СЕКЦИЯ ФИЛЬТРА БЛОЧНОГО ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА
SECTION OF MODULAR FILTER FOR SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL ELECTRIC PUMP

Изобретение относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использовано для защиты погружного скважинного центробежного электронасоса (ЭЦН) от попадания на прием насоса механических примесей при добыче пластовой жидкости (нефти) из скважины.
Известна модульная секция погружного центробежного электронасоса (патент №68616, F04D 13/10, дата публикации 2007.11.27), содержащая перфорированный корпус с расположенным на нем многосекционным щелевым фильтроэлементом из V-образной проволоки, включающим наружные кольца, снабженные центрирующим элементом, в пазах колец скрыты торцы концов секций щелевого фильтроэлемента. Имеется наружное кольцо, с помощью которого отделяются части фильтроэлемента, снабженное центрирующим предохранительным элементом. Перфорированный корпус и фильтроэлемент стянуты сверху верхней головкой, а снизу - нижним основанием. Вал, установленный во внутреннюю полость модульной секции, имеет возможность вращаться в подшипниках: верхнем, нижнем и дополнительных промежуточных, а его нижний торец снабжен шлицевой муфтой.
Недостатками известной модульной секции являются размещение щелевого экрана фильтра, состоящего из витков V-образной проволоки, и его закрепление на наружной поверхности основания входного модуля с помощью опорных колец, что в целом увеличивает наружный диаметр установки ЭЦН, кроме того, расположение щелевого экрана на наружной поверхности перфорированного корпуса приводит к засорению витков щелевого экрана и его механическому повреждению при спуске установки в скважину, ее подъеме, при транспортировке и хранении.
Кроме того, увеличение диаметра установки при наружном размещении фильтроэлемента на модульной секции приводит к повышенному износу деталей насоса и уменьшению времени безотказной работы всей насосной установки при работе установки в зоне повышенной кривизны скважины.
К недостаткам данной конструкции можно отнести также низкие функциональные возможности модульной секции из-за невозможности изменения расстояния между витками щелевого экрана в зависимости от размера частиц механических примесей, так как фильтроэлемент жестко закреплен между верхней головкой и нижним основанием модульной секции. Для установки другого размера щели фильтроэлемента необходима разборка модульной секции и замена фильтрующего элемента другим фильтрующим элементом, имеющим необходимый размер щели.
Кроме того, конструкция модульной секции не позволяет заменять секции фильтроэлемента без сборки/разборки изделия в целом. Также к недостаткам конструкции можно отнести низкие функциональные возможности, так как общая длина установленных секций фильтроэлемента в изделии ограничена и зависит от длины модульной секции (длины применяемого единого вала).
Известен входной модуль для погружного центробежного электронасоса (положительное решение по заявке РФ №2008143921/22, дата подачи 05.11.2008 г.), взятый в качестве прототипа, содержащий перфорированный корпус, головку, основание, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия, расположенный между корпусом и валом с возможностью регулирования межвиткового зазора, нижний опорный торец пружины размещен в пазу основания, а верхний торец пружины соединен с механизмом перемещения пружины, при этом механизм перемещения пружины выполнен в виде толкателя, размещенного в головке, и установочного элемента, один конец которого соединен с толкателем, а другой - размещен в отверстии головки с возможностью перемещения его вдоль оси входного модуля и фиксации в разных положениях, между внутренней стенкой перфорированного корпуса и пружиной установлен центрирующий элемент, выполненный в виде каркасной пружины, торцы которой зафиксированы между головкой и основанием.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, так как выполнение толкателя с выступом под фильтрующий элемент и выполнение паза в основании под фильтрующий элемент увеличивает трудоемкость изготовления и сборки/разборки модуля и его обслуживание при эксплуатации.
Кроме того, конструкция входного модуля не позволяет заменять фильтрующую секцию без сборки/разборки всего модуля в целом. К недостаткам конструкции относится ограниченная пропускная способность модуля, так как общая длина фильтроэлемента ограничена длиной применяемого единого вала модуля.
Задача изобретения - разработка конструкции секции фильтра блочного для погружного центробежного электронасоса в виде отдельного взаимозаменяемого узла, позволяющего увеличить пропускную способность всего фильтра за счет последовательного соединения секций, обеспечивая повышенную эксплуатационную надежность и универсальность использования его со всеми типоразмерами УЭЦН.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в повышении надежности работы устройства, расширении функциональных возможностей, ремонтопригодности, улучшении условий транспортировки и хранения.
Технический результат достигается тем, что секция фильтра блочного для погружного центробежного электронасоса, содержащая цилиндрический перфорированный корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, фильтрующий элемент, выполненный в виде пружины сжатия и расположенный между корпусом и валом с возможностью регулирования межвиткового зазора, согласно изобретению снабжена ниппелем и переводником с отверстиями для прохода жидкости, установленными с разных концов перфорированного корпуса, а также шлицевой муфтой, установленной на одном конце вала, на другом конце которого выполнены шлицевые элементы, при этом торцы пружины установлены между переводником и ниппелем и свободно размещены в опорных элементах, выполненных в виде стаканов с центральным отверстием в днище для прохода жидкости, при этом один из опорных элементов соединен с механизмом перемещения пружины, выполненным в виде толкателя с отверстием для прохода жидкости, размещенного в ниппеле с возможностью осевого перемещения, и установочного элемента, один конец которого жестко соединен с толкателем, а другой конец установочного элемента размещен в боковом отверстии ниппеля с возможностью перемещения его вдоль оси секции фильтра и фиксации в разных положениях.
Размещение фильтрующего элемента внутри перфорированного корпуса предохраняет фильтрующий элемент от засорения, повреждения и износа, а также обеспечивает высокий ресурс работы устройства в целом. Кроме того, винтовая щель фильтрующего элемента при вибрации работающей установки ЭЦН самоочищается от прилипших частиц механических примесей, что положительно влияет на ресурс работы фильтрующего элемента.
Технический результат достигается также тем, что установочный элемент механизма перемещения пружины выполнен в виде винта, а сквозное отверстие, выполненное в стенке ниппеля для размещения установочного элемента, выполнено ступенчатым, что позволяет жестко зафиксировать головку винта в необходимом положении, обеспечив установку нужного значения межвиткового зазора пружины.
Расширение эксплуатационных свойств обеспечивается возможностью по желанию потребителя изменять значения щелевых (межвитковых) зазоров фильтрующего элемента.
Использование опорных элементов, выполненных в виде стаканов, в которые установлены торцы пружины с охватом первых витков с зазором между наружной поверхностью охватываемых витков и внутренней поверхностью стенки стакана меньшим, чем размеры элементов механических примесей, исключает проникновение этих элементов в зазоры между торцами пружины и поверхностями сопрягаемых деталей, с которыми контактирует пружина, что повышает надежность работы фильтрующей секции.
Секция фильтра блочного компактна, имеет небольшие габариты, что улучшает условия ее транспортировки и хранения. Предложенная конструкция секции позволяет производить последовательную сборку секций между собой, что увеличивает пропускную способность фильтра блочного в целом.
На чертеже приведен общий вид секции фильтра для погружного центробежного электронасоса ЭЦН.
Секция фильтра блочного содержит перфорированный цилиндрический корпус 1 с отверстиями 2 для прохода пластовой жидкости, один конец которого соединен с переводником 3, а другой - с ниппелем 4, которые имеют отверстия для прохода жидкости 5 и 6. В корпусе 1 секции установлен вал 7 с возможностью вращения в подшипниках 8 и 9, размещенных в переводнике 3 и ниппеле 4. Между корпусом 1 и валом 7 установлен фильтрующий элемент, выполненный в виде цилиндрической пружины 10 сжатия, торцы которой установлены между переводником 3 и ниппелем 4 в опорных элементах, выполненных в виде стаканов 11 и 12 с центральными отверстиями 13 и 14 для прохода жидкости. Опорные элементы 11 и 12 имеют защитную функцию, предотвращающую проникновение частиц механических примесей по торцам пружины 10. Опорный элемент 11 жестко соединен с толкателем 15, имеющим отверстия 16 для прохода жидкости, установленным в ниппеле 4. В ниппеле 4 выполнено сквозное отверстие 17 ступенчатой формы для размещения и фиксации в нем установочного элемента 18, выполненного, например, в виде винта, который соединен с толкателем 15 для перемещения верхнего торца пружины 10 при установке межвиткового зазора.
На одном конце вала 7 установлена шлицевая муфта 19 для соединения вала фильтрующей секции с валом предыдущей фильтрующей секции или с валом основания фильтра, а на другом конце вала 7 выполнены шлицы 20 для соединения с соединительной муфтой последующей фильтрующей секции или с соединительной муфтой секции насоса ЭЦН (газосепаратора). Переводник 3 и ниппель 4 содержат присоединительные поверхности 21 и 22 для соединения фильтрующей секции с основанием, или предыдущей фильтрующей секцией и головкой, или последующей фильтрующей секцией соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Пластовая жидкость через отверстия 2 перфорированного корпуса 1 и межвитковые зазоры фильтрующего элемента 10 проходит внутрь секции и отфильтровывается от механических примесей, затем жидкость проходит через пропускные отверстия 16 толкателя 15, отверстия 6 ниппеля 4, поступает через последующие секции на прием насоса ЭЦН. Крутящий момент от электродвигателя (не показан) передается на вал 7, вращающийся в подшипниках 8 и 9, передается на рабочие органы ЭЦН, обеспечивая тем самым забор пластовой жидкости из скважины.
Для установки межвиткового зазора пружины 10 производят частичное выкручивание винта 18 из толкателя 15 до выхода головки винта из соответствующей выемки ступенчатого отверстия 17 и производят перемещение толкателя 15 до установки необходимого межвиткового зазора пружины 10 (например, 0,1 мм, 0,4 мм, 0,7 мм и др.), далее производят вкручивание винта 18 до упора, обеспечивая при этом расположение и фиксацию головки винта 18 в другой выемке ступенчатого отверстия 17, что позволяет зафиксировать новое значение щелевого отверстия фильтрующего элемента.
Для повышения удобства установки межвиткового зазора пружины 10 секция может содержать два и более установочных элемента 18, соединенных с толкателем 15 и расположенных в ступенчатых отверстиях ниппеля 4.
Использование нескольких предложенных секций в одном фильтре позволяет увеличить пропускную способность фильтра, а также позволяет производить ступенчатую фильтрацию твердых примесей от более крупных до мелких в зависимости от настройки межвиткового зазора пружины в каждой секции.