ВХОДНОЙ МОДУЛЬ-ФИЛЬТР ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2024 года по МПК F04D13/10 F04D29/70 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных насосах для добычи нефти из нефтяных скважин, служит для очистки от механических примесей пластовой жидкости на входе в погружной центробежный насос и для передачи крутящего момента от вала погружного электродвигателя на вал центробежного насоса.

Низкие показатели пластового давления и их высокая обводненность, наблюдаемая при последних стадиях разработки нефтяного месторождения, приводят к пластическому разрушению продуктивного пласта, в результате чего возникает процесс выноса частиц горной породы нефтяными потоками. В этой связи происходит интенсивный износ скважинного оборудования, приводящий к простоям из-за вынужденного его ремонта. Повышение межремонтного периода возможно за счет эффективной фильтрации в скважине пластовой жидкости, за счет использования входных скважинных модулей, снабженных надежными фильтрами (Соловьев Э.Ф., Варламов СЕ. Скважинные фильтры // Оборудование для нефтегазового комплекса, 2008. №3. С.14-18). Механические примеси служат основной причиной выхода из строя деталей электроцентробежных насосов конструкции. При этом крупные механические частицы вызывают заклинивание насоса, а мелкие - вибрацию и повышенный абразивный износ.

Известны входные модули типа MB, ЖНШ, МВТФ, применяемые в составе установок электрических центробежных насосов.

Входные модули типа МВ5, МВ5А, МВ6 (заводов «Борец», «Новомет», «Алнас») не обеспечивают необходимую тонкость фильтрации.

Известен входной модуль, содержащий основание, сетку и диспергирующие аппараты (RU 2260714 С2).

Недостатком данного исполнения является малая пропускная способность, которая может привести к увеличению сопротивления течению жидкости на входе в насос и соответственно ухудшает эффективность работы насоса, а в случае использования входного модуля с насосом большой производительности может привести к срыву подачи и выходу насоса из строя.

Известен RU 97778 U1 - Входной модуль погружного центробежного насоса, который содержит корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал с промежуточными подшипниками, самоочищающийся многосекционный фильтр, закрепленный на корпусе.

Недостатками известных входных модулей погружных центробежных насосов, является либо малая пропускная способность их фильтров, либо низкая эффективность фильтрации пластовой жидкости. При этом повышение пропускной способности известных фильтров возможно за счет снижения эффективности фильтрации пластовой жидкости и наоборот.

При этом для фильтрации пластовой жидкости в скважине хорошо зарекомендовал себя щеточный фильтр (RU 145035 U1. Устройство для очистки жидкости в скважине). Однако, он недостаточно эффективен из-за небольшой протяженности каналов для прохождения пластовой жидкости, образованных пространством между щетинками щетки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является входной модуль погружного центробежного насоса, содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, фильтр, выполненный из расположенных в корпусе пакета щеточных дисков (RU 205897 U1).

Недостатком известного входного модуля (RU 205897 U1) является низкая эффективность фильтрации из-за небольшой протяженности образованных пространством между щетинками щетки каналов для прохождения пластовой жидкости.

При этом неэффективное функционирования фильтра, может привести к повышенному износу втулок подшипников и валов, а также к срыву подачи жидкости на входе насоса, его перегреву и, как следствие, выходу из строя.

Задачей предлагаемого технического решения является создание в составе входного модуля - фильтра щеточного фильтра с повышенной эффективностью фильтрации и увеличенным межрегенерационным периодом его эксплуатации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности фильтрации пластовой жидкости щеточным фильтром, находящимся в составе входного модуля-фильтра погружного центробежного насоса за счет увеличения протяженности каналов для прохождения фильтруемой жидкости, образованных пространством между щетинками щеточного фильтра.

Технический результат достигается за счет того, что во входном модуле-фильтре погружного центробежного насоса, содержащем корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, фильтр, выполненный из расположенных в корпусе пакета щеточных дисков, в отличие от прототипа щетинки щеточных дисков фильтра выполнены под равным для всех щетинок углом наклона α к радиальному направлению в плоскости перпендикулярной оси щеточного диска, при условии, что угол наклона α выбран из диапазона от 10 до 45 угловых градусов.

Кроме того, входной модуль-фильтр может содержать следующие дополнительные признаки: корпус фильтра выполнен из композитного материала; в качестве композитного материала использован слоистый композитный материал; в качестве слоистого композитного материала использовано стекловолокно; пакет щеточных дисков неподвижно закреплен в корпусе, причем периферийная часть щеточных дисков зафиксирована распорными перфорированными кольцами.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан чертеж входного модуля-фильтра погружного центробежного насоса, на фиг. 2 -расположение щетин в щеточном фильтрующем элементе. Фиг. 1 и 2 содержат: 1 - корпус, 2 - голова, 3 - основание, 4 - вал, 5 - подшипники, 6 - щеточные диски, 7 - распорные кольца, 8 - щетинки, 9 -основание щетки. А-А - продольное сечение входного модуля, α - угол наклона щетинок.

Входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса, состоит из корпуса 1 (фиг. 1), который с целью повышения надежности и долговечности модуля может быть выполнен из композитного материала. Корпус 1 выполнен с отверстиями по всей длине, необходимыми для прохода пластовой жидкости. Модуль также включает такие элементы как голова 2, основание 3, вал 4 с расположенными на нем радиальными подшипниками 5 с втулками из твердого сплава. Внутри корпуса 1 неподвижно установлены щеточные диски 6, между которыми могут быть размещены кольца распорные 7.

Щетинки 8 (фиг. 2) щеточных дисков 6 фильтра выполнены под равным для всех щетинок 8 углом наклона а к радиальному направлению в плоскости перпендикулярной оси щеточного диска 6, при условии, что угол наклона а выбран из диапазона от 10 до 45 угловых градусов. Щетинки 8 закреплены на основании щетки 9.

Входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса применяется в составе установок погружных электрических насосов для добычи нефти. Входной модуль-фильтр монтируется на входном фланце насоса. Входной модуль-фильтр передает крутящий момент от вала двигателя на вал насоса, очищая лифтируемую жидкость путем пропускания ее через щеточные фильтрующие элементы 6, и далее на вход погружного насоса.

Эффективность очистки и ресурс работы щеточного уплотнения, а также межрегенерационный период его эксплуатации зависит от длины каналов для прохождения фильтруемой жидкости, образованных в пространстве между щетинками щеточного фильтра. Увеличение длины каналов способствует повышению эффективности фильтрации и увеличению межрегенерационного периода работы фильтра.

Предлагаемая конструкция входного модуля-фильтра погружного центробежного насоса устанавливается на входе погружного центробежного электрического насоса для добычи нефти, содержит корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, с подшипниками с твердосплавными вкладышами, самоочищающийся многосекционный фильтр, выполненный из пакета щеточных дисков.

Фильтр можно повторно использовать после регенерации (очищение или замена фильтрующих дисков). Частичное самоочищение поверхности фильтрующих элементов происходит в процессе эксплуатации.

Краткое описание работы устройства

Входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса состоит из трубного корпуса 1 с отверстиями по всей длине для прохода пластовой жидкости, головы 2, основания 3, вала 4 с расположенными на нем радиальными подшипниками 5 с втулками из твердого сплава.

Внутри корпуса 1 неподвижно установлены щеточные фильтрующие элементы 6, между которыми могут быть размещены распорные кольца 7.

Работа предлагаемого входного модуля-фильтра погружного центробежного насоса.

Входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса применяется в составе установок погружных электрических насосов для добычи нефти. Входной модуль-фильтр монтируется на входном фланце насоса. Входной модуль-фильтр передает крутящий момент от вала двигателя на вал насоса, который обеспечивает перекачку пластовой жидкости. При этом лифтируемая жидкость фильтруется при прохождении ее через щеточный фильтр, и поступает на вход погружного насоса.

При включении погружного насоса пластовая жидкость, всасываемая центробежным насосом, проходит через окна в корпусе 1, в радиальном направлении через щеточные фильтры 6 во внутреннюю полость входного модуля. При этом фильтруемая жидкость проходит через каналы увеличенной протяженности, образованные за счет угла наклона α щетинок 8 к радиальному направлению щеточных дисков 6 фильтра. Угол наклона α выполнен одинаковым для всех щетинок и выбирается из диапазона от 10 до 45 угловых градусов (фиг. 2).

Щеточный фильтр изготавливается в виде горизонтального пакета заменяемых и дополняемых гибких щеточных дисков 6. В качестве материала дисков и щетинок может использоваться коррозионностойкая, высоколегированная витая сталь или полимерный материал, например, кевлар.

Корпус фильтра, с целью повышения его надежности, может быть изготовлен из композитного материала, который не подвергается коррозионному и эрозионному видам износа, обладает меньшей массой и обеспечивает благодаря высоким механическим свойствам материала необходимую прочность.

Конкретный пример.

С целью оценки эффективности работы предлагаемого входного модуля-фильтра погружного центробежного насоса, были проведены следующие испытания.

Были изготовлены два варианта щеточных фильтров для входных модулей-фильтров погружных центробежных насосов, согласно представленного чертежа (фиг. 1).

Первый вариант щеточного фильтра был изготовлен с щетинами фильтра, направленными строго в радиальном направлении (согласно прототипу RU 205897 U1).

Второй вариант щеточного фильтра был изготовлен согласно предлагаемому изобретению, с щетинами фильтра, направленными под равным для всех щетинок углом наклона α к радиальному направлению в плоскости перпендикулярной оси щеточного диска. Углы наклона α, выбранные из диапазона от 10 до 45 угловых градусов, составляли 5, 10, 45 и 60 градусов.

По обоим вариантам все размерные и геометрические параметры входных модулей - фильтров погружных центробежных насосов за исключением длины и угла наклона щетинок были одинаковыми.

В качестве материала щетинок использовалась высоколегированная витая сталь 12X13 диаметром 0,3 мм. Внутренний диаметр корпуса модуля составлял 90 мм, при внешнем диаметре 103 мм. Количество щеточных дисков составляло 15 штук в фильтре. В качестве материала корпуса, использовался композитный материал ПРТК102 (с отвердителем на основе эпоксидного связующего с ангидридной системой отверждения).

Испытания проводились на лабораторном стенде, включающем цистерны с жидкостью, имитирующей пластовую жидкость и цистерну для отфильтрованной жидкости. Оценивалось качество фильтрации (в процентах) и время потери работоспособности (функционирования) испытуемого фильтра. Содержание механических примесей в исходной жидкости составляло 32%. По каждому варианту и подварианту испытуемого щеточного фильтра бралось по два образца. Результаты испытаний представлены в таблице.

Как показали сравнительные испытания фильтров, по сравнению с прототипом все варианты фильтров, выполненных по предлагаемому изобретению, обеспечивают более эффективную фильтрацию (1,7-2,1%). При незначительном угле наклона щетинок фильтра (α=5 град), механические примеси после фильтрации составляют 3,1%, а при превышении угла α до 60 град, возрастает гидравлическое сопротивление. Поэтому, с точки зрения эксплуатации наиболее оптимальными являются углы наклона щетинок α от 10 до 45 градусов.

Таким образом, предложенное новое техническое решение - входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса позволил достичь поставленного в изобретении технического результата - повышения эффективности фильтрации пластовой жидкости щеточным фильтром, находящимся в составе входного модуля погружного центробежного насоса за счет увеличения протяженности каналов для прохождения фильтруемой жидкости, образованных пространством между щетинками щеточного фильтра.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных насосах для добычи нефти из нефтяных скважин, служит для очистки от механических примесей пластовой жидкости на входе в погружной центробежный насос и для передачи крутящего момента от вала погружного электродвигателя на вал центробежного насоса. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности фильтрации пластовой жидкости щеточным фильтром, находящимся в составе входного модуля погружного центробежного насоса за счет увеличения протяженности каналов для прохождения фильтруемой жидкости, образованных пространством между щетинками щеточного фильтра. Входной модуль - фильтр погружного центробежного насоса, содержит корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, фильтр, выполненный из расположенных в корпусе пакета щеточных дисков. При этом щетинки щеточных дисков фильтра выполнены под равным для всех щетинок углом наклона α к радиальному направлению в плоскости, перпендикулярной оси щеточного диска, при условии, что угол наклона α выбран из диапазона от 10 до 45 угловых градусов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Входной модуль-фильтр погружного центробежного насоса, содержащий корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, присоединенные к корпусу основание и голову, вал, передающий вращение от электродвигателя к насосу, фильтр, выполненный из расположенных в корпусе пакета щеточных дисков, отличающийся тем, что щетинки щеточных дисков фильтра выполнены под равным для всех щетинок углом наклона α к радиальному направлению в плоскости, перпендикулярной оси щеточного диска, при условии, что угол наклона α выбран из диапазона от 10 до 45 угловых градусов.

2. Входной модуль-фильтр по п. 1, отличающийся тем, что корпус фильтра выполнен из композитного материала.

3. Входной модуль-фильтр по п. 2, отличающийся тем, что в качестве упомянутого композитного материала использован слоистый композитный материал.

4. Входной модуль-фильтр по п. 3, отличающийся тем, что в качестве упомянутого слоистого композитного материала использовано стекловолокно.

5. Входной модуль-фильтр по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что упомянутый пакет щеточных дисков неподвижно закреплен в корпусе, причем периферийная часть щеточных дисков зафиксирована распорными перфорированными кольцами.