ПОГРУЖНОЙ СКВАЖИННЫЙ НАСОС С ПРИЕМНЫМ ФИЛЬТРОМ Российский патент 2018 года по МПК F04D13/10 E21B43/08 E21B37/08 

Изобретение относится к области машиностроения, к погружным скважинным насосам с приемным фильтром, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Известен штанговый скважинный насос (Каталог "Скважинные штанговые насосы для добычи нефти" ЦИНТИХимнефтемаш, М.: 1988, с. 22), содержащий рабочий цилиндр, внутри которого с минимальным зазором перемещается полый плунжер с нагнетательным клапаном, связанный с колонной насосных штанг, в нижней части цилиндра установлен всасывающий клапан, вход которого соединен с полостью фильтра.

Недостатками известного штангового скважинного насоса являются снижение объемной подачи с засорением фильтра, а также значительная трудоемкость подъема и опускания насоса для очистки фильтра.

Известен погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий погружной насос с корпусом, цилиндрический перфорированный хвостовик, внутренняя полость которого сообщена с входом насоса, скребок, охватывающий хвостовик, при этом хвостовик и скребок установлены с возможностью относительного возвратно-поступательного движения (см. Пат. РФ №2020269, 1994 г.).

Недостатками указанного устройства являются сложность конструкции и недостаточная надежность работы.

Известен погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий корпус насоса, цилиндрический перфорированный хвостовик с ячейками, внутренняя полость которого сообщена с входом насоса, скребок, охватывающий хвостовик и снабженный по концам и ответно выполненными корпусу и хвостовику верхним и нижним кольцами, при этом насос оснащен приводом, обеспечивающим возможность относительного возвратно-поступательного и углового перемещения скребка и хвостовика (см. А.с. СССР №1617199, 1988 г.), который принят за прототип.

Очищение поверхности фильтра относительным возвратно-поступательным и вращательным движением скребка и хвостовика позволяет повысить эффективность очистки.

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность работы из-за сложности конструкции очищающего устройства.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности работы средства очистки фильтра.

Указанная цель достигается тем, что в погружном скважинном насосе с приемным фильтром, содержащем цилиндрический корпус, фильтр, выполненный в виде перфорированного цилиндрического хвостовика со сквозными ячейками и средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по концам ответно выполненными корпусу и хвостовику, соответственно верхним и нижним кольцами, хвостовик и скребок выполнены с возможностью ограниченного упором относительного возвратно-поступательного движения, при этом насос оснащен приводом, обеспечивающим возможность относительного углового перемещения скребка с нижним кольцом и хвостовика, согласно техническому решению хвостовик телескопически соединен с корпусом насоса с возможностью ограниченного осевого и углового перемещения, верхнее кольцо жестко соединено с корпусом, привод выполнен в виде расположенных оппозитно друг другу с образованием радиального зазора как минимум двух пар радиальных лопаток, расположенных с одинаковым угловым шагом друг от друга и жестко соединенных с валом насоса и хвостовиком, при этом хвостовик выполнен в виде стакана с центральным сквозным отверстием ответно валу.

В сопрягаемой с корпусом части хвостовика выполнена закрытая цилиндрическая расточка с образованием буртов, имеющих возможность взаимодействовать с упором.

Хвостовик подпружинен относительно корпуса насоса.

Погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий приводной вал насоса, цилиндрический корпус, фильтр, выполненный в виде перфорированного цилиндрического хвостовика со сквозными ячейками и средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по концам ответно выполненными корпусу и хвостовику соответственно верхним и нижним кольцами, при этом насос оснащен приводом, обеспечивающим возможность относительного углового перемещения скребка с нижним кольцом и хвостовика, согласно техническому решению, хвостовик телескопически соединен с корпусом насоса с возможностью углового перемещения, верхнее кольцо жестко соединено с корпусом, привод выполнен в виде как минимум двух лопаток, расположенных с одниковым угловым шагом друг от друга и жестко соединенных с валом насоса со стороны днища хвостовика, выполненного в виде стакана с центральным отверстием ответно валу, лопатки выполнены в виде круговых сегментов l-образной формы в плане с вершиной, примыкающей к валу, при этом длина основания лопатки по оси хвостовика больше длины вершины, в хвостовике, ответно лопаткам, с гарантированным зазором между боковой поверхностью хвостовика и лопатки установлены Г-образные в плане щеки, при этом полная угловая ширина лопатки за вычетом угловой ширины основания больше угловой ширины щек, а внутренний радиус щек меньше наибольшего радиуса вершины.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема бесштанговой погружной насосной установки в скважине с горизонтальным отводом;

на фиг. 2 - схема фильтра установки на фиг. 1;

на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2;

на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2.

на фиг. 5 - вариант исполнения самоочищающегося фильтра;

на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5.

Погружная насосная установка, установленная, например, в скважине с горизонтальным отводом, включает, например, бесштанговый насос 1 (фиг. 1) с цилиндрическим корпусом 2 (фиг. 2), например винтовой насос с валом 3, соединенный с погружным электродвигателем 4.

Между насосом 1 и электродвигателем 4, соосно цилиндру 2, установлен приемный фильтр 5 (фиг. 2), выполненный в виде цилиндрического перфорированного хвостовика с ячейками 6, телескопически соединенный с цилиндром 2 с возможностью ограниченного упором 7 цилиндра 2 осевого перемещения и свободного вращения вокруг оси и с образованием полости 8 фильтра 5. В нижней части цилиндра 2 выполнена, например, ответно хвостовику 5, цилиндрическая расточка (не указана) с образованием бурта 9.

В верхней внутренней сопрягаемой с корпусом 2 части хвостовика 5 выполнена, например, закрытая цилиндрическая расточка с образованием буртов 10 и 11, имеющих возможность взаимодействовать с упором 7.

Упор 7 может быть выполнен, например, в виде штифтов или выступов разрезного пружинного кольца 12 (фиг. 3), установленного в глухой кольцевой канавке 13 цилиндра 2 со сквозными радиальными отверстиями (не указаны), ответно выполненными штифтам или выступам (не указаны) кольца 12.

Двигатель 4 снабжен, например, цилиндрическим выступом 14, охватывающим вал 3, а в нижней части хвостовика 5, выполненного в виде стакана, имеется сквозное осевое отверстие 15, ответно выполненному выступу 14.

Хвостовик 5, например, подпружинен пружиной 16 относительно бурта 9 корпуса 2 насоса 1.

Скребок 17, охватывающий хвостовик 5, выполнен в виде перфорированного цилиндра с чередующимися отверстиями 18 и выступами 19, ответно выполненными ячейкам 6 хвостовика 5.

Размер отверстий 18 скребка 17 намного больше размера ячеек 6 фильтра 5.

Скребок 17 по торцам снабжен верхним и нижним кольцами 20 и 21, ответно выполненными корпусу 2 насоса 1 и хвостовику 5. Кольцо 20 жестко соединен с корпусом 2, а хвостовик 5 выполнен с возможностью относительного осевого перемещения относительно кольца 21 и вращения вокруг оси.

Вал 3 и хвостовик 5, в противоположной стороне от насоса 1, снабжены расположенными оппозитно друг другу с образованием радиального зазора (не указан), как минимум, двумя парами лопаток 22 и 23, выполненными, например, в виде пластин. Лопатки 22 и 23 (фиг. 4) расположены с одинаковым угловым расстоянием друг от друга.

Насос 1 с фильтром 5 опущен в эксплуатационную колонну 24 скважины. Выход насоса 1 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 25. Скважина в верхней части оснащена устьевым оборудованием 26.

Насосная установка снабжена также станцией управления 27 электродвигателем 4, оснащенным, например, регулируемым приводом.

Фильтр 5 (фиг. 5) может быть установлен консольно к насосу 1. Хвостовик 5 установлен с возможностью вращения относительно оси. Предотвращение осевого перемещения хвостовика 5 обеспечивается упором 7, выполненным, например, в виде разрезного подпружиненного кольца. Центральное сквозное отверстие 15 в днище (не указано) выполнено ответно валу 3.

Торцевая часть вала 3 со стороны днища хвостовика 5 оснащена как минимум двумя лопатками 28 (фиг. 6), выполненными в виде круговых сегментов 1-образной формы в плане с вершиной 29, примыкающей к валу 3. При этом длина основания 30 лопатки 28 по оси хвостовика 5 больше длины вершины 29. В хвостовике 5, ответно лопатке 28 с гарантированным зазором между боковой поверхностью хвостовика 5, основания 30 и основания вершины 29, установлены Г-образные в плане щеки 31 и 32. Полная угловая ширина лопатки 28 за вычетом угловой ширины основания 30, составляющий угол ϕ (фиг. 6), больше угловой ширины α щек 31 и 32, т.е. ϕ≥α. При этом внутренний радиус R₁ щек 31 и 32 меньше наибольшего радиуса R₂ вершины 29, т.е. R₁≤R₂.

Устройство работает следующим образом.

Работа устройства на фиг. 1-4.

При пуске электродвигателя 4 в работу (фиг. 1), общий вал 3 двигателя и насоса 1 начинает вращаться. Жидкость из пласта поднимается по колонне НКТ 25 наверх. Вращающийся вал 3 приводит также во вращательное движение лопатки 22 вала 3. Этим самым приводится во вращательное движение часть жидкости внутри хвостовика 5 (фиг. 2 и 4) в периферийной зоне лопаток 22. Вращающаяся жидкость создает реактивную реакцию со стороны лопаток 23, соединенных с хвостовиком 5. Под действием создавшегося реактивного момента хвостовик 5 начинает вращаться вокруг оси с меньшей скоростью, чем скорость вала 3. Вращаясь, выступы 19 скребка очищают ячейки 6 хвостовика.

Скорость и момент вращения хвостовика 5 может регулироваться размерами лопаток 22, 23, величиной радиального зазора (не указан) между лопатками 22 и 23.

При снижении давления в полости 8 хвостовика 5, например, при засорении его ячеек 6, хвостовик 5, под действием создавшегося перепада давления между пластом и полостью 8, перемещается в сторону насоса 1, сжимая пружину 16. Величина перемещения определяется расстоянием между буртами 10 и 11.

Принимая во внимание возможность ограниченного упором 7 осевого перемещения хвостовика 5 относительно насоса 1 и двигателя 4, при изменении давления в канале НКТ 25, например, при пуске-остановке насоса 1, изменении производительности насоса 1, происходит поочередное удлинение-укорачивание длины НКТ 25. Это приводит к осевому перемещению скребка 17 относительно хвостовика 5, и, в конечном счете, очищению ячеек 6 хвостовика выступами 19 скребка 17.

Таким образом, при работе насоса 1, его пуске-остановке, изменении производительности, происходит вращение хвостовика 5 с возможным осевым перемещением скребка 17 относительно хвостовика 5.

Одновременное осевое перемещение хвостовика 5 с его вращением существенно повышает эффективность очистки ячеек 6 и поверхности фильтра 5.

Работа устройства на фиг. 5 и 6.

С включением привода (не указан) вал 3 (фиг. 5, 6) начинает вращаться, в данном случае, по часовой стрелке. При заходе вершины 29 между щек 31 и 32 перекрывается боковой канал (не указан) между щеками. В дальнейшем в канал (не указан), образованный щеками 31, 32 и торцовой поверхностью вершины 29 лопатки 28, основание 30 взаимодействует с неподвижной жидкостью, находящейся в указанном канале. При ударе двигающейся с конечной скоростью основания 30 с неподвижной жидкостью возникает пульсация давления, пропорциональная угловой ширине α щек 31, 32, угловой скорости вала 3, диаметру хвостовика 5, плотности жидкости. При дальнейшем вращении лопатки 28 также возрастает сила трения между боковыми поверхностями щек 31, 32 и основания 30 лопатки 28. При этом сила трения увеличивается с уменьшением зазора (не указана) между сопрягаемыми телами, а именно щеками 31, 32 и лопаткой 28. Под действием создавшегося тангенциального усилия на щеки 31 и 32 от создавшегося давления в каналах между щеками 31 и 32, хвостовик поворачивается на небольшой угол. Потом лопатки 28 выходят из канала между щеками 31 и 32, и хвостовик 5 останавливается. Далее цикл повторяется.

При повороте хвостовика 5 происходит его перемещение относительно скребка 17. При этом выступы 19 скребка 17 очищают ячейки 6 и поверхность хвостовика 5 от механических примесей и вязкой нефти.

Таким образом, при работе насоса 1 происходит чередование поворота хвостовика 5 на небольшой угол с остановками. Это снижает износ скребка 17, а также потребляемую мощность.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к погружным скважинным насосам с приемным фильтром. Устройство содержит приводной вал, цилиндрический корпус, соединенный телескопически с фильтром. Фильтр выполнен в виде перфорированного цилиндрического стакана с центральным отверстием ответно валу с ячейками с возможностью ограниченного упором осевого и углового перемещения. Фильтр снабжен средством очистки, выполненным в виде охватывающего хвостовик скребка. Скребок снабжен по торцам, ответно корпусу насоса и хвостовику, верхним и нижним кольцами, при этом верхнее кольцо жестко соединено с насосом. Вал и стакан со стороны его днища снабжены как минимум двумя парами лопаток с образованием радиального зазора и с одинаковым угловым шагом друг от друга. Торцовая часть вала со стороны днища хвостовика оснащена как минимум двумя лопатками, выполненными в виде круговых сегментов l-образной формы в плане с вершиной, примыкающей к валу. Длина основания лопатки по оси хвостовика больше длины вершины. В хвостовике, ответно основанию, с гарантированным зазором между боковой поверхностью хвостовика и лопатки установлены Г-образные в плане щеки. Полная угловая ширина лопатки за вычетом угловой ширины основания больше угловой ширины щек, а внутренний радиус щек меньше наибольшего радиуса вершины. Повышается надежность работы средства очистки фильтра. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий приводной вал насоса, цилиндрический корпус, фильтр, выполненный в виде перфорированного цилиндрического хвостовика со сквозными ячейками и средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по концам ответно выполненными корпусу и хвостовику соответственно верхним и нижним кольцами, хвостовик и скребок выполнены с возможностью ограниченного упором относительного возвратно-поступательного движения, при этом насос оснащен приводом, обеспечивающим возможность относительного углового перемещения скребка с нижним кольцом и хвостовика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, хвостовик телескопически соединен с корпусом насоса с возможностью ограниченного осевого и углового перемещения, верхнее кольцо жестко соединено с корпусом, привод выполнен в виде расположенных оппозитно друг другу с образованием радиального зазора как минимум двух пар радиальных лопаток, расположенных с одинаковым угловым шагом друг от друга и жестко соединенных с валом насоса и хвостовиком, при этом хвостовик выполнен в виде стакана с центральным сквозным отверстием ответно валу.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в сопрягаемой с корпусом части хвостовика выполнена закрытая цилиндрическая расточка с образованием буртов, имеющих возможность взаимодействовать с упором.

3. Насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что хвостовик подпружинен относительно корпуса насоса.

4. Погружной скважинный насос с приемным фильтром, содержащий приводной вал насоса, цилиндрический корпус, фильтр, выполненный в виде перфорированного цилиндрического хвостовика со сквозными ячейками и средство очистки фильтра, выполненное в виде скребка, имеющее способность охватывать хвостовик и снабженное по концам ответно выполненными корпусу и хвостовику соответственно верхним и нижним кольцами, при этом насос оснащен приводом, обеспечивающим возможность относительного углового перемещения скребка с нижним кольцом и хвостовика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, хвостовик телескопически соединен с корпусом насоса с возможностью углового перемещения, верхнее кольцо жестко соединено с корпусом, привод выполнен в виде как минимум двух лопаток, расположенных с одинаковым угловым шагом друг от друга и жестко соединенных с валом насоса со стороны днища хвостовика, выполненного в виде стакана с центральным отверстием ответно валу, лопатки выполнены в виде круговых сегментов 1-образной формы в плане с вершиной, примыкающей к валу, при этом длина основания лопатки по оси хвостовика больше длины вершины, в хвостовике, ответно лопаткам, с гарантированным зазором между боковой поверхностью хвостовика и лопатки установлены Г-образные в плане щеки, при этом полная угловая ширина лопатки за вычетом угловой ширины основания больше угловой ширины щек, а внутренний радиус щек меньше наибольшего радиуса вершины.