ДИАФРАГМЕННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F04B43/02 

Предлагаемое изобретение относится к насосному оборудованию и может быть применено, например, для добычи нефти из скважины.

Известна винтовая насосная установка для добычи нефти из скважины, содержащая погружной электродвигатель, протектор, двухсекционный винтовой насос с однозаходным ротором и двухзаходным статором, представляющие во взаимодействии простейший героторный механизм (Середа Н.Г., Муравьев В.М. Основы нефтяного и газового дела. – М.: Недра, 1980, с.182).

Недостатком этой винтовой насосной установки является то, что ротор насоса не имеет постоянной ориентации относительно корпуса, это приводит к его перекашиванию относительно резиновой обкладки статора при работе насосной установки и появлению перетоков, это снижает эффективность ее работы. Кроме того, установка не имеет редуктора, и ротор насоса вращается в скважинной среде с большой частотой, это снижает надежность работы установки в среде, содержащей высокую концентрацию абразивных частиц, из-за быстрого износа ротора.

Известна диафрагменная насосная установка для добычи нефти из скважины, которая является наиболее близким аналогом. Диафрагменная насосная установка, содержащая привод, редуктор и диафрагменный насос, соединенные между собой, включает погружной электродвигатель, две конические шестерни, установленные на роторе электродвигателя и в его корпусе, вращающие эксцентричный диск, который передает плунжеру возвратно-поступательное перемещение, всасывающий и нагнетательный клапаны, изолированные от плунжера резиновой диафрагмой (Силаш А.П. Добыча и транспорт нефти и газа. – М.: Недра, 1980, ч.1, с.366 - прототип.)

Недостатком известной диафрагменной насосной установки является то, что ее клапаны работают в скважинной среде с большой частотой, это снижает надежность ее работы в средах, содержащих высокую концентрацию абразивных частиц, из-за быстрого износа клапанов. Кроме того, амплитуда колебания диафрагмы, а также прочность шестеренчатой зубчатой передачи и ее передаточное отношение ограничены стесненной геометрией корпуса установки, что делает ее малоэффективной при работе в нижних интервалах скважины из-за малой производительности.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и эффективности диафрагменной насосной установки при работе в скважине.

Техническая задача достигается тем, что в диафрагменной насосной установке, содержащей привод, редуктор и диафрагменный насос, соединенные между собой, в отличие от прототипа диафрагменный насос выполнен секционным и каждая насосная секция имеет корпус из фланцевых катушек, эластичные оболочки с кольцевыми выступами на концах, продольной и поперечными гофрами между ними, разрезные втулки, связанные подшипниками с шейками кривошипного вала и продольным пазом с перегородками. В фланцевых катушках с кольцевыми канавками и расточкой между ними, в расточке выполнены пазы, сообщающие каналы в корпусе фланцевой катушки, размещены эластичные оболочки с возможностью образования с ними камер при прижатии продольных гофр эластичных оболочек перегородками к перемычкам между пазами и защемлении их концов фланцевыми катушками при соединении фланцевых катушек между собой. Кривошипный вал при этом на подшипниках размещен в корпусе секции с возможностью разобщения камер на автономные полости разрезными втулками и соединения с валом верхней секции, в которых каналы фланцевых катушек соединены последовательно или параллельно. Шестерни редуктора связаны цевочным зацеплением, в котором цевки, запрессованные в отверстия корпуса редуктора и вала-шестерни, частично соединены между собой открытыми поверхностями перемычек. Вал-шестерня связан передачей с кривошипным валом нижней насосной секции и с корпусом редуктора посредством кривошипа, который на подшипниках размещен в расточке вала-шестерни и крышке редуктора и соединен с валом привода, а крышка редуктора закреплена в его корпусе переводником, соединенным с корпусом привода.

Техническая задача достигается также тем, что между фланцевыми катушками установлены прокладки с возможностью герметичного сообщения каналов фланцевых катушек между собой при их соединении.

Техническая задача решается также тем, что кривошипный вал имеет две шейки, расположенные через 180° в окружном направлении и с одинаковым эксцентриситетом относительно шипов вала.

Техническая задача решается также в результате того, что передача между валом-шестерней и кривошипным валом нижней насосной секции выполнена гибким валом.

Такая совокупность признаков позволяет решить техническую задачу, так как корпусы насосных секций выполнены из фланцевых катушек, одни из которых образуют с эластичными оболочками камеры, а при соединении с другими соединяют камеры проточными каналами и фиксируют в корпусах насосных секций перегородки, кривошипные валы с разрезными втулками, которые при этом разобщают камеры на автономные полости, а при работе насоса разрезные втулки совершают возвратно-поступательные перемещения в окружном направлении и последовательно обжимают насосные камеры, это позволяет перемещать рабочую среду через насосную установку без применения клапанов и повысить надежность ее работы. Выполнение в корпусах фланцевых катушек продольных каналов, одни из которых сообщены пазами с расточками фланцевых катушек, а другие нет, позволяет образовывать в установке насосные секции с автономными циркуляционными линиями и соединять секции между собой последовательно или параллельно. Кроме этого применение в редукторе цевочного зацепления, в котором цевки, запрессованные в отверстия корпуса редуктора и вала-шестерни, частично соединены между собой открытыми поверхностями перемычек, позволяет увеличить его передаточное отношение по сравнению с шестеренчатым зубчатым зацеплением и повысить нагрузочную способность за счет увеличения длины линии зацепления и повышения качества зубчатых поверхностей, так как запрессовка цевок в гнезда позволяет получить зубчатые поверхности высокой твердости с низкой шероховатостью посредством раздельной механической и термической обработки сопрягаемых деталей и тем самым увеличить приводную мощность установки, повысить ее эффективность.

Предлагаемая конструкция диафрагменной насосной установки иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид установки, на фиг.2 показан поперечный разрез А-А редукторной секции по цевочному зацеплению и гибкому валу, на фиг.3 показан поперечный разрез Б-Б нижней насосной секции по насосной камере первой ступени, на фиг.4 показан поперечный разрез В-В нижней насосной секции по насосной камере второй ступени, на фиг.5 показан поперечный разрез Г-Г по фланцевой катушке, соединяющей первую и вторую ступени нижней насосной секции, на фиг.6 показан поперечный разрез Д-Д верхней насосной секции по насосной камере первой ступени, на фиг.7 показан поперечный разрез Е-Е по фланцевой катушке, соединяющей установку с подъемной колонной труб.

Диафрагменная насосная установка включает привод 1, соединенный переводником 2, муфтой 3 с корпусом редуктора 4, его крышкой 5, кривошипом 6, вал-шестерню 7 с цевками 8. Переводник 9, гибкий вал 10, соединяющие корпус редуктора 4 с нижней насосной секцией, которая содержит фланцевые катушки 11, 12, 13, 14,15, кривошипный вал 16, полумуфты 17, 18, разрезные втулки 19, подшипники 20, перегородки 21, эластичные оболочки 22, и с верхней насосной секцией, которая также содержит фланцевые катушки 15, 23, 24, 25, 26, в которых также установлены (не показаны) кривошипный вал 16, полумуфты 17, 18, разрезные втулки 19, подшипники 20, перегородки 21, эластичные оболочки 22.

Корпус редуктора 4 выполнен в виде переводника с присоединительными коническими резьбами, на ниппельном торце переводника 4 равномерно в окружном направлении выполнены десять одинаковых отверстий, а за муфтовой резьбой выполнена ступенчатая расточка для установки крышки 5, шестерни 7 с цевками 8, расточка частично вскрывает отверстия, выполненные со стороны ниппельного торца, в которые запрессовываются цевки 8 заподлицо с ниппельным торцом переводника и упором в стенки отверстий. Крышка редуктора 5 имеет тарельчатую форму с расточкой под установку подшипников 20 и центральным отверстием для выхода кривошипа 6. Шейка кривошипа 6 имеет эксцентриситет смещения относительно его шипа, равный эксцентриситету смещения цевочного зацепления. Вал-шестерня 7 имеет коническую и цилиндрическую расточки, соединенные между собой прямоугольным пазом, на торце вала-шестерни со стороны конической расточки выполнены равномерно в окружном направлении, девять отверстий одного диаметра с отверстиями в корпусе редуктора, отверстия частично вскрыты проточкой, и на перемычках между отверстиями выполнены выборки по гипоциклоидным поверхностям, в отверстия запрессованы цевки заподлицо с торцовой поверхностью и упором в стенки отверстий, при этом открытые поверхности цевок соединены гипоциклоидными поверхностями перемычек. Цевки 8 выполнены в виде роликов и имеют высокую твердость и низкую шероховатость поверхности, при этом цевки, запрессованные в корпус редуктора 4, имеют твердость меньше, чем цевки, запрессованные в вал-шестерню 7, с целью устранения погрешности изготовления деталей путем прикатки цевочного зацепления в абразивной среде. Переводник 9 имеет присоединительные конические резьбы и расчетную длину, которая обеспечивает сопряжение конических поверхностей гибкого вала 10 с коническими поверхностями полумуфты 17, вала-шестерни 7, при свинчивании его торец в торец с корпусом редуктора 4, фланцевой катушкой 11, в процессе монтажа диафрагменной насосной установки, при этом внутренний торец переводника 9 контактирует с цевками 8 корпуса редуктора 4. Гибкий вал 10 имеет на концах конические выступы с прямоугольными шлицами на торцах. Фланцевая катушка 11 имеет муфтовую коническую резьбу, за резьбой выполнена ступенчатая расточка для фиксации в ней шипа кривошипного вала 16 подшипниками 20 и полумуфтой 17, на другом конце фланцевой катушки 11 выполнен фланец с отверстиями под крепежные элементы и торцовым выступом с продольным пазом на боковой поверхности, для защемления перегородки 21 с эластичной оболочкой 22, между фланцевыми катушками 11, 12 при их соединении между собой. Фланцевая катушка 12 первой ступени нижней насосной секции на торцах имеет фланцы с резьбовыми отверстиями под крепежные элементы, внутренние канавки для фиксации эластичной оболочки 22 и расточку между ними, расточка сообщена пазами 27, 28, с решеткой 29 и выходным каналом 30, который имеет ступенчатый выход на привалочной плоскости верхнего фланца, в выходной ступени канала размещена прокладка (не показана) для герметичного сообщения выходного канала 30 фланцевой катушки 12 с продольным каналом 31 фланцевой катушки 13 при монтаже диафрагменной насосной установки. Фланцевая катушка 13 соединяет первую ступень нижней насосной секции с ее второй ступенью и имеет на концах фланцы с отверстиями под крепежные элементы и торцовые выступы, одинаковой геометрией формы с торцовым выступом фланцевой катушки 11, привалочные плоскости фланцев сообщены продольным каналом 31, сообщающим выходной канал 30 фланцевой катушки 12 с входным каналом 32 фланцевой катушки 14. Фланцевая катушка 14 второй ступени нижней насосной секции имеет аналогичную конструкцию, что и фланцевая катушка 12, за исключением того, что паз 27 сообщается с входным каналом 32, при этом выходной канал 30 сообщается через продольные каналы 31 фланцевых катушек 15, 23, 24, 25 с одним из напорных каналов 33 фланцевой катушки 26. Фланцевая катушка 15 на торцах имеет фланцы с отверстиями под крепежные элементы, причем торец, со стороны которого выполнена расточка для фиксации шипа кривошипного вала 16 подшипниками 20 и полумуфтой 18, имеет торцовый выступ одинаковой геометрией формы с выступами фланцевых катушек 11, 13, привалочные плоскости фланцев соединены продольным каналом 31 в корпусе фланцевой катушки 15. Кривошипный вал 16 имеет две шейки одного диаметра, размещенные в окружном направлении через 180° с одинаковым эксцентриситетом относительно шипов вала, причем диаметр шеек больше диаметра шипов, но меньше диаметра средней части вала, разъединяющей шейки друг от друга на заданное расстояние, на шипах вала выполнены конические резьбы для его соединения с полумуфтами 17, 18. В полумуфте 17 выполнены конические расточки, причем одна из них имеет коническую резьбу и соединена с другой прямоугольным пазом. Полумуфта 18 имеет муфтовую коническую резьбу, а на наружной поверхности с другого торца - прямоугольный шлиц и переходную коническую проточку. Разрезная втулка 19 имеет ступенчатую расточку под установку подшипников 20 для ее фиксации на шейках кривошипного вала 16 и продольный паз с шириной,равной ширине перегородки 21, расчетная высота втулки обеспечивает ее минимальные зазоры с торцовыми выступами фланцевых катушек 11, 13, 15, 24, 26, а ее наружный диаметр выполнен больше внутреннего диаметра эластичной оболочки 22. Перегородка 21 имеет ступенчатую наружную и внутреннюю поверхности, геометрия формы перегородки обеспечивает деформацию продольной гофры эластичной оболочки 22 при ее прижатии в фланцевых катушках 12, 14, 23, 25 к месту перемычки между окнами и ее постоянное зацепление с продольным пазом разрезной втулки 19. Эластичная оболочка 22 выполнена в виде втулки с кольцевыми выступами на концах, продольной и поперечными гофрами между ними, компенсирующие растяжение эластичной оболочки при работе установки, геометрия формы оболочки обеспечивает ее защемление с перегородкой 21 между фланцевыми катушками 11 и 12, 12 и 13, 13 и 14, 14 и 15, 15 и 23, 23 и 24, 24 и 25, 25 и 26 и образование с ними пережатых кольцевых камер. Фланцевые катушки 23, 24, 25 имеют соответственно одинаковую геометрию формы с фланцевыми катушками 12, 13, 14, за исключением того, что они имеют дополнительный продольный канал 31, сообщающий выходной канал 30 фланцевой катушки 14 с одним из напорных каналов 33 фланцевой катушки 26. Фланцевая катушка 26 имеет глухую расточку с муфтовой конической резьбой, а на другом торце - фланец с отверстиями под крепежные элементы и торцовым выступом как на фланцевых катушках 11, 13, 15, 24 с глухой ступенчатой расточкой для фиксации шипа кривошипного вала 16 подшипниками 20 полумуфтой 18, привалочная плоскость фланца и глухая расточка с присоединительной конической резьбой соединены напорными каналами 33, сообщающими выкидную линию установки с циркуляционными линиями насосных секций. Кривошипные валы 16 при соединении верхней и нижней насосных секций соединяются полумуфтами 17, 18 и образуют ротор насоса. В качестве привода 1 применяется погружной электродвигатель, после соединения насосных секций, включающих фланцевые катушки 11, 12, 13, 14, 15 и 15, 23, 24, 25, 26, с корпусом редуктора 4 и приводом 1 внутренняя полость установки заполняется маслом без избыточного давления.

Диафрагменная насосная установка работает следующим образом. Диафрагменная насосная установка спускается в заданный интервал скважины. Включается погружной электродвигатель 1, ротор которого через муфту 3, кривошип 6 вращает вал-шестерню 7. Вал-шестерня 7 обкатывается по цевкам 8 корпуса редуктора 4 и передает вращение через гибкий вал 10, полумуфты 17, 18 кривошипным валам 16 насосных секций с передаточным отношением, равным количеству цевок 8 на вале-шестерне 7. Шейки кривошипных валов 16 через подшипники 20 передают движение разрезным втулкам 19, которые совершают возвратно-поступательные перемещения в окружном направлении и последовательно обжимают оболочки 22, изменяя объемы всасывыющих и нагнетательных полостей первых и вторых ступеней насосных секций в установленных пределах, не допуская между ними перетоков скважинной среды. Скважинная среда поступает через решетки 29 и пазы 27 во всасывающие полости насосных камер первых ступеней, расположенные в фланцевых катушках 12, 23 нижней и верхней насосных секций и нагнетается в дальнейшем при последовательном обжатии эластичных оболочек 22 разрезными втулками 19, в нижней секции - через паз 28, выходной канал 30 фланцевой катушки 12 в продольный канал 31 фланцевой катушки 13 и входной канал 32, паз 27 фланцевой катушки 14 во всасывающую полость второй ступени и далее через паз 28, выходной канал 30 фланцевой катушки 14 поступает через канал 31 фланцевых катушек 15, 23, 24, 25, в один из напорных каналов 33 фланцевой катушки 26, в верхней секции - через паз 28, выходной канал 30 фланцевой катушки 23 в другой продольный канал 31 фланцевой катушки 24 и входной канал 32, паз 27 фланцевой катушки 25 во всасывающую полость второй ступени и далее через паз 28, выходной канал 30 фланцевой катушки 25 поступает в другой напорный канал 33 фланцевой катушки 26, в дальнейшем скважинная среда по колонне труб поступает на устье скважины и транспортируется на приемный пункт сбора нефти.

Предлагаемая диафрагменная насосная установка может быть изготовлена известными техническими средствами и применена для работы с существующим оборудованием.

Все это свидетельствует о возможности промышленной применимости предлагаемой диафрагменной насосной установки.

Изобретение относится к насосному оборудованию и может быть применено, например, для добычи нефти из скважины. Диафрагменная насосная установка включает привод, редуктор и насосные секции. Насосная секция имеет корпус из фланцевых катушек, эластичные оболочки с кольцевыми выступами на концах и продольной гофрой между ними, разрезные втулки, связанные подшипниками с шейками кривошипного вала и продольным пазом с перегородками. В катушках с кольцевыми канавками и расточкой между ними в расточке выполнены пазы, сообщающие каналы в корпусе катушки, размещены оболочки с возможностью образования с ними камер при прижатии гофр оболочек перегородками к перемычкам между пазами и защемлении их концов катушками при соединении катушек между собой, а кривошипный вал при этом на опорах качения размещен в корпусе секции с возможностью разобщения камер на автономные полости разрезными втулками и соединения с валом соседней секции, в которых каналы катушек соединены последовательно или параллельно. Шестерни редуктора связаны цевочным зацеплением, в котором цевки, запрессованные в отверстия корпуса редуктора и вала-шестерни, частично соединены между собой открытыми поверхностями перемычек. Вал-шестерня соединен гибким валом с кривошипным валом нижней насосной секции, а с корпусом редуктора - посредством кривошипа, который на опорах качения размещен в расточке вала-шестерни и крышке редуктора и соединен с валом привода. Повышается надежность и эффективность диафрагменной насосной установки при ее работе в скважине. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Диафрагменная насосная установка, содержащая привод, редуктор и диафрагменный насос, соединенные между собой, отличающаяся тем, что диафрагменный насос выполнен секционным и каждая насосная секция имеет корпус из фланцевых катушек, эластичные оболочки с кольцевыми выступами на концах, продольной и поперечными гофрами между ними, разрезные втулки, связанные подшипниками с шейками кривошипного вала и продольным пазом с перегородками в фланцевых катушках с кольцевыми канавками и расточкой между ними, в расточке выполнены пазы, сообщающие каналы в корпусе фланцевой катушки, размещены эластичные оболочки с возможностью образования с ними камер при прижатии продольной гофры эластичных оболочек перегородками к перемычкам между пазами и защемлении их концов фланцевыми катушками при соединении фланцевых катушек между собой, а кривошипный вал при этом на подшипниках размещен в корпусе секции с возможностью разобщения камер на автономные полости разрезными втулками и соединения с валом верхней секции, в которых каналы фланцевых катушек соединены последовательно или параллельно, шестерни редуктора связаны цевочным зацеплением, в котором цевки, запрессованные в отверстия корпуса редуктора и вала-шестерни, частично соединены между собой открытыми поверхностями перемычек, вал-шестерня связана передачей с кривошипным валом нижней насосной секции и с корпусом редуктора посредством кривошипа, который на подшипниках размещен в расточке вала-шестерни и крышке редуктора и соединен с валом привода, а крышка редуктора закреплена в его корпусе переводником, соединенным с корпусом привода.2. Диафрагменная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что между фланцевыми катушками установлены прокладки с возможностью герметичного сообщения каналов фланцевых катушек между собой при их соединении.3. Диафрагменная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что кривошипный вал имеет две шейки, расположенные через 180° в окружном направлении и с одинаковым эксцентриситетом относительно шипов вала.4. Диафрагменная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что передача между валом-шестерней и кривошипным валом нижней насосной секции выполнена гибким валом.