СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F04D13/10 F04C11/00 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости из глубоких скважин, преимущественно нефтяных.

Известна насосная установка, содержащая погружной насос, колонну напорных труб с фланцами, приводной вал, состоящий из насосных штанг с резьбовыми концами, уплотнение, подшипник и привод (Каталог ПО “Молдавгидромаш”. Скважинные насосные установки для воды. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1973).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является насосная установка, включающая погружной насос, колонну напорных труб, приводной вал, состоящий из насосных штанг, соединительные муфты и опоры, устьевое уплотнение, опорный подшипник и привод (Проспект фирмы НЕТЦШ Монопумпен ГмбХ. Насосы НЕМО для нефтяного и газового промыслов - на море и на суше. 1992).

Недостатком устройств как по аналогу, так и прототипу является неудовлетворительная эксплуатационная надежность (для прототипа на скоростях более 600 об/мин), обусловленная вибрацией напорных труб, приводного вала и насоса, возникающей вследствие прогибов насосных штанг приводного вала из-за дисбаланса при его вращении.

Задачей изобретения является создание скважинной насосной установки, обладающей повышенной эксплуатационной надежностью.

Технический результат достигается тем, что в насосной установке, включающей погружной насос, колонну напорных труб, приводной вал, состоящий из насосных штанг, соединительные муфты и опоры, устьевое уплотнение, опорный подшипник и привод, согласно изобретению насосные штанги приводного вала в средней части снабжены осевыми рабочими колесами с лопастями и шпоночными пазами, лопасти со стороны движения жидкости выполнены выпуклыми и согнуты навстречу движению жидкости с поворотом от продольной оси в сторону увеличения угла; каждое осевое рабочее колесо снабжено шпонками с продольными насечками, периферийные поверхности которых и контактирующие с ними внутренние поверхности шпоночных пазов колеса выполнены конусными, причем шпонки имеют головку, представляющую собой сектор кольца, асимметрично расположенный относительно оси шпонки, и закрепленную к колесу с помощью крепежного элемента.

Насечки на каждой шпонке могут быть выполнены на наружной и внутренней поверхностях.

На фиг.1 изображена предлагаемая насосная установка в продольном разрезе.

На фиг.2 - узел соединения осевого рабочего колеса с насосной штангой.

На фиг.3 - вид на лопасть осевого рабочего колеса в разрезе.

На фиг.4 - разрез по А-А фиг.3.

На фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.2.

На фиг.6 - разрез В-В на фиг.2.

Насосная установка состоит из глубинного погружного насоса 1 (фиг.1), колонны напорных труб 2 (насосно-компрессорные трубы) с соединительными муфтами 3, подсоединенной на устье скважины к опорному фланцу 4 и отводному колену 5. Вал насоса соединен с приводным валом 6, состоящим из полых насосных штанг 7, опирающихся на опоры 8, установленные в напорных трубах 2. Насосные штанги 7 в средней части снабжены осевым рабочим колесом 9 (фиг.2), пластмассовые лопасти 10 которого со стороны движения жидкости выполнены выпуклыми и согнуты навстречу движению жидкости с поворотом от продольной оси в сторону увеличения угла (фиг.3 и 4). Каждое осевое рабочее колесо снабжено шпонками 11 с продольными насечками 12 (фиг.6), периферийные поверхности шпонок и контактирующие с ними внутренние поверхности шпоночных пазов 13 колеса (фиг.2) выполнены конусными. Шпонки 11 выполнены заодно с головками 14 (фиг.5), которые представляют собой сектор кольца, асимметрично расположенный относительно продольной оси шпонки. Головки 14 закреплены к телу колес 9 с помощью винтов 15.

При установке осевых рабочих колес 9 на штанги шпонки вставляются в пазы колеса и поджимаются винтами. Благодаря этому и наличию насечек на шпонках, а также конусным поверхностям шпонок и пазов, они надежно удерживаются на штанге и передают крутящий момент.

Зазор между осевыми рабочими колесами и напорными трубами составляет 0,5-1 мм.

На устье скважины в кожухе 16, установленном на опорном фланце 4, находится устьевое уплотнение 17, опорный подшипник 18, а сверху на кожухе - привод насоса 19, с которым соединен приводной вал 6.

Возможен вариант конструкции установки, когда вместо опор 8 используются осевые рабочие колеса 9.

Работа насосной установки.

При вращении приводного вала 6 погружной насос 1 подает перекачиваемую жидкость с забоя скважины под давлением в напорные трубы 2. Установленные жестко на приводном валу осевые рабочие колеса 9 воздействуют своими лопастями на протекающую через пространство между смежными лопастями жидкость и создают дополнительное давление, направленное вверх. При этом реакция от воздействия лопастей на протекающий поток жидкости направлена к оси установки и идет на компенсацию сил, возникающих при работе насосной установки от дисбаланса приводного вала. В результате уменьшается величина прогиба насосных штанг приводного вала, что приводит, в свою очередь, к снижению уровня вибрации как насосных штанг, так и напорных труб и насоса.

Осевые рабочие колеса являются как бы гидравлической опорой для приводного вала и оказывают содействие в перекачке жидкости погружному насосу.

Перекачиваемая жидкость, достигнув устья скважины, через отводное колено 5 направляется в наземный трубопровод.

Установка осевых рабочих колес осуществляется перед спуском насосной установки в скважину.

Предлагаемая установка позволяет повысить эксплуатационную надежность благодаря снижению уровня вибрации напорных труб, приводного вала и погружного насоса за счет уменьшения прогибов приводного вала, при этом резко уменьшается возможность рассоединения насосных штанг и предотвращаются возможные аварийные ситуации.

Кроме того, установка позволяет обеспечить дополнительный напор к создаваемому погружным насосом.

Изобретение относится к насосным установкам, предназначенным для подъема жидкости из глубоких скважин. Установка состоит из погружного насоса, колонны напорных труб, приводного вала из насосных штанг, соединительных муфт и опор, устьевого уплотнения, опорного подшипника и привода. Насосные штанги в средней части снабжены осевыми рабочими колесами (РК) с лопастями и шпоночными пазами (ШП). Лопасти со стороны движения жидкости выполнены выпуклыми и согнуты навстречу движению жидкости с поворотом от продольной оси в сторону увеличения угла. Каждое РК снабжено шпонками (Ш) с продольными насечками, периферийные поверхности Ш и контактирующие с ними внутренние поверхности ШП выполнены конусными, причем Ш имеют головку, представляющую собой сектор кольца, асимметрично расположенный относительно продольной оси Ш, и закрепленную к РК с помощью крепежного элемента. Реакция от воздействия лопастей на перекачиваемую жидкость направлена к оси установки и идет на компенсацию сил, возникающих от дисбаланса приводного вала при его вращении, что уменьшает его прогиба, снижает уровень вибрации и повышает эксплуатационная надежность установки. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Скважинная насосная установка, включающая погружной насос, колонну напорных труб, приводной вал, состоящий из насосных штанг, соединительные муфты и опоры, устьевое уплотнение, опорный подшипник и привод, отличающаяся тем, что насосные штанги в средней части снабжены осевыми рабочими колесами с лопастями и шпоночными пазами, лопасти со стороны движения жидкости выполнены выпуклыми и согнуты навстречу движению жидкости с поворотом от продольной оси в сторону увеличения угла; каждое осевое рабочее колесо снабжено шпонками с продольными насечками, периферийные поверхности шпонок и контактирующие с ними внутренние поверхности шпоночных пазов колеса выполнены конусными, причем шпонки имеют головку, представляющую собой сектор кольца, асимметрично расположенный относительно продольной оси шпонки, и закрепленную к колесу с помощью крепежного элемента.2. Скважинная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что насечки на каждой шпонке выполнены на наружной и внутренней поверхностях.