Компенсатор для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса
COMPENSATOR TO REDUCE VIBRATION IN ELECTRICAL CENTRIFUGAL PUMP INSTALLATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для снижения уровня вибрации установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) и поглощения колебаний подъемной колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).
Известно устройство для гашения крутильных колебаний, включающее упругие элементы, выполненные в виде дугообразных реек с размещением их концов в связанных стержнем втулках. Одни концы дугообразных реек защемлены во втулке-ниппеле, а другие - во втулке-ползуне с возможностью перемещения ее вдоль стержня и исключения поворота вокруг его оси (пат. РФ №2179670, F16F 15/02, 25.12.2002 г).
Недостатком устройства для гашения крутильных колебаний является сложность изготовления, требуется подгонка дугообразных реек под внутренний диаметр обсадной колонны. Кроме того, дугообразные рейки образуют зоны трения с обсадной колонной, что приводит к ее износу особенно в наклонно-направленных скважинах, а также к износу самого устройства для гашения крутильных колебаний.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является компенсатор для насосно-компрессорных труб, содержащий упругий элемент, детали крепления и связанный с насосно-компрессорными трубами посредством резьбы корпус. Упругий элемент выполнен в виде пружины кручения (пат. РФ №2241156, F16F 15/02, F04D 13/10, F04B 47/02, 27.11.2004 г.).
Недостатком данной конструкции является низкая надежность упругого элемента, выполненного в виде пружины кручения, подверженного коррозионному износу и заклиниванию при контакте с пластовой средой, не способного воспринимать продольные колебания.
При эксплуатации добывающих скважин, оснащенных УЭЦН, возможна вибрация насосной установки и возникновение продольных колебательных волн по подъемной колонне НКТ, которые, достигнув устья скважин, возвращаются обратно к УЭЦН. Наложение контуров колебаний прямых и обратных волн может вызвать резонанс и привести к обрыву узлов подъемной колонны НКТ или УЭЦН.
Надежным способом защиты от вибрации является применение поглотителей колебаний. Основным элементом любого поглотителя является элемент трения. Поглощению колебательной энергии способствует трение, оно же приводит к уменьшению амплитуды вынужденных колебаний, этот эффект особенно ощутим в резонансной области.
Техническая задача, решаемая изобретением - предотвращение возможности образования предельных концентраций напряжений в подъемной колонне НКТ, их обрыва и превышения допустимых пределов пусковых токов, а также скручивания кабеля скважинной насосной установки, в результате чего происходит повышение работоспособности и надежности работы скважинной насосной установки, и снижение вибрации подземного насосного оборудования.
Поставленная техническая задача решается предлагаемым компенсатором для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса, далее компенсатором, содержащим корпус с муфтой сверху для присоединения подъемной колонны НКТ и снизу с переводником для присоединения электроцентробежного насоса, и упругий элемент трения.
Новым является то, что в конструкцию компенсатора введен патрубок-эксцентрик, сопрягающийся через упругий элемент трения, который выполнен в виде втулок из нефтестойкой резины, с внутренней поверхностью корпуса с возможностью проворота относительно корпуса компенсатора при возникновении пускового момента, в результате этого эффективно поглощаются крутильные и продольные колебания УЭЦН и подъемной колонны НКТ и, следовательно, существенно снижается вибрация подземного оборудования.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где
- на фиг. 1 приведена схема скважинной насосной установки;
- на фиг. 2 представлен компенсатор для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса.
Предлагаемая скважинная насосная установка (фиг. 1) содержит электроцентробежный насос 1, электродвигатель 2, компенсатор для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса 3.
Конструкция компенсатора для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса (фиг. 2), далее компенсатор 3, включает в себя муфту 4, головку 5, корпус 6, уплотнительное кольцо 7, уплотнительную манжету 8, втулки из нефтестойкой резины 9, шпонку 10, прокладку 11, патрубок-эксцентрик 12 и переводник 13.
Компенсатор 3 устанавливают над электроцентробежным насосом 1 (фиг. 1) и спускают в скважину на подъемной колонне НКТ (на фиг. 1 и 2 не обозначена). Подъемная колонна НКТ посредством резьбы муфты 4 соединяется с головкой 5 компенсатора 3. Конструкция компенсатора 3 включает в себя корпус 6, внутри которого устанавливают патрубок-эксцентрик 12, присоединенный при помощи переводника 13 к электроцентробежному насосу 1. Между внутренней поверхностью корпуса 6 и наружной поверхностью патрубка-эксцентрика 12 расположен упругий элемент трения в виде втулок из нефтестойкой резины 9, далее втулки. Соприкасающиеся поверхности втулок 9 и патрубка-эксцентрика 12 покрываются смазкой. Втулки 9 для предотвращения проворачивания внутри корпуса 6 фиксируются шпонкой 10. Радиальные и продольные люфты патрубка-эксцентрика 12 не допустимы, поэтому для устранения люфта патрубок - эксцентрик 12 затягивают головкой 5 до упора с прокладкой 11. Герметичность между патрубком-эксцентриком 12 и головкой 5 в верхней части компенсатора 3 обеспечивается уплотнительными кольцами 7 и уплотнительной манжетой 8. Переток пластовой жидкости во внутреннюю часть компенсатора 3 по зазору между патрубком-эксцентриком 12 и корпусом 6 предотвращает прокладка 11. Обеспечение герметизации в нижней части компенсатора 3 предусмотрено за счет веса УЭЦН и давления в системе УЭЦН, при этом перепад давления предполагается не менее 20 МПа.
Компенсатор для снижения вибрации в установке электроцентробежного насоса работает следующим образом.
При запуске электродвигателя 2 (фиг. 1) скважинной насосной установки возникает пусковой крутящий момент, который создает момент кручения в подъемной колонне НКТ. Внутри корпуса 6 (фиг. 2) размещен патрубок-эксцентрик 12, сопрягающийся через втулки 9 с внутренней поверхностью корпуса 6 компенсатора 3. Эксцентричный патрубок-эксцентрик 12 имеет возможность проворота относительно корпуса 6 компенсатора 3, поэтому при возникновении пускового момента происходит его проворот, а наличие упругого элемента трения, выполненного в виде втулок 9, позволяет поглотить энергию крутящего момента и тем самым, предотвратить передачу момента на подъемную колонну НКТ. При возможном обесточивании скважинной насосной установки имеет место аналогичная картина, если обратный клапан не герметичен вследствие загрязнения, патрубок-эксцентрик 12 и упругий элемент трения 9 воспринимают обратный крутящий момент, возникающий от сил инерции столба жидкости в подъемной колонне насосно-компрессорных труб и вращающихся масс скважинной насосной установки, предотвращая отворот подъемной колонны НКТ.
Предлагаемая конструкция позволяет снизить возможности образования предельных концентраций напряжений в подъемной колонне НКТ, их обрыв и превышение допустимых пределов пусковых токов, а также скручивание кабеля скважинной насосной установки, и, как следствие, способствует повышению работоспособности и надежности работы скважинной насосной установки и снижению вибрации подземного насосного оборудования.
Внедрение предлагаемого объекта обеспечивает эффективное гашение колебаний подъемной колонны НКТ и вибрации подземного насосного оборудования, в результате чего повышается эффективность эксплуатации скважин, оборудованных установками погружных электроцентробежных насосов, за счет увеличения межремонтного периода их работы и наработки на отказ.