Погружная насосная установка

Погружная насосная установка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявляемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при бесштанговой добыче из скважин нефти среднего и глубокого залегания в виде мультифазной и многокомпонентной текучей среды, а именно пластовой нефтесодержащей жидкости (ПНЖ) с высокими газовым, водным, а также другими инородными, в том числе абразивными, факторами.

Список сокращений, принятых в описании:

БНО - бокс наземного оборудования;

ВМ - входной модуль;

КТ - кольцевая труба;

МП - механические примеси;

НА - лопаточный направляющий аппарат;

НКТ - насосно-компрессорная труба;

OK - обсадная колонна;

ПН - погружной насос;

ПНЖ - пластовая нефтесодержащая жидкость;

ПНУ - погружная насосная установка;

ПЭД - погружной электродвигатель;

РК - лопастное рабочее колесо;

РТ - рабочее тело (ПНЖ после ее протекания через сепаратор);

СБ - сепарационный барабан;

ТО ОН - трехрядный одноступенчатый осевой насос;

ТМ ОН - трехрядный многоступенчатый осевой насос;

УО - устройство отвода.

ФММ - функциональный многоступенчатый модуль;

ЭК - силовой электрокабель.

Известны погружные насосные установки (ПНУ), подробно изложенные в энциклопедии и включающие последовательно скомпонованные во внутреннем пространстве обсадной колонны (ОК) сверху-вниз, т.е. от устья до забоя, колонну насосно-компрессорной трубы (НКТ) с силовым электрокабелем (ЭК) с токопроводящими жилами круглого поперечного сечения, погружной насос (ПН) в виде модульных секций собственно многоступенчатого лопастного насоса с центробежными, центробежно-вихревыми или диагональными ступенями и входной (по отношению к ПН) модуль (ВМ) в виде диспергатора и/или сепаратора. Далее следует погружной электродвигатель (ПЭД) с установленными перед и/или за ним протекторами (гидрозащитами), дополнительный сепаратор с накопителем механических примесей (МП) внутри ОК при их повышенном содержании в ПНЖ. На корпусных деталях ПН и ПЭД закреплен электрокабельный удлинитель обычно с плоскими токопроводящими жилами, жестко соединенный с ЭК и муфтой кабельного ввода электропитания в ПЭД (См. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. - Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, с.12-23, 60-71, 283-302, 383-385, 485-488).

Данные ПНУ имеют следующие основные недостатки:

- Расположение ПН над ПЭД ухудшает антикавитационные показатели ВМ, а также может явиться причиной повреждения изоляции ЭК, особенно при монтаже и ремонтном демонтаже ПНУ из-за возможных его контактов с внутренней поверхностью ОК. Закачивание в пласт воды под напором для повышения пластового давления и обеспечения тем самым бескавитационной работы ПНУ снижает ее общий среднеэксплуатационный КПД за весь период функционирования скважины.

- Использование установленных за ПЭД сепаратора и накопителя МП, в т.ч. с абразивными свойствами, из-за существенно ограниченного объема последнего малоэффективно: ресурс нормального функционирования этих устройств даже для нижней оценки содержания МП в ПНЖ 0,1 г/л не превышает 5% от обычно устанавливаемого ресурса ПНУ (≈3 года), или 20% от межремонтного периода работы ПНУ (≈500 часов).

- В ВМ отсутствует отделение от ПНЖ пластовой воды с минеральными солями и другими коррозионно-активными химическими соединениями, процентное содержание которых в ПНЖ достигает 10% и более процентов [там же] с соответствующим уровнем снижения фактического объемного КПД ПНУ, а также прочих фракций и компонент, включая ионы и коагулянты, с аномальными плотностями, отличающимися от плотности добываемой нефти.

- В газосепараторах ВМ традиционного исполнения, содержащих установленные на валу перед (по отношению к меридианному потоку) сепарационным барабаном (СБ) шнековое и кавернообразующее лопастные колеса, на частичных подачах и при увеличенном газовом факторе из-за недостаточного подпора, создаваемого данными рабочими органами, на входах в шнек и СБ наблюдаются образования периферийных попятных движений меридианного потока и газовых пробок (соответственно) с последующим повышенным абразивным износом корпуса шнека, а также возможным запиранием межлопаточных каналов барабана [там же].

- Предложения для защиты корпуса сепараторов от абразивного износа и возможного последующего его перерезания, в которых предлагается соответственно: на внутренней поверхности неподвижной защитной гильзы корпуса выполнять спиральные пазы для создания своего рода протекторных защитных вихревых дорожек; использовать многоступенчатую совокупность осевых ступеней с лопастями рабочего колеса (РК) и лопатками направляющего аппарата (НА) спирального типа; выполнять сепарационный узел в виде шнека с переменным значением среднего в радиальном направлении шага - являются решениями пассивного действия и, следовательно, ограниченной эффективности [RU №327866, RU №2368812, RU №2379500].

- Диспергаторы, в которых для приведения РТ к состоянию близкому к гомогенному с сохранением, тем самым, в ПН зависимостей выходных показателей от объемной подачи таких же как при работе на однофазном и однокомпонентном РТ, используется известный принцип «конического насоса», т.е. применяются блоки ступеней от осевых к центробежным с соответственно уменьшающимся коэффициентом быстроходности n_s, характеризуются существенно увеличенными осевыми размерами (См. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение. Энциклопедический справочник. - Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007, с.12-23, 60-71, 283-302, 383-385, 485-488). В случае применения в диспергирующих устройствах лабиринтного насоса, имеющего низкую быстроходность n_s, а также насосных ступеней с более высокими n_s, но с совокупностями отверстий в ведущем диске и на лопастях РК в зоне их входных участков, снижающими осевые силы и создающими эффект диспергации за счет образующихся и перемешивающих поток вихреобразований, имеют место значительно увеличенные гидравлические, а в последнем случае - и объемные потери.

- Возможности повышения напора отдельно взятой ступени традиционного исполнения в виде совокупности двух, установленных последовательно рабочих органов - РК и НА осевого, диагонального или центробежного типов при фиксированных радиальных и осевых габаритах, а также оборотах ротора практически исчерпаны. В дополнение отметим, что для наиболее широко применяемых в ПН центробежных ступеней устанавливается достаточно жесткое ограничение по объемному газосодержанию в ПНЖ на входе в собственно погружной насос, обычно не более 25%.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является ПНУ, которая содержит соосно во внутреннем пространстве ОК с закрытым дном, имеющей в забойной части радиальные отверстия для приема ПНЖ, колонну НКТ, ЭК с токопроводящими жилами не плоского, обычно круглого, поперечного сечения, неподвижно закрепленный на внешней поверхности НКТ, муфту кабельного ввода, ПН в виде секционного многоступенчатого лопастного насоса с центробежновихревыми ступенями и входного модуля ВМ в виде сепаратора, с подпорным шнековым и кавернообразующим колесами на его входе, решетками плоских лопаток с цилиндрическими втулками в сепарационном барабане и с устройством отвода (УО) легких примесей в виде разделителя с системой радиальных и системой осевых каналов герметично изолированных, и диспергатора, выполненного в виде лабиринтно-винтового насоса, в едином корпусе, ПЭД, моноблочный протектор (RU №2232301, прототип).

Технической задачей изобретения является повышение надежности, долговечности и энергетической эффективности ПНУ при добыче нефти с высокими газовым, водным, абразивным и коррозионным факторами.

Техническим результатом изобретения, обеспечивающим решение поставленной технической задачи, является обеспечение поступления в устройства наземного оборудования более очищенной от инородных примесей нефтесодержащей жидкости, обеспечение бескавитационной работы ВМ ПН при их повышенной напорности и энергетической эффективности.

Сущность изобретения состоит в том, что погружная насосная установка содержит последовательно соединенные погружной насос, протектор и электродвигатель с корпусами для размещения под колонной напорно-компрессорной трубы во внутреннем пространстве обсадой колонны, причем погружной насос выполнен в виде многоступенчатого лопастного насоса с входным модулем, включающим сепаратор с подпорными колесами на его входе, решетки лопаток в сепарационном барабане, устройство отвода легких примесей в виде разделителя с системой герметично изолированных каналов и диспергатор, установка снабжена кольцевой трубой для установки с радиальным зазором в насосно-компрессорной трубе, погружной электродвигатель снабжен фланцем, выполненным с возможностью непосредственного жесткого и герметичного крепления к нижнему основанию насосно-компрессорной трубы над протектором и погружным насосом, а последний размещен со стороны протектора, противоположной упомянутому фланцу погружного электродвигателя, при этом кольцевая труба выполнена с возможностью установки в ней протектора и погружного электродвигателя с образованием вокруг их корпусов переводного канала для поступления рабочего тела от погружного насоса в насосно-компрессорную трубу.

Предпочтительно:

- кольцевая труба выполнена с возможностью установки в обсадной колонне с нормированным радиальным зазором и жесткого герметичного соединения по краям с корпусами погружных насоса, протектора и электродвигателя, и с торцом насосно-компрессорной трубы.

- за приемной камерой сепаратора установлен подпорный нагнетатель, выполненный как трехрядный одноступенчатый в каждом ряде осевой насос в виде одноступенчатого усеченного шнека с рабочим колесом и направляющим аппаратом в качестве ступени внутреннего ряда, напорной осевой ступени из рабочего колеса и направляющего аппарата среднего ряда и ступени из двух последовательно действующих рабочих колес внешнего ряда, сепарационный барабан, состыкованный с подпорным нагнетателем, состоит из двух, или двух секций, развитых в осевом направлении однорядных, периодических решеток пропеллерного типа из трех-пяти цилиндрических лопастей, причем первая по отношению к входному блоку решетка, или секция решеток, снабжена втулочным ободом конической формы с диаметром основания, равным диаметру обода рабочих колес ступени внешнего ряда подпорного нагнетателя, и с углом конусности не более 12°, а вторая решетка, или секция решеток, имеет цилиндрическую втулку и окрестность выходных кромок лопастей, или лопастей последней решетки в секции, расположенную в меридианной плоскости, либо плавно отходящую от нее по направлению вращения сепарационного барабана на угол не более 75°, при этом лопасти последующей решетки смещены относительно лопастей предыдущей в окружном направлении на половину шага, устройство отвода примесей перед разделителем выполнено в виде двух осевых, установленных один над другим направляющих аппаратов, диспергатор выполнен в виде трехрядного многоступенчатого осевого насоса с числом ступеней в каждом ряде не менее четырех.

- погружной насос выполнен в виде секционного многоступенчатого лопастного насоса с центробежновихревыми ступенями и с расположенным с ним в одном корпусе входным модулем с сепаратором, выполненным с подпорным шнековым и кавернообразующим колесами на его входе, решетками плоских лопаток с цилиндрическими втулками в сепарационном барабане и с устройством отвода легких примесей в виде разделителя с системой радиальных и системой осевых герметично изолированных каналов, и с диспергатором, выполненного в виде лабиринтно-винтового насоса.

- силовой электрокабель выполнен с токопроводящими жилами неплоского поперечного сечения, неподвижно закреплен на внешней поверхности напорно-компрессорной трубы, снабжен дополнительной защитной диэлектрической оболочкой и установлен соосно внутри насосно-компрессорной трубы, а погружной электродвигатель снабжен муфтой кабельного вода.

- нижняя часть сепаратора за приемной камерой снабжена самоустанавливающимся коническим концевиком с углом конусности не более 14° и сферическим оголовком, между коническим концевиком и сеткой грубой очистки пластовой нефтесодержащей жидкости в приемной камере входного блока сепаратора на участке с диаметром, равным наружному радиальному габариту входного модуля, и с осевой протяженностью не менее 0,7 от этого диаметра, выполнено посадочное с радиальным зазором 0,15-0,2 мм сочленение корпуса приемной камеры с внутренней поверхностью местного утолщения внутрь забойной части обсадной колонны, в котором выполнены осевые пазы для приема пластовой нефтесодержащей жидкости входным модулем, закрытое дно обсадной колонны снабжено упруго деформируемой в осевом направлении в пределах не более 5-7 мм внутренней эластичной опорой, наземная опора в виде устьевого фланца соосной подвески погружной насосной установки в обсадной колонне снабжена силовым приводом регулирования штатного положения погружной насосной установки в обсадной колонне по высоте в установленном регламентом диапазоне дистанцирования установки от дна обсадной колонны, устройство отвода сепаратора выполнено в виде установленных один под другим трех направляющих аппаратов и с системами двух радиальных и одной осевой перекрещивающихся отверстий, первые по движению меридианного потока радиальные отверстия выполнены на цилиндрическом посадочном с зазором участке герметичного сочленения корпуса входного модуля с внутренней поверхностью местного утолщения внутрь забойной части обсадной колонны, осевой протяженностью не менее 0,9 от диаметра посадочного участка, ответные сквозные радиальные отверстия конфузорной формы изготовлены и в данном утолщении забойной части обсадной колонны с их выходом в заобсадное пространство, от верхней по направлению движения меридианного потока точки этого посадочного участка на радиальном интервале разности диаметров корпуса входного модуля и внутренней поверхности обсадной колонны, фиксированных для конкретной группы погружной насосной установки, внутренняя поверхность обсадной колонны выполнена в виде расширяющегося конуса с углом наклона ее образующей к осевому направлению не более 5-7°, вторые радиальные каналы смещены относительно первых по направлению меридианного потока, герметично изолированы от первых, а также от внутренних полостей диспергатора и имеют выход в затрубное пространство.

- на периферийных торцах лопастей двух или двух секций периодических пропеллерных решеток сепарационного барабана жестко закреплены периодические бипланные системы пластин, или профилей, толщиной не менее 2 мм, смещенные через период на половину осевого шага, с радиальной шириной не менее 3,5-4,0% от диаметра сепарационного барабана, с углом наклона к окружному направлению не менее арктангенса отношения удвоенной скорости меридианного потока при наименьшей подаче к переносной скорости и с густотой решеток не менее 1,8-2,0, при этом на первой решетке, или последней решетке первой секции, закреплено не менее двух бипланных периодических систем пластин, или профилей, в ее выходной части, а на второй решетке, либо второй секции решеток - не менее пяти с равномерным их размещением в осевом направлении.

- секции секционного многоступенчатого погружного насоса выполнены в виде жестко, разъемно соединенных друг с другом и герметично изолированных от затрубного пространства трехрядных функциональных многоступенчатых модулей с общим валом и с осевыми ступенями не более пяти в каждом ряде, образованными последовательно размещенными рабочими колесами - не менее двух и следующими за ними не менее одного направляющими аппаратами, при этом число рабочих колес в ступени превышает количество направляющих аппаратов на заданную величину, а углы наклона к окружному направлению входных и выходных кромок лопастей каждого последующего рабочего колеса в ступени и лопаток каждого последующего направляющего аппарата в ступени превосходят на заданные величины значения этих углов для предыдущего рабочего колеса и предыдущего направляющего аппарата, причем близрасположенные решетки лопастей рабочих колес и близрасположенные решетки лопаток направляющих аппаратов смещены друг относительно друга на определенную часть, предпочтительно на половину углового шага в окружном направлении, ступени функционального многоступенчатого модуля соосно, жестко, разъемно и герметично стыкованы друг с другом и со своими торцевыми патрубками резьбовым законтренным соединением при наличии посадочного без зазора участка в каждом стыковочном узле, а торцевые межрядные, а также межступенные уплотнения выполнены бесконтактными в виде миниатюрных лабиринтно-винтовых насосов с развиваемым ими противодействующим давлением при нулевой подаче, равным или близким к значению перепада давления на уплотняемой щели.

Существо изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена схема компоновки ПНУ в ОК по первому варианту исполнения установки - слева, а по второму и третьему исполнениям - справа от продольной (здесь - вертикальной) оси симметрии, на фиг.2 - блок стыковки КТ с торцевыми узлами ПН и протектора, на фиг.3 - сечение 1-1 по фиг.2, на фиг.4 - вид фиг.2 по стрелке А на один из радиальных каналов перевода рабочего тела от ПН в переводной канал, на фиг.5 - блок стыковки КТ с торцевыми узлами ПЭД и НКТ по первому исполнению установки, на фиг.6 - разрез II-II по фиг.5, на фиг.7 - вид по стрелке Б на фиг.5, на фиг.8 - вид фиг.5 по стрелке В на один из радиальных каналов перевода рабочего тела от переводного канала во внутреннюю полость НКТ, на фиг.9 - блок стыковки КТ с торцевыми узлами ПЭД и НКТ по второму исполнению установки, фиг.10 - разрез III-III по фиг.9, на фиг.11 представлена упрощенная физическая модель воздействия ВМ на РТ, на фиг.12 - конструкция ВМ по первому исполнению установки, на фиг.13 - сечение IV-IV по фиг.12. Для третьего исполнения объекта изобретения на фиг.14 изображены фрагменты забойного участка ОК и сопряженная с ним по посадке нижняя часть входного блока сепаратора мультидействия, на фиг.15 - вид фиг.14 по стрелке Г, на фиг.16 показано посадочное сопряжение забойного участка ОК с устройством отвода УО из ПНЖ фаз и компононент с аномальными плотностями, на фиг.17 - разрез V-V по фиг.16, на фиг.18 - исполнительный двигатель в виде гидроцилиндра автоматического регулирования расстояния концевика сепаратора от дна ОК. Для четвертого исполнения изобретения на фиг.19 изображен фрагментарный вид фиг.12 по стрелке Д на развертку периодических бипланных систем пластин или профилей для выходной части решетки лопастей СБ с конической втулкой, а на фиг.20 частичный вид по фиг.19 по стрелке Е. На фиг.21 представлен продольный разрез по фрагменту ступени (центральная часть разреза) трехрядного ФММ, а также разрезы верхнего и нижнего торцевых участков ФММ (левая и правая части чертежа соответственно на фиг.21), на фиг.22, 23 - качественные виды элементов развертки на плоскость решеток профилей лопастей РК и решеток профилей лопаток НА для двух последовательно по направлению меридианного потока расположенных РК и НА соответственно в их сечении цилиндрической поверхностью фиксированного радиуса. Продольные разрезы фиг.11, 12, 14, 16, 21 повернуты на 90° против часовой стрелки, а направление движений ПНЖ и РТ показано стрелками.

ПНУ по первому исполнению объекта изобретения во внутреннем пространстве ОК 1 от устья к забою содержит (см. фиг.1, слева от продольной оси) НКТ 2 с устьевым фланцем 3 фиксации установки в продольном направлении, размещенным в боксе наземного оборудования (БНО), ЭК 4, жестко, разъемно и облегающим образом закрепленным на внешней поверхности трубы 2, а также неподвижно и герметично соединенным с ПЭД 5 через муфту кабельного ввода 6, протектор (гидрозащиту ПЭД) 7, КТ 8, образующую между своей внутренней поверхностью и корпусами ПЭД 5 и протектора 7 переводной канал 9 поступления рабочего тела от ПН 10 в НКТ 2 посредством блоков герметичной стыковки 11, 12 КТ 8 с ПН 10 и протектором 7, а также с ПЭД 5 и НКТ 2, соответственно, ВМ 13 сепарации ПНЖ и последующего диспергирования рабочего тела с радиальными каналами 14 отвода газа в затрубное пространство 15 (см. изогнутую стрелку) и с входным блоком 16, забойную часть 17 OK 1 с радиальными отверстиями 18 приема ПНЖ и с закрытым дном 19, опирающимся на подошву 20 нефтесодержащего пласта.

ПНУ по второму и третьему исполнениям объекта изобретения во внутреннем пространстве ОК 1 от устья к забою содержит (см. фиг.1, справа от продольной оси) НКТ 2 с устьевым фланцем 3 фиксации установки в продольном направлении, размещенном в БНО, ЭК 4, который, в отличие от первого исполнения ПНУ, снабжен защитной дополнительной диэлектрической оболочкой и установлен соосно внутри НКТ 2, а также неподвижно и герметично соединен с ПЭД 5 через муфту кабельного ввода 6, протектор 7, КТ 8, образующую между своей внутренней поверхностью и корпусами ПЭД 5 и протектора 7 переводной канал 9 поступления РТ от ПН 10 в НКТ 2 посредством блоков герметичной стыковки 11, 12 КТ 8 с ПН 10 и протектором 7, а также с ПЭД 5 и НКТ 2 соответственно, ВМ 13 сепарации ПНЖ и последующего диспергирования РТ с радиальными каналами 14 отвода газа в затрубное пространство 15 и с входным блоком 16, забойную часть 17 OK 1 с радиальными отверстиями 18 приема ПНЖ и с закрытым дном 19, опирающимся на подошву 20 нефтесодержащего пласта, кроме того, в отличие от первого исполнения, систему регулирования продольного положения ПНУ с исполнительным двигателем 21 (показан фрагмент штока гидроцилиндра), радиальные каналы 22 (см. прямые расходящиеся стрелки) в модуле 13 и колонне 1 отвода тяжелых фракций и компонент ПНЖ в заобсадное пространство, осевые каналы 23 в забойной части 17 колонны 1 подачи ПНЖ в блок 16 (см. прямую вертикальную стрелку), самоустанавливающийся конический концевик 24 модуля 13.

Блок 11 разъемного и герметичного соединения КТ 8, установленной с необходимым зазором в ОК 1, с торцевыми узлами насоса 10 и протектора 7 содержит (см. фиг.2-4) приваренный к трубе 8 концевик 26 с пазами 27 для протекания РТ в переводной канал 9, кольцевой проставок 28 с радиальными отверстиями 29 поступления РТ от насоса 10 в концевик 26 и далее в канал 9, уплотнения 30 поверхностей крепления торца корпуса насоса 10 с деталью 26 и узлов затяжки шпилек 31.

Блок 12 разъемного и герметичного соединения КТ 8, установленной, как и в блоке 11, с необходимым зазором в ОК 1, с торцевыми узлами электродвигателя 5 и трубы 2 по первому исполнению объекта изобретения содержит (см. фиг.5-8) кольцевую втулку 32, скрепленную резьбовым соединением 33 с КТ 8 и имеющую окна 34 перевода рабочего тела РТ из канала 9 в транзитную камеру 35, нижнюю торцевую часть НКТ 2, снабженную верхним фланцем 36 с профилированным отверстием для пропуска ЭК 4 и основанием 37, плотно установленным на верхнем торце ПЭД 5, с окнами 38 выпуска РТ из камеры 35 во внутреннюю полость трубы 2, винты 39 (здесь четыре), справа от продольной оси, и винты 40, слева от продольной оси, с самостопорящимися гайками 41 жесткого крепления НКТ 2 и фланца 42 муфты кабельного ввода 6 к ПЭД 5, систему уплотнений 43, обеспечивающих необходимую герметизацию стыковки используемых в блоке 12 соединений: деталей 8 и 32, узлов затяжки винтов 39 и 40, ЭК 4 с фланцем 36 и верхним торцем ПЭД 5. На фиг.6 позициями 44 и 45 отмечены концевые контуры основания 37 трубы 2 и фланца 42 муфты 6; на фиг.7 для упрощения изображения ЭК 4 и винты 39,40 условно не показаны.

Блок 12 разъемного герметичного соединения КТ 8 с торцевыми узлами ПЭД 5 и НКТ 2 по второму исполнению установки содержит (см. фиг.9, 10) детали и компоновки элементов конструкций с номерами позиций, одинаковыми с позициями на фиг.5-8, но в связи с соосным расположением ЭК 4, с дополнительной защитной диэлектрической оболочкой 46, в НКТ 2 выполненными осесимметричными в продольном направлении. На участке НКТ 2 над ее верхним фланцем 36 с осевой протяженностью, несколько превышающей длину винтов 39, конфигурация трубы 2 имеет волнообразную форму 47.

Физическая модель воздействия ВМ 13 на ПНЖ (а после сепаратора - РТ) включает (см. фиг.11): схематично изображенные СБ 48 с лопастными камерами 49 и 50, имеющими соответственно коническую 51 и цилиндрическую 52 внутренние обводы, вращающиеся вместе с валом 62, УО 53 легких фракций и компонент (в основном - нерастворенного газа) 54 ПНЖ в затрубное пространство 15 через радиальные каналы 14 - для первого исполнения ПНУ, а также тяжелых фракций и компонент 55 ПНЖ через радиальные каналы 22 в заобсадное, т.е. внешнее по отношению к ОК 1, пространство - по третьему исполнению ПНУ; диспергатор 56; камеру отвода 57 квазигомогенного РТ из ВМ 13.

Конструкция ВМ 13 по первому исполнению изобретения выполнена состоящей из четырех частей (фиг.12, 13): входного блока 16, сепарационного барабана (СБ) 48, устройства отвода (УО) 53, образующих собственно сепаратор, и диспергатора 56, размещенных в едином корпусе 58 с разъемными левым фланцем 59, приемной камерой 60 и с роторными деталями, приводимыми во вращение через шпоночное соединение 61 от также единого вала 62.

Входной блок 16, помимо приемной камеры 60 с сеткой грубой очистки 63 ПНЖ и корпусом 76, содержит торцевую крышку 64, радиальный подшипник скольжения 65, отверстия 66 поступления ПНЖ в трехрядный одноступенчатый в каждом ряде осевой подпорный нагнетатель в виде ТО ОН 67а, б, в.

СБ 48 содержит пропеллерную и периодическую решетку, или секцию решеток, цилиндрических лопастей 68 с конической втулкой 69, решетку, или секцию решеток, лопастей 70 с кольцевой цилиндрической втулкой 71, защитные гильзы 72, 73.

УО 53 содержит разделитель 75 с двумя, установленными один над другим, НА 74а, б и с системой перекрещивающихся отверстий 14, 77, радиальный 78 и осевой (упорный) 79 подшипники скольжения.

Диспергатор 56 содержит трехрядный многоступенчатый осевой насос ТМ ОН 80а, б, в, радиальный 81 и осевой (упорный) 82 подшипники скольжения, отводящую камеру с осевыми ребрами 57.

Резьбовые соединения корпуса 58, например, 83, герметизированы уплотнениями 84, 85.

Для третьего исполнения объекта изобретения конструкция ПНУ дополнена следующими элементами (см. фиг.1, справа от продольной оси симметрии, фиг.14-18). Нижняя часть входного блока 16 сепаратора ВМ 13 снабжена коническим концевиком 24, разъемно закрепленном на корпусе 76 приемной камеры 60 и заканчивающимся сферическим оголовком 86. Соответствующая забойная часть 17 OK 1 снабжена эластичной опорой 25, посадочной поверхностью 87 сопряжения местного утолщения внутрь 88 участка 17 OK 1 с корпусом приемной камеры 76 и осевыми каналами 23 на этом участке. УО содержит сдвоенный разделитель 75 с тремя, установленными один на другим, НА: внутренним 74а с радиальным подшипником скольжения 78, средним 74б, внешним 74в и с системами двух радиальных 22, 14 и одной осевой 77 каналов. На осевом отрезке, охватывающем каналы 22, имеющие в ОК 1 конфузорную форму, корпус 58 ВМ 13 и местное утолщение внутрь 89 ОК 1 герметично сопряжены посадочной поверхностью 90. От левой (по фиг.16) границы поверхности 90, но справа от каналов 14, внутренний обвод 91 ОК 1 выполнен конически расширяющимся с образованием затрубного пространства 15. Гидроцилиндр со штоком 21 (см. фиг.18), помимо элементов и деталей, показанных на фиг.1, содержит поршень 92, корпус 93 с верхним фланцем 94 и нижним 95, опирающимся, в свою очередь, на фланец 96 ОК 1 с его размещением на фундаментной наземной плите 97, крышку 98, штуцеры 99 подвода и отвода гидроприводной жидкости из верхней 100 и нижней 101 полостей гидроцилиндра 21, крепежные узлы 102, уплотнения 103, показанные зачерненными малыми прямоугольниками, каналы 104 отвода газа из затрубного пространства 15.

Для четвертого исполнения ПНУ конструкция пропеллерных решеток, или секций решеток 68, 70 лопастных камер 49, 50 (см. фиг.12) СБ 48 ВМ 13 дополнительно снабжена на их периферийных торцах 105 периодическими бипланными системами, которые содержат (см. фиг.19, 20) пластины или профили (см. фиг.19, пунктирные округления пластин) 106, неподвижно и жестко установленные в торцевых пазах 107 решеток 68, 70 лопастей СБ 48.

По пятому исполнению изобретения секции ПН 10 выполнены в виде жестко, разъемно и герметично состыкованных модулей ФММ, при этом каждый ФММ содержит (см. фиг.21) вращающиеся вместе с валом 62 посредством шпоночных соединений 61 гильзы 108, 109, 110, жестко и неразъемно объединенные между собой посредством двух или более периодических решеток лопастей 111а, б, в РК в ступенях внутреннего, среднего и внешнего ряда соответственно, одну или более периодические решетки лопаток 112а, б, в НА, жестко и неразъемно объединенные посредством втулок 113а, б, в друг с другом и с корпусами ступеней ФММ 114, стыкуемыми друг с другом в количестве не более 5, из условия необходимой жесткости конструкции ФММ, резьбовыми соединениями 115, зафиксированными контровочными шурупами 116, и с участком 117 посадочного герметичного сопряжения напряженного типа, например, H7/k6, для повышенной точности их взаимного центрирования, нижние 118, 119 и верхние 120, 121 бесконтактные уплотнения, осерадиальные подшипники скольжения 122, упорное и устанавливаемое на валу 62 с натягом разрезное кольцо 123, поджимную гайку 124, участки 125, 126 реверса потока РТ с вращающимися технологическими, по преимуществу безнапорными, «скребковыми» решетками лопастей 127, 128 соответственно, входной 129 торцевой патрубок ФММ и выходной 130, в котором кольцевые участки 131 составляют корпус трехрядного НА 112 с последними лопаточными в ФММ системами 112а и 112в внутреннего и внешнего рядов, и первой - лопаточной системой 112б среднего ряда, штифты 132 жесткого и разъемного соединения втулки 133 последнего НА 112б ступени среднего ряда с корпусной деталью 134 первой ступени ФММ, уплотнения 135 герметичной изоляции внутренних полостей ФММ от затрубного пространства, входной НА 136, выходной осесимметричный канал 137.

ПНУ по первому исполнению работает следующим образом. При включенном ЭК 4 от источников электропитания устройств БНО, неподвижно закрепленном на наружной поверхности НКТ 2, посредством муфты кабельного ввода 6 приводится в действие ПЭД 5, который, в свою очередь, через протектор 7 приводит в действие ПН 10 (см. фиг.1). В забойной части 17 OK 1 с закрытым дном 19, опирающимся на подошву 20, через радиальные отверстия 18 происходит всасывание ПНЖ (непосредственно пластового рабочего тела) во входной блок 16 ВМ 13 (см. фиг.12). В блоке 16 ПНЖ через сетку грубой очистки 63 и отверстия 66 приемной камеры 60 с корпусом 76, радиальным подшипником 65 и торцевой крышкой 64 поступает в подпорный нагнетатель, выполненный в виде трехрядного одноступенчатого в каждом ряде осевого насоса ТО ОН 67 [6]. В первом (внутреннем) ряде, ступень которого 67а, состоящая из последовательно действующих РК и НА, выполнена как усеченный шнек, создается подпор Н_а, необходимый (при низком пластовом давлении) для бескавитационной работы внутренней ступени 67б с развитием ею напора Н_б. Наружная ступень ТО ОН 67в, состоящая из двух последовательно действующих РК, создает наибольшее приращение напора Н_в на входе в сепарационный барабан 48 (см. фиг.11), потребное для устойчивого функционирования ВМ 13.

Приведем оценки для напоров, создаваемых ступенями 67а, б, в ТО ОН. Исходя из уравнения Бернулли для абсолютного движения малосжимаемой (здесь и далее) текучей среды, условие бескавитационной работы внутренней (низконапорной) ступени 67а выражается неравенством

ν a 2 2 g < ( p п л − р н п ρ ¯ g + ( z п л − z a ) − h п л − а ) ,                  ( 1 )

где ν_a - абсолютная скорость на входе в ступень 67а, ρ ¯ - плотность ПНЖ на входе в ВМ 13, р_пл, р_нп - давления на верхней границе жидкой фазы в пласте и насыщенных паров газа над ней при известной температуре пласта, z_пл, z_а - высотные положения пласта и входа в ступень 67а, отсчитываемые, например, от подошвы 20 пласта, h_пл-а - гидропотери на расстоянии от отверстий 18 в забойной части 17 OK 1 до входных кромок лопастей РК данной ступени, g - ускорение свободного падения.

Давление на входе в РК средней ступени 67б определяется выражением

р б 1 ρ ¯ g = H a + p п л ρ ¯ g − ν б 1 2 2 g + ( z п л − z б 1 ) − h п л − б 1 , h_пл-б1=h_пл-а+h_а-б1,

где р_б1, ν_б1, z_б1 - давление, абсолютная скорость и высота положения входных кромок лопастей РК ступени 67б, h_пл-б1 - гидропотери от входа в ступень 67а до входа в 67б. С другой стороны, при использовании уравнения Бернулли в относительном движения имеем

р б 1 ρ ¯ g = H р к б + p н п ρ ¯ g − ν б 1 2 2 g − h п л − б 1 , H_ркб=σ_бH_б,

где Н_ркб и σ_б - параметр и коэффициент кавитации РК, а Н_б - напор ступени 67б. Отсюда полезный напор ступени 67а, обеспечивающий бескавитационную работу РК ступени 67б, должен удовлетворять неравенству

H a ( Q sup ) > [ р н п − р п л . inf ρ ¯ g + ( H р к б ) sup − ( z п л . inf − z б 1 ) ] ,                ( 2 )

Здесь р_пл.inf - наименьшее пластовое давление, ( H р к б ) sup - наибольшее значение параметра кавитации РК ступени 67б, обычно имеющее место при форсированных подачах Q_sup. В наиболее неблагоприятном случае р_пл.inf=р_нп и z_б1=z_пл.inf имеем

H a ( Q sup ) > ( H р к б ) sup                                                                ( 3 )

Напоры Н_a, Н_б, Н_в, развиваемые ступенями 67а, б, в, определяются как разности гидромеханических энергий в абсолютном движении потока на выходе и входе в данные ступени с учетом гидравлических потерь в этих рабочих органах. Приведем в качестве конкретн