Погружная насосная установка

Погружная насосная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для добычи из нефтяных скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием абразивных частиц.

Известен погружной насос, содержащий рабочую пару винт - обойма, муфту, приводной электродвигатель, эксцентриковую муфту, шпиндельную секцию, содержащую промежуточный вал, осевые и радиальные опоры (см. Д.Ф. Болденко, М.Г. Бидман, В.Л. Калишевский и др. Винтовые насосы. - М.: Машиностроение, 1982, стр.111, Рис.68).

Для данной насосной установки характерны низкая долговечность при перекачивании из нефтяных скважин пластовой жидкости, содержащей повышенное количество абразивных частиц, и, соответственно, необходимость частого ремонта с заменой рабочей пары, что обусловливает повышенные эксплуатационные расходы, связанные с подъемом и спуском насосной установки в скважину.

Наиболее близким техническим решением является погружной сдвоенный винтовой насос, содержащий две последовательно расположенные рабочие пары винт - обойма, выполненные с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей, электродвигатель, эксцентриковую муфту, соединяющую винты первой и второй рабочих пар, и редуктор (см. Патент RU №2183769 С 1, 17.04.2001, МПК F 04 В 47/00, F 04 С 5/00). Насос опускается в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) посредством специального подъемного агрегата. Одновинтовые насосы соединены гидравлически параллельно.

При таком включении двух одновинтовых насосов за счет гидравлического уравновешивания уменьшается суммарная нагрузка на осевые подшипники, что увеличивает межремонтный период при эксплуатации насосной установки. Однако в случае выхода из строя насоса требуется подъем всей сборки насосной установки из скважины, включая НКТ, что обусловливает высокие эксплуатационные расходы при добыче из нефтяных скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием абразивных частиц.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности оперативной смены (подъема и спуска) винтового насоса с помощью гибкой связи, например геофизического кабеля, и лебедки внутри НКТ без демонтажа и монтажа всех НКТ, что сокращает эксплуатационные расходы при эксплуатации погружной насосной установки в условиях перекачивания из нефтяных скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием абразивных частиц.

Технический результат достигается тем, что в погружной насосной установке, содержащей винтовой насос, погружной электродвигатель, муфту, соединяющую вал винтового насоса с валом погружного электродвигателя, винтовой насос размещен внутри приемной трубы, присоединенной нижней частью к корпусу погружного электродвигателя, а верхней частью - к насосно-компрессорной трубе, на внутренней поверхности приемной трубы установлен пружинный центратор, удерживающий винтовой насос на ее оси, в верхней части винтового насоса установлен соединительно-разъединительный механизм, фиксирующий его в приемной трубе, в нижней части корпуса винтового насоса установлена шлицевая направляющая втулка для фиксации винтового насоса в соединительной шлицевой втулке, размещенной в нижней части приемной трубы, корпус винтового насоса снабжен уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметичность полости высокого давления приемной трубы, гидравлически соединенной с насосно-компрессорными трубами, муфта выполнена шлицевой, причем сопрягаемые торцы шлицев вала винтового насоса, шлицевой направляющей втулки, соединительной шлицевой втулки и муфты выполнены под углом к образующей, превышающим угол трения, а на боковой поверхности приемной трубы в полости низкого давления выполнены отверстия для ввода перекачиваемой жидкости.

В погружной насосной установке винтовой насос может представлять собой две последовательно расположенные в одном корпусе рабочие пары винт - обойма, выполненные с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей, соединенных между собой гибким валом, и может содержать шпиндельную секцию, включающую осевые и радиальные опоры, соединенную с винтом рабочей пары гибким валом.

Корпус винтового насоса может быть снабжен вторым уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметичность полости высокого давления приемной трубы, причем первое и второе уплотнительные кольца установлены в верхней и нижней части корпуса, соответственно.

Один из шлицев сопрягаемых торцов шлицевого вала винтового насоса и один из шлицев сопрягаемых торцов шлицевой направляющей втулки могут быть выполнены длиннее остальных.

Сопрягаемые торцы каждого из шлицев вала винтового насоса, шлицевой направляющей втулки, соединительной шлицевой втулки и муфты могут иметь скосы с обеих сторон шлица, выполненные под углом к образующей, превышающим угол трения.

Применение в насосной установке приемной трубы и оснащение ее элементами, обеспечивающими ввод, вывод и фиксацию в ней винтового насоса, позволяет производить указанные работы внутри скважины, без подъема всей сборки из скважины. Подъем и спуск насоса производится с помощью гибкой связи (троса, кабеля и т.д.) и лебедки, что существенно сокращает время спускоподъемных операций и эксплуатационные расходы по сравнению с подъемом и спуском всей сборки с НКТ, и особенно актуально в условиях перекачивания из нефтяных скважин пластовой жидкости с повышенным содержанием абразивных частиц.

На Фиг.1 приведен чертеж погружной насосной установки, разрез.

На Фиг.2 приведен чертеж насоса, разрез.

На Фиг.3 приведен чертеж шлицевой направляющей втулки и соединительной шлицевой втулки, разрез.

На Фиг.4 приведен чертеж вала винтового насоса и шлицевой муфты, разрез.

Заявляемая погружная насосная установка содержит (см. Фиг.1, 2) винтовой насос 1, представляющий собой рабочую пару винт - обойма 2 с левым направлением рабочих винтовых поверхностей и рабочую пару винт - обойма 3 с правым направлением рабочих винтовых поверхностей. Обе рабочие пары винт - обойма 2 и 3 и другие элементы винтового насоса 1 соединены последовательно с помощью цилиндрических проставок. Вал 4 винтового насоса соединен с валом погружного электродвигателя 5 с помощью шлицевой муфты 6.

Винтовой насос размещен внутри приемной трубы 7, присоединенной нижней частью к корпусу погружного электродвигателя 8, а верхней частью - к НКТ 9. Приемная труба 7 может быть выполнена составной. На внутренней поверхности приемной трубы 7 установлен пружинный центратор 10, удерживающий винтовой насос на оси приемной трубы 7.

В верхней части винтового насоса установлен соединительно-разъединительный механизм 11, фиксирующий его в приемной трубе.

В качестве соединительно-разъединительного механизма 11 может быть использован, например, механизм, описанный в заявке на изобретение №2004105784, МПК F 16 B 21/18, или любой другой.

Винтовой насос содержит шпиндельную секцию 12, включающую осевые 13 и радиальные опоры 14, соединенную с винтом рабочей пары 2 гибким валом 15. Винты рабочих пар 2 и 3 также соединены между собой гибким валом 16. В нижней части винтового насоса (см. Фиг.1, 2) установлена шлицевая направляющая втулка 17 для фиксации винтового насоса в соединительной шлицевой втулке 18, размещенной в нижней части приемной трубы 7. В верхней части винтового насоса 1 (см. Фиг.2) установлена разделительная втулка 19, с входным отверстием 20 из полости низкого давления и переходным отверстием 21 в полости высокого давления, на выходе которого установлен обратный клапан 22 с выходными отверстиями 23. Корпус винтового насоса 1 снабжен уплотнительными кольцами 24 и 25, обеспечивающими герметичность полостей высокого давления приемной трубы 7, причем уплотнительные кольца 24 и 25 установлены в верхней и нижней частях корпуса винтового насоса 1 соответственно. Полости высокого давления приемной трубы 7 гидравлически соединены с НКТ 9 через переходное отверстие 21 разделительной втулки 19 (см. Фиг.1, 2).

Сопрягаемые торцы каждого из шлицев 26 вала 4 винтового насоса 1, шлицев 27 шлицевой направляющей втулки 17, шлицев 28 соединительной шлицевой втулки 18 и шлицев 29 шлицевой муфты 6 (см. Фиг.1...4) имеют скосы с обеих сторон шлица, выполненные под углом к образующей, превышающим угол трения. Один из шлицев 30 сопрягаемых торцов шлицевого вала 4 винтового насоса и один из шлицев 31 сопрягаемых торцов шлицевой направляющей втулки 17 выполнены длиннее остальных (см. Фиг.3, 4).

На боковой поверхности приемной трубы 7 в полостях низкого давления выполнены отверстия 32 и 33 для ввода перекачиваемой жидкости.

Погружная насосная установка собирается на поверхности земли и спускается в скважину на НКТ 9. При включении погружного электродвигателя 8 винтовой насос 1 начинает перекачивать из затрубного пространства жидкость, которая поступает в винтовой насос 1 через отверстия 32 и 33 в приемной трубе. Жидкость через отверстие 32 (см. Фиг.1) и далее через входное отверстие 20 в разделительной втулке 19 (см. Фиг.2) прокачивается рабочей парой винт - обойма 2 с левым направлением рабочих винтовых поверхностей вниз, а через отверстия 33 и далее через отверстия, выполненные в проставке, соединяющем рабочую пару винт - обойма 3 с правым направлением рабочих винтовых поверхностей со шпиндельной секцией 12, жидкость рабочей парой винт - обойма 3 прокачивается вверх, в полость высокого давления, расположенную между рабочими парами 2 и 3. Через отверстия, выполненные в проставке насоса, соединяющем рабочие пары, жидкость выбрасывается в полость высокого давления, ограниченную стенками винтового насоса 1, приемной трубы 7 и уплотнительными кольцами 24 и 25. Через переходное отверстие 21 в разделительной втулке 19 жидкость проходит в полость обратного клапана 22 и через отверстия 23 - в полость высокого давления, ограниченную приемной трубой 7, соединительно-разъединительным механизмом 11 и НКТ 9.

В случае выхода из строя одного из элементов насоса, требующего ремонта или замены, насос 1 поднимается из скважины через НКТ 9 с помощью троса или другой гибкой связи. Сцепление троса с насосом производится путем захвата шаровидной головки соединительно-разъединительного механизма 11 одним из известных устройств захвата (см. Шариковый замок для автоматической стыковки объектов. Авторское свидетельство №685851, МПК F 16 B 21/18), закрепленном на конце троса. После ремонта или регламентных работ насос 1 опускается в скважину на тросе через НКТ 9 также с помощью захвата. Насос 1 проходит внутрь приемной трубы 7. С помощью центратора 10 направляющая втулка 17 устанавливается в соединительной шлицевой втулке 18. Один из шлицев 30 сопрягаемых торцов шлицевого вала 4 винтового насоса и один из шлицев 31 сопрягаемых торцов шлицевой направляющей втулки 17 выполнены длиннее остальных (см. Фиг.3, 4) и соскальзывают по скосам шлицев 29 шлицевой муфты 6 и шлицев 27 шлицевой направляющей втулки 17. Таким образом, шлицевые пары 26, 27 и 28, 29 входят в зацепление. Шлицы пар перемещаются относительно друг друга до упора конической поверхности направляющей втулки 17 в коническую поверхность соединительной шлицевой втулки 18. Винтовой насос 1 фиксируется от продольного перемещения в приемной трубе 7 с помощью соединительно-разъединительного механизма 11 (см. Фиг.1).

Выполнение винтового насоса 1 с двумя рабочими парами винт - обойма 2 с левым направлением рабочих винтовых поверхностей и винт - обойма 3 с правым направлением рабочих винтовых поверхностей, прокачивающих жидкость навстречу друг другу, значительно снижает нагрузку на осевые подшипники 13 шпиндельной секции 12 за счет того, что давление на винты рабочих пар гидравлически уравновешено, что увеличивает межремонтный период при эксплуатации насосной установки.

Обеспечение возможности оперативного подъема из скважины и спуска в скважину винтового насоса 1 через НКТ 9 с помощью троса расширяет функциональные возможности и значительно сокращает эксплуатационные затраты по обслуживанию погружной насосной установки.

1. Погружная насосная установка, содержащая винтовой насос, погружной электродвигатель, муфту, соединяющую вал винтового насоса с валом погружного электродвигателя, отличающаяся тем, что винтовой насос размещен внутри приемной трубы, присоединенной нижней частью к корпусу погружного электродвигателя, а верхней частью - к насосно-компрессорной трубе, на внутренней поверхности приемной трубы установлен пружинный центратор, удерживающий винтовой насос на ее оси, в верхней части винтового насоса установлен соединительно-разъединительный механизм, фиксирующий его в приемной трубе, в нижней части корпуса винтового насоса установлена шлицевая направляющая втулка для фиксации винтового насоса в соединительной шлицевой втулке, размещенной в нижней части приемной трубы, корпус винтового насоса снабжен уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметичность полости высокого давления приемной трубы, гидравлически соединенной с насосно-компрессорными трубами, муфта выполнена шлицевой, причем сопрягаемые торцы шлицев вала винтового насоса, шлицевой направляющей втулки, соединительной шлицевой втулки и муфты выполнены под углом к образующей, превышающим угол трения, а на боковой поверхности приемной трубы в полости низкого давления выполнены отверстия для ввода перекачиваемой жидкости.

2. Погружная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что винтовой насос представляет собой две последовательно расположенные в одном корпусе рабочие пары винт-обойма, выполненные с правым и левым направлением рабочих винтовых поверхностей, соединенных между собой гибким валом, и содержит шпиндельную секцию, включающую осевые и радиальные опоры, соединенную с винтом рабочей пары гибким валом.

3. Погружная насосная установка по п.2, отличающаяся тем, что корпус винтового насоса снабжен вторым уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметичность полости высокого давления приемной трубы, причем первое и второе уплотнительные кольца установлены в верхней и нижней части корпуса соответственно.

4. Погружная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что один из шлицев сопрягаемых торцов шлицевого вала винтового насоса и один из шлицев сопрягаемых торцов шлицевой направляющей втулки выполнены длиннее остальных.

5. Погружная насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что сопрягаемые торцы каждого из шлицев вала винтового насоса, шлицевой направляющей втулки, соединительной шлицевой втулки и муфты имеют скосы с обеих сторон шлица, выполненные под углом к образующей, превышающим угол трения.