Погружной многоступенчатый насос Российский патент 2024 года по МПК F04D13/08 F04D29/18 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости (нефти), содержащей механические примеси.

В процессе эксплуатации УЭЦН (установка электроцентробежного насоса) рабочие органы секции подвергаются износу. Из скважины и пласта во внутреннюю полость ЭЦН, совместно с жидкостью поступают механические примеси, окалина, кристаллы солей, цементная корка, мелкие частицы породы и другое. Механические примеси содержатся в сырой нефти в виде песка, глинистых минералов и различных солей, которые находятся во взвешенном состоянии. Механические примеси представляют собой твердые частицы, которые содержатся в пластовом флюиде и входят в состав отложений на поверхности нефтепромыслового оборудования. Повышенные уровни механических примесей в продукции скважин — один из ключевых осложняющих механизированную добычу факторов. Данный фактор вызывает ряд осложнений, связанных как с нарушением работы насосов и выхода их из строя, так и различные проблемы при работе скважины – засорение забоя, образование песчаных пробок и т.д.

Для борьбы с механическими примесями также используются различные фильтры. Однако это оборудование имеет тот недостаток, что основным его принципом работ является задержка частиц на различных сетках, уловителях, что, в конце концов, приводит к их закупорке. Модуль фильтры выполнены в виде отдельной погружной части УЭЦН, поэтому их монтаж и спуск в скважину не требует дополнительных сложностей. Вместе с тем фильтрующий элемент не должен нарушать функциональности погружной части насосной установки, поэтому для фильтров в насосе вводятся дополнительные ограничения по сравнению с фильтрами других типов. Фильтры в основном используют для улавливания частиц размером более 100-200 мкм. Однако механические примеси, тянущиеся из пласта вместе с нефтью, могут быть более мелкой фракции и большой твердости. Предполагается, что механические примеси мелкой фракции попадая в рабочую ступень ЭЦН, а именно в зазор между направляющим аппаратом и защитной втулкой, задерживается в паре трения и, вследствие этого вызывают износ. Например, такая ступень насоса c защитной втулкой описана в патенте RU2421634. Остается актуальной задача удаления мелких механических примесей из пары трения.

В рамках изучения данной проблемы, по результатам разборов ЭЦН, поступившие в ремонт после эксплуатации в скважинах на Ельниковском нефтяном месторождение ПАО «Удмуртнефть» было изучено состояние рабочих органов насосов. Было выявлено что, в некоторых секциях ЭЦН присутствует односторонний износ вала и рабочих ступеней ЭЦН, износ этих рабочих органов снижает производительность насоса, а также межремонтный период работы.

Была изучена литологическая характеристика пластов Ельниковского нефтяного месторождения. Гранулометрический состав терригенных пород Визейского яруса изучался в лаборатории треста «Удмуртнефтеразведка», в лаборатории Камского отделения ВНИГНИ и лаборатории отдела технологической поддержки «ЗАО «ИННЦ». Распределения фракций, полученные в разных лабораториях на ситах с различными диапазонам ячеек, близки. Преобладает песчаная фракция в отложениях Тульского и Бобриковского горизонта. Отсортированность терригенного материала довольно высокая. Содержание псаммитовой фракции колеблется от 46 до 97%. Медианное значения размеров зерен (0,1 - 0,2 мм) соответствует песчаникам мелкозернистым. Содержание глинистых фракций (<0,01%) составляет около 3%. Карбонатность пород колеблется от 0,4 до 6%, достигая в отдельных образцах 11%. Из фракционного состава терригенных пород Ельниковского нефтяного месторождения можно сделать вывод, что есть частицы достаточно мелкой фракции способной избежать фильтры и попасть в зазоры рабочих органов ЭЦН и осесть на трущихся поверхностях.

Известен погружной многоступенчатый насос (по патенту RU2387881) в котором на наружных поверхностях корпусов направляющих аппаратов последовательно расположенных, по меньшей мере, двух начальных ступеней выполнены каналы, соединяющие полость между крышкой и корпусом направляющего аппарата одной ступени с полостью между крышкой и корпусом направляющего аппарата соседней ступени. При этом давление на входе в направляющий аппарат нижестоящей ступени увеличивается пропорционально градиенту давлений на входах соседних ступеней. Количество ступеней, на наружной поверхности направляющих аппаратов которых выполнены каналы, определяется из условия создания давления на входе направляющего аппарата первой ступени, равного или выше давления насыщения.

Известен многоступенчатый погружной насос (по патенту RU2632607, выбран в качестве прототипа) включающий погружной электродвигатель, сепаратор механических примесей, центробежный насос и струйный насос. Приемная камера струйного насоса гидравлически соединена с выходом механических примесей из сепаратора. Сепаратор механических примесей и насос помещены в кожух. Сепаратор выполнен из каскада ступеней сепарации. Кожух разделен продольными перегородками на изолированные кольцевые секторы по количеству ступеней сепарации. Каждый из кольцевых секторов соединен с выходом механических примесей одной из ступеней сепарации. Над последним выходом, принадлежащим последней ступени сепарации, полости каждых двух соседних секторов последовательно перекрыты торцевой перегородкой, в которую встроен струйный насос для объединения проходящих через них потоков механических примесей в общий поток.

Его недостатком является необходимость использования сложного в изготовлении дополнительного оборудования. Использование сепаратора приводит к повышенному гидродинамическому сопротивлению и к снижению КПД насоса.

Задачей изобретения является снижение содержания мелких механических примесей в зазоре между направляющим аппаратом и защитной втулкой. Техническим результатом изобретения является повышение надежности многоступенчатых погружных насосов за счет снижения износа начальных ступеней насоса механическими примесями в откачиваемой жидкости, без снижения КПД насоса

Технический результат достигается в погружном многоступенчатом насосе, содержащем корпус с валом, с последовательно расположенными ступенями, образованными направляющими аппаратами, установленными на валу с использованием защитных втулок, имеющими на внешней поверхности спиралевидную канавку, и рабочими колесами, по меньшей мере, две начальные ступени выполнены с рабочими органами с большей производительностью, спиралевидные канавки защитных втулок таких ступеней закручены против направления вращения вала, при этом спиралевидные канавки защитных втулок последующих ступеней, со сравнительно меньшей производительностью, закручены по направлению вращения вала

Изобретение поясняется рисунками:

фиг. 1 - погружной многоступенчатый насос;

фиг. 2 – рабочие органы ступени насоса;

фиг. 3-4 – защитная втулка;

фиг. 5 – защитная втулка со спиралевидной канавкой, закрученной против направления вращения вала

Погружной многоступенчатый насос (далее, также – «насос»), содержит цилиндрический корпус 1 с валом 2, с последовательно расположенными ступенями, образованными направляющими аппаратами 3, установленными на валу 2 с использованием защитных втулок 4, выполненных, например, из латуни и выполняющих функцию подшипника скольжения. Ступень насоса содержит рабочее колесо 5 с лопатками. Защитная втулка 4 и рабочее колесо 8 устанавливаются на валу 2 при помощи шпоночных соединений, а направляющий аппарат 3 устанавливается на защитную втулку 4 по посадке с гарантированным зазором. Добываемая нефть при помощи кинетической энергии рабочих колес 8 направляется по ступеням насоса вверх.

Защитная втулка 4 на внешней поверхности имеет спиралевидную канавку 5, в которую может проникать перекачиваемая жидкость. При выборе ориентации защитной втулки 4 на валу 2 руководствуются следующим.

При совпадении направления вращения спиралевидной канавки 5 (глубиной, например, 0,2-0,5 мм) с направлением вращения вала 2, жидкость под напором протекает по спиралевидной канавке 5 и обеспечивает дополнительную смазку паре трения защитная втулка 4 – направляющий аппарат 3. Таким образом могут быть ориентированы все защитные втулки кроме нескольких (например от 2 до 5 штук), размещенных в начальных ступенях со стороны приема насоса.

По меньшей мере, две начальные ступени выполнены с рабочими органами с большей производительностью. Повышение производительности ступени может быть достигнуто, например, за счет увеличения проходного сечения проливных каналов, образованных рабочими колесами и направляющими аппаратами. Производительность ступени насоса (измеряется, как правило в кубических метрах перекачиваемой жидкости в сутки) является заданной при ее производстве характеристикой и для однотипных ступеней, как правило, может быть определена визуально – ступени с большей производительностью имеет большую пропускную способность рабочих колес, за счет больших размеров проливных каналов (например, за счет увеличенной высоты направляющего аппарата и рабочего колеса), спиралевидные канавки 5 защитных втулок 4 закручены (соориентрированы) против направления вращения вала 2. На фиг. 5 показана такая ориентация: дуговой стрелкой показано направление вращения вала 2 вокруг оси 6, стрелкой вдоль оси 6 вращения показано направление движения жидкости от приема насоса, наверх. Количество таких начальных ступеней с повышенной производительностью и со спиралевидными канавками 5, закрученных против направления вращения вала 2 может составлять, например, от 2 до 5 штук.

При работе насоса перекачиваемая жидкость перетекает из одной ступени в другую под действием градиента давлений. Выполнение как минимум двух начальных ступеней повышенной производительности позволяет развить давление на приеме насоса, необходимое для устойчивой работы насоса. Спиралевидные канавки 5 на наружных поверхностях защитных втулок 4, закрученные против направления вращения вала 2 позволяют предотвратить проход жидкости с механическими примесями с приема насоса через пару трения защитная втулка 4 – направляющий аппарат 3. Механические примеси мелкой фракции проходят начальные ступени повышенной производительности через проливные каналы. В последующих ступенях, работающих в условиях установившегося динамического равновесия и при постоянном давлении, механические примеси через спиралевидные канавки 5, закрученные по направлению вращения вала 2, промываются потоком жидкости, не задерживаясь в паре трения защитная втулка 4 – направляющий аппарат 3. Кроме того, при необходимости дополнительной защиты некоторых ступеней насоса, например, расположенных около опорных подшипников 7, в таких ступенях защитные втулки 4 могут также быть установлены с ориентацией спиралевидных канавок 5, закрученных против направления вращения вала 2. Таким образом, повышается надежность многоступенчатых погружных насосов за счет снижения износа ступеней насоса механическими примесями. При этом, не возникает дополнительного гидродинамического сопротивления и не происходит потеря мощности и снижение КПД насоса.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым погружным насосам для откачки пластовой жидкости (нефти), содержащей механические примеси. Задачей является снижение содержания мелких механических примесей в зазоре между направляющим аппаратом и защитной втулкой. Техническим результатом является повышение надежности многоступенчатых погружных насосов за счет снижения износа начальных ступеней насоса механическими примесями в откачиваемой жидкости, без снижения КПД насоса. Погружной многоступенчатый насос содержит корпус с валом, с последовательно расположенными ступенями, образованными направляющими аппаратами, установленными на валу с использованием защитных втулок, имеющими на внешней поверхности спиралевидную канавку, и рабочими колесами. По меньшей мере, две начальные ступени выполнены с большей производительностью, спиралевидные канавки защитных втулок таких ступеней закручены против направления вращения вала, при этом спиралевидные канавки защитных втулок последующих ступеней, со сравнительно меньшей производительностью, закручены по направлению вращения вала. 5 ил.

Погружной многоступенчатый насос, содержащий корпус с валом, с последовательно расположенными ступенями, образованными направляющими аппаратами, установленными на валу с использованием защитных втулок, имеющими на внешней поверхности спиралевидную канавку, и рабочими колесами, по меньшей мере, две начальные ступени выполнены с большей производительностью, спиралевидные канавки защитных втулок таких ступеней закручены против направления вращения вала, при этом спиралевидные канавки защитных втулок последующих ступеней, со сравнительно меньшей производительностью, закручены по направлению вращения вала.