;
5 - второе центральное колесо дифференциального механизма;
6 - вал управляющего устройства;
7 - повышающий редуктор;
8 - вал гидравлического шестеренчатого насоса;
9 - гидравлический шестеренчатый насос;
10 - входной патрубок гидравлического шестеренчатого насоса;
11 - вентиль;
12 - выходной патрубок гидравлического шестеренчатого насоса;
13 - тяга;
14 - пружина;
15 - круглая рейка;
16 - зубчатая шестерня;
17 - кулачковая муфта;
18 - полость корпуса управляющего устройства;
19 - корпус управляющего устройства;
20 - погружной электроцентробежный насос.

Вал погружного электродвигателя 1 соединен с одним из центральных колес 2 дифференциального механизма 3. Второе центральное колесо 5 дифференциального механизма 3 соединено с валом 6 управляющего устройства. Водило сателлитов 4 дифференциального механизма 3 через повышающий редуктор 7 соединено с валом 8 гидравлического шестеренчатого насоса 9, входной патрубок 10 которого соединен с внутренней полостью 18 наполненного маслом корпуса 19 управляющего устройства, а выходной патрубок 12 гидравлического шестеренчатого насоса соединен с приоткрытым вентилем 11, выход которого также соединен с внутренней полостью 18 наполненного маслом корпуса 19 управляющего устройства. Приоткрытый вентиль 11 механически через тягу 13 соединен с зубчатой шестерней 16, которая зацеплена с круглой рейкой 15, выполненной заодно с кулачковой муфтой 17. Одна половина кулачковой муфты 17 насажана на шлицевой конец вала 6 управляющего устройства и подпружинена в осевом направлении пружиной 14. Вторая половина кулачковой муфты 17 жестко соединена с валом погружного электроцентробежного насоса 20. Управляющее устройство помещено в корпус 19 управляющего устройства, заполненный маслом (в качестве которого используется трансмиссионное масло). Кулачковая муфта 17 с пружиной 14 составляют датчик нагрузки насоса.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени при подаче питания на погружной электродвигатель (в дальнейшем ПЭД) 1 вместе с валом ПЭД начинают вращаться центральное колесо 2 дифференциального механизма 3, соединенного с погружным электроцентробежным насосом 20 через вал 6 управляющего устройства, и водило сателлитов 4 дифференциального механизма 3, соединенное с гидравлическим шестеренчатым насосом 9 через повышающий редуктор 7. Входной патрубок 10 гидравлического шестеренчатого насоса 9 соединен с внутренней полостью 18 корпуса 19 управляющего устройства, заполненного маслом. Вращение гидравлического шестеренчатого насоса 9 приводит к перекачиванию масла из полости 18 корпуса 19 управляющего устройства к приоткрытому вентилю 11. Дросселирование масла через вентиль 11 ведет к повышению давления на выходе гидравлического шестеренчатого насоса 9, что создает тормозной момент на водиле сателлитов 4 дифференциального механизма 3, что, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости вращения погружного электроцентробежного насоса. При этом начинает вращаться вал 6 управляющего устройства с кулачковой муфтой 17, приводя во вращение вал погружного электроцентробежного насоса 20. Погружной электроцентробежный насос 20, взаимодействуя со скважинной жидкостью, оказывает сопротивление вращению вала 6 управляющего устройства. Момент нагрузки, создаваемый погружным электроцентробежным насосом 20, заставляет подвижную половину кулачковой муфты 17 перемещаться в осевом направлении, преодолевая усилие пружины 14. Это приводит к тому, что круглая рейка 15 также перемещается в осевом направлении, а зацепленная с ней зубчатая шестерня 16 поворачивает вентиль 11, уменьшая проходное сечение для прохождения потока масла от гидравлического шестеренчатого насоса 9. Это увеличивает тормозной момент на валу гидравлического шестеренчатого насоса 9, что уменьшает скорость вращения водила сателлитов 4 дифференциального механизма 3 и увеличивает скорость вращения вала 6 управляющего устройства. При нагрузке погружного электроцентробежного насоса 20 подвижная часть кулачковой муфты 17 перемещается в осевом направлении, при этом вентиль 11 полностью закрывается, а гидравлический шестеренчатый насос 9 и водило сателлитов 4 дифференциального механизма 3 останавливаются. Тогда через дифференциальный механизм 3 от ПЭД 1 к погружному электроцентробежному насосу 20 автоматически передается полная мощность при максимальной скорости вращения вала.

Тормозной момент М_Т гидравлического шестеренчатого насоса 9 связан с характеристиками работы погружного электроцентробежного насоса выражением:

где Q - подача погружного электроцентробежного насоса;
Δр - разность давлений на входе и выходе погружного электроцентробежного насоса;
ω - скорость вращения погружного электроцентробежного насоса.

При уменьшении плотности жидкости, увеличении газосодержания в жидкости, возрастании скорости жидкости нагрузка на валу погружного электроцентробежного насоса 20 уменьшается, пружина 14 перемещает подвижную половину кулачковой муфты 17 вверх, при этом рейка 15 поворачивает зубчатую шестерню 16, а вместе с ней и вентиль 11, который прикрывает проходное сечение для прохождения масла от гидравлического шестеренчатого насоса 9. Водило сателлитов 4 дифференциального механизма 3 начинает вращаться с большей скоростью, вал 6 управляющего устройства замедляет вращение, и погружной электроцентробежный насос 20 начинает вращаться с меньшей скоростью.

При увеличении плотности жидкости, уменьшении газосодержания в жидкости, уменьшении скорости жидкости нагрузка на валу электроцентробежного насоса 20 увеличивается, пружина 14 перемещает подвижную половину кулачковой муфты 17 вниз, при этом рейка 15 поворачивает зубчатую шестерню 16, а вместе с ней и вентиль 11, который приоткрывает проходное сечение для прохождения масла от гидравлического шестеренчатого насоса 9. Водило сателлитов 4 дифференциального механизма 3 начинает вращаться меньшей скоростью, вал 6 управляющего устройства ускоряет вращение, и погружной электроцентробежный насос 20 начинает вращаться с большей скоростью.

Источники информации:
1. Максимов В.П. Эксплуатация нефтяных месторождений в осложненных условиях. М.: Недра, 1976, с.110-126.

2. Патент на изобретение РФ 2042795, кл. Е 21 В 43/00,1995.

Изобретение относится к оборудованию для добычи жидкости и может быть использовано в приводах погружных электроцентробежных насосов при эксплуатации нефтедобывающих скважин. Управляемая погружная электроцентробежная насосная установка содержит погружной электроцентробежный насос, погружной электродвигатель и управляющее устройство. Управляющее устройство выполнено в виде дифференциального механизма, одно из центральных колес которого соединено с валом электродвигателя, второе через вал управляющего устройства - с валом насоса. Водило сателлитов дифференциального механизма соединено через повышающий редуктор с валом гидравлического шестеренчатого насоса. Входной патрубок насоса соединен с внутренней полостью наполненного маслом корпуса управляющего устройства, а выходной патрубок - с приоткрытым вентилем, соединенным через зубчатую шестерню с круглой рейкой. Круглая рейка соединена с датчиком нагрузки шестеренчатого насоса, выполненным в виде кулачковой муфты, подпружиненной в осевом направлении. Изобретение направлено на упрощение конструкции путем исключения тиристорного преобразователя частоты, глубинного манометра и штуцера и повышение надежности установки путем обеспечения автоматического механического управления режимом работы электроцентробежного насоса через обратную связь между параметрами скважинной жидкости и установки. 1 ил.

Управляемая погружная электроцентробежная насосная установка, содержащая погружной электроцентробежный насос, погружной электродвигатель и управляющее устройство, отличающаяся тем, что управляющее устройство выполнено в виде дифференциального механизма, одно из центральных колес которого соединено с валом погружного электродвигателя, второе центральное колесо через вал управляющего устройства - с валом погружного электроцентробежного насоса, водило сателлитов дифференциального механизма соединено через повышающий редуктор с валом гидравлического шестеренчатого насоса, входной патрубок которого соединен с внутренней полостью наполненного маслом корпуса управляющего устройства, а выходной патрубок - с приоткрытым вентилем, соединенным через зубчатую шестерню с круглой рейкой, причем круглая рейка соединена с датчиком нагрузки гидравлического шестеренчатого насоса, выполненным в виде кулачковой муфты, подпружиненной в осевом направлении.