Клапанное устройство погружного насоса Российский патент 2024 года по МПК F04D13/10 E21B34/06 F04B53/10 F16K15/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено в скважинных насосных установках для регулирования потока жидкости.

Известен погружной насосный агрегат (патент SU 1660587, МПК F04D 13/10, опубл. 30.06.1991 Бюл. №24), содержащий насос с входными отверстиями в корпусе, нагнетательный тракт, всасывающий тракт с сетчатым фильтром, снабженным поворотным клапаном с фиксатором, воронкообразный пескосборник, подключенный к нагнетательному тракту посредством обводной трубки, и эжектор, причем с целью снижения энергозатрат и повышения надежности в работе, эжектор установлен в устье воронкообразного пескосборника, причем его диффузор соединен со шламовой трубой, сопло закреплено на размещенном в устье воронки нижнем конце обводной трубки, а на наружной поверхности фильтра в верхней его части установлен эластичный сальник-клапан, причем поворотный клапан выполнен в виде клина с полым призматическим основанием, имеющим центральное ребро, посредством которого клапан шарнирно установлен на днище фильтра, а фиксатор установлен в полости призматического основания с возможностью свободного перемещения.

Недостатками данного насосного агрегата являются узкая область применения из-за возможности работы переключения клапана только с жидкостью, содержащей большое количество твердых механических частиц, сложность изготовления клапана в виде клина и настройки клапана для переключения, так как надо найти сочетание расположения центра тяжести, общей массы клапана и предельного давления, обеспечивающее переключение клапана из одного положения в другое.

Наиболее близким по технической сущности является установка для одновременно-раздельной эксплуатации пластов в скважине (патент RU 2550633, МПК Е21В 43/14, опубл. 10.05.2015 Бюл. №13), содержащая колонну лифтовых труб, кабель, хвостовик, пакеры, установленные снаружи хвостовика между пластами и разобщающие скважину на участки, электропогружной насос с обратным клапаном для откачки продукции пластов с входным модулем и электродвигателем, кожух, охватывающий электродвигатель с кабелем и входным модулем и сообщенный с хвостовиком, оснащенным несколькими каналами, каждый из которых сообщен с одним из участков скважины, манометры, функционально связанные с блоком управления установкой, переключающий клапан с корпусом и запорным органом, расположенный ниже кожуха и обеспечивающий сообщение одного из участков скважины с полостью кожуха через соответствующий канал, причем переключающий клапан оснащен поршнем с продольным каналом, сообщающим пространство под клапаном с кожухом, а обратный клапан установлен в продольном канале поршня, причем поршень выполнен с возможностью ограниченного продольного перемещения вместе с обратным клапаном вниз под действием перепада давлений в колонне лифтовых труб и канале хвостовика, сообщенном с одним из участков скважины, или вверх под действием потока откачиваемой жидкости, при этом поршень изготовлен с возможностью взаимодействия с исполнительным механизмом, позволяющим поочередно открывать один из каналов хвостовика, перекрывая остальные, при каждом возвратно-поступательном перемещении поршня.

Недостатками переключающего клапана, используемого в установке, сложность изготовления и высокая металлоемкость, связанная с большим количеством точно подгоняемых деталей, обеспечивающих при переключении продольное возвратно-поступательное перемещение переключающего клапана и поворот запорного органа, малый межремонтный период из-за быстрого выхода из строя подвижного седла только одного клапана, а также узкая область применения из-за невозможности для промывки насосного оборудования обратным потоком жидкости с устья скважины.

Техническим результатом является создание конструкции клапанного устройства погружного насоса, позволяющей упростить конструкцию и, как следствие, снизить ее металлоемкость за счет уменьшения количества деталей, увеличить межремонтный период за счет использования неподвижного седла клапана и как минимум одного дополнительного клапана, дублирующего работу основного, и расширить функциональные возможности за счет возможности промывки скважинного оборудования прямым потоком жидкости.

Техническим решением является клапанное устройство погружного насоса, включающее корпус, основной шариковый клапан с седлом, переключающее устройство с исполнительным механизмом и расположенный ниже поворотный под действием исполнительного механизма запорный орган с каналами, сообщающими последовательно через нижний перепускной канал в корпусе пространство ниже запорного органа с пространством выше основного шарикового клапана через верхний перепускной канал корпуса.

Новым является то, что поворотный запорный орган выполнен в виде барабана с выступающей вверх осью и как минимум тремя продольными сквозными каналами, в одном из которых расположен основной клапан с седлом, другой оставлен свободным, а остальные оснащены дополнительными клапанами с соответствующими седлами, переключающее устройство применено в виде шагового электрического двигателя с управляющим кабелем, а исполнительный механизм – в виде зубчатой передачи, соединяющей ось ротора двигателя с осью барабана для его поворота под действием двигателя с последовательным совмещением каналов с перепускными каналами корпуса.

Новым является также то, что основной и дополнительные клапаны выполнены подпружиненными.

На фиг. 1 изображено клапанное устройство в продольном разрезе.

На фиг. 2 изображен барабан с шестерней зубчатой передачи на оси.

На фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 1.

Клапанное устройство погружного насоса включает в себя корпус 1 (фиг. 1), основной шариковый клапан 2 с седлом 3, переключающее устройство в виде шагового электрического двигателя 4 с управляющим кабелем 5 и исполнительным механизмом в виде зубчатой передачи 6 (фиг. 3) и расположенный ниже поворотный под действием исполнительного механизма запорный орган в виде барабана 7 (фиг. 2) с как минимум тремя продольными сквозными каналами 8, 9 и 10, сообщающими последовательно через нижний перепускной канал 11 (фиг. 1) в корпусе 1 пространство ниже барабана 7 с пространством выше основного шарикового клапана через верхний перепускной канал 12 корпуса 1. Барабан 7 оснащен выступающей вверх осью 13, в одном из каналов 8 которого расположен основной клапан 2 с седлом 3, другой 10 (фиг. 2) – оставлен свободным, а остальные 9 (фиг. 1) – оснащены дополнительными клапанами 14 с соответствующими седлами 15, аналогичными основному клапану 2 и седлу 3. Зубчатая передача 6 соединяет соответствующими шестернями 16 (фиг. 3) и 17 ось ротора 18 двигателя 4 с осью 13 барабана 7 для его поворота под действием двигателя 4 с последовательным совмещением каналов 8 (фиг. 2), 9 и 10 с перепускными каналами 11 и 12 корпуса 1. Для работы в наклонных или горизонтальных скважинах (не показаны) основной 2 (фиг. 1) и дополнительные 14 клапаны могут выполнены поджатыми соответствующими пружинами (не показаны) к соответствующим седлам 3 и 15.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и/или т.п., не влияющие на объяснение работоспособности клапанного устройства, на чертежах (фиг. 1, 2 и 3) не показаны или показаны условно.

Клапанное устройство погружного насоса собирается и применятся следующим образом.

В каналы 8 (фиг. 1) и 9 барабана 7 вставляются неподвижно и фиксируются (прессом, герметикам, клеем или т.п.) соответствующие седла 3 и 15. Канал 10 (фиг. 2) барабана 7 остается свободным. Барабан 7 (фиг. 1) вставляют в нижнюю часть (не показана) корпус 1 так, чтобы основной канал 8 барабана 7 совмещался с нижним каналом 11 корпуса 1. При работе клапанного устройства в интервале скважины (не показаны) 1000 м и ниже рекомендуется использовать верхнее 19 и нижнее 20 уплотнения из плотного полиуретана или вулканизированной резины. В каналы 8 и 9 снабжают соответствующими клапанами 2 и 14 с пружинами или без. После чего устанавливают верхнюю часть (не показана) корпуса 1 так, чтобы верхний канал 12 корпуса 1 совмещался с основным каналом 8 барабана 7, а ось 13 барабана 7 герметично вошла в камеру 21 корпуса 1 под двигатель 4. На оси 13 и 18 соответственно барабана 7 и ротора двигателя 4 устанавливают (прессовой посадкой, шпоночным соединением, зубчатым соединением или т.п.) шестерни 17 и 16. В камеру 21 устанавливают двигатель 4 так, чтобы шестерни 16 (фиг. 3) и 17 совместились, образуя зубчатую передачу 6. После чего камеру перекрывают сверху (не показано), герметично выводя наверх кабель 5. Переключающее устройство в виде шагового электрического двигателя 4 выбрано из-за обеспечения гарантированного поворота барабана 7 на определенный угол, обеспечивающего при подаче управляющих сигналов по кабелю 5 последовательное совмещение каналов 8 (фиг. 2), 9 и 10 с каналами 11 (фиг. 1) и 12 корпуса 1. Так как двигатель 4 находится в закрытой и герметичной камере 21 он не подвергается внешнему воздействию агрессивных сред и не выходит из строя весь срок службы клапанного устройства.

Клапанное устройство может использоваться как всасывающий (ниже погружного насоса) и/или нагнетательный (выше погружного насоса) клапан погружного насоса (штангового глубинного насоса – ШГН, электропогружного центробежного насоса – ЭЦН, героторного погружного насоса – ГПН или т.п.- не показаны). Рекомендуется использовать клапанное устройство с погружными насосами (ЭЦН, ГПД или т.п.), оборудованными погружным электродвигателем (не показан), так как кабель 5 может спускаться в скважину вместе и/или в составе силового кабеля (не показан) для электродвигателя.

Собранное как минимум одно клапанное устройство при помощи переходных патрубков 22 (фиг. 1) соединяют с погружным насосом (выше и/или ниже) и на колонне труб (не показана) с кабелем 5 спускают в скважину до интервала установки. После чего погружной насос запускают в работу. Скважинная жидкость входящая снизу через канал 11 корпуса 1 при помощи перепада давлений, создаваемым погружным насосом, отжимает основной клапан 2 от седла 3, проходит по каналам 8 барабана 7 и 12 корпуса 1 и по колонне труб поднимается на поверхность. При остановке погружного насоса основной клапан 2 опускается (под собственным весом или при помощи пружины) на седло 3 перекрывая поток жидкости сверху вниз.

При выходе клапанного устройства из строя, что определяется падением давления при остановке погружного насоса или при опрессовке (создании избыточного давления) в колонне труб. Погружной насос останавливают, по кабелю 5 подают управляющий сигнал, двигатель 4 через зубчатую передачу 6 поворачивает барабан 7 до совмещения канала 9 барабана 7 с каналами 11 и 12 корпуса 1. После чего погружной насос запускают в работу. Скважинная жидкость входящая снизу через канал 11 корпуса 1 при помощи перепада давлений, создаваемым погружным насосом, отжимает дополнительный клапан 14 от седла 15, проходит по каналам 9 барабана 7 и 12 корпуса 1 и по колонне труб поднимается на поверхность. При остановке погружного насоса дополнительный клапан 14 опускается (под собственным весом или при помощи пружины) на седло 15 перекрывая поток жидкости сверху вниз.

Для прямой промывки погружной насос останавливают, по кабелю 5 подают управляющий сигнал до совмещения канала 10 (фиг. 2) барабана 7 с каналами 11 (Фиг. 1) и 12 корпуса при помощи двигателя 4 и поворота через зубчатую передачу 6 барабана 7 (определяется резким падением давления в колонне труб). По колонне труб с устья скважины прокачивают очищающую жидкость (воду, воду с поверхностно активными веществами – ПАВ, растворитель (солярку, уайт спирит или т.п.), воду+ПАВ+растовритель и/или т.п.), которая проходит через каналы 11 и 12 корпуса 1 и канал 10 (фиг. 2) барабана 7 сверху вниз для промывки погружного насоса, фильтра или другого скважинного оборудования. После промывки по кабелю 5 (фиг. 1) подают управляющие сигналы, двигатель 4 через зубчатую передачу 6 поворачивает барабан 7 до совмещения канала 8 или 9 барабана 7, которые были установлены до промывки, с каналами 11 и 12 корпуса 1. После чего погружной насос запускают в работу в обычном режиме.

Работа небольшого количества подвижных и конструктивно простых элементов клапанного устройства (двигателя 4 и зубчатой передачи 6) только во время поворота барабана 7, возможность замены неисправного клапана 2 или 14 на работающий клапан 14 при помощи поворота барабана 7, а также прямой промывки через канал 10 (фиг. 2) барабана 7, позволяет увеличить межремонтный период погружной насосной установки как минимум в 2,5 раза по сравнению с аналогами.

Предлагаемое клапанное устройство погружного насоса позволяет упростить конструкцию и, как следствие, снизить ее металлоемкость за счет уменьшения количества деталей, увеличить межремонтный период за счет использования неподвижного седла клапана и как минимум одного дополнительного клапана, дублирующего работу основного, и расширить функциональные возможности за счет возможности промывки скважинного оборудования прямым потоком жидкости.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено в скважинных насосных установках для регулирования потока жидкости. Клапанное устройство погружного насоса, включающее корпус, основной шариковый клапан с седлом, переключающее устройство с исполнительным механизмом и расположенный ниже поворотный под действием исполнительного механизма запорный орган с каналами, сообщающими последовательно через нижний перепускной канал в корпусе пространство ниже запорного органа с пространством выше основного шарикового клапана через верхний перепускной канал корпуса. Поворотный запорный орган выполнен в виде барабана с выступающей вверх осью и как минимум тремя продольными сквозными каналами, в одном из которых расположен основной клапан с седлом, другой оставлен свободным, а остальные оснащены дополнительными клапанами с соответствующими седлами. Переключающее устройство применено в виде шагового электрического двигателя с управляющим кабелем, а исполнительный механизм – в виде зубчатой передачи, соединяющей ось ротора двигателя с осью барабана для его поворота под действием двигателя с последовательным совмещением каналов с перепускными каналами корпуса. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и, как следствие, снижение ее металлоемкости за счет уменьшения количества деталей, увеличение межремонтного периода за счет использования неподвижного седла клапана и как минимум одного дополнительного клапана, дублирующего работу основного, и расширение функциональных возможностей за счет возможности промывки скважинного оборудования прямым потоком жидкости. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапанное устройство погружного насоса, включающее корпус, основной шариковый клапан с седлом, переключающее устройство с исполнительным механизмом и расположенный ниже поворотный под действием исполнительного механизма запорный орган с каналами, сообщающими последовательно через нижний перепускной канал в корпусе пространство ниже запорного органа с пространством выше основного шарикового клапана через верхний перепускной канал корпуса, отличающееся тем, что поворотный запорный орган выполнен в виде барабана с выступающей вверх осью и как минимум тремя продольными сквозными каналами, в одном из которых расположен основной клапан с седлом, другой оставлен свободным, а остальные оснащены дополнительными клапанами с соответствующими седлами, переключающее устройство применено в виде шагового электрического двигателя с управляющим кабелем, а исполнительный механизм – в виде зубчатой передачи, соединяющей ось ротора двигателя с осью барабана для его поворота под действием двигателя с последовательным совмещением каналов с перепускными каналами корпуса.

2. Клапанное устройство погружного насоса по п. 1, отличающееся тем, что основной и дополнительные клапаны выполнены подпружиненными.