ПОГРУЖНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
SUBMERGED CENTRIFUGAL PUMPING UNIT

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано при изготовлении погружных центробежных насосных агрегатов, предназначенных для комплектации насосных установок, используемых в нефтедобывающей отрасли для поддержания пластового давления, а также в других отраслях при подъеме и перекачивании воды.
Известен погружной центробежный насосный агрегат, содержащий погружной центробежный насос, состоящий из отдельных секций, соединенных между собой стяжными резьбовыми шпильками, головку всасывающую, погружной электродвигатель (ПЭД), сопряженный с насосом посредством фланцевого соединения. (Насосные агрегаты типа ЭЦПК, каталог продукции АО «ГМС Ливгидромаш», сайт компании http://www.hms.ru/pumps_catalog/?SECTION_ID=374&ELEMENT_ID=625).
Погружные насосные агрегаты работают непосредственно в перекачиваемой среде, что позволяет в том числе охлаждать погружной электродвигатель агрегата перекачиваемой жидкостью.
Одной из особенностей агрегатов типа ЭЦПК является разница в диаметрах всасывающей головки насоса и ПЭД (диаметр электродвигателя намного меньше диаметра всасывающей головки насоса). Это обусловливает повышенное расстояние от стенки обсадной трубы до ПЭД.
Вместе с тем, охлаждение, т.е. скорость потока перекачиваемой жидкости напрямую зависит от величины зазора Δ между стенкой обсадной колонны и ПЭД. Т.е., чем величина Δ больше, тем меньше скорость потока перекачиваемой жидкости, и, следовательно, ниже эффективность охлаждения ПЭД. В рассматриваемом случае величина Δ большая, что не позволяет создать необходимой скорости охлаждения. Уменьшить величину зазора не представляется возможным, так как ограничивающим фактором является наружный диаметр насоса.
Еще одним фактором, неблагоприятно влияющим на работоспособность данного оборудования, является, как правило, наклонный профиль скважины или наличие в ней искривленных участков (высокая угловая интенсивность). В насосных установках, в которых наружный диаметр насоса почти в 3 раза больше диаметра ПЭД, а длина ПЭД больше длины насоса более чем в 6 раз, даже небольшое изменение угловой интенсивности может привести к неадекватной работе оборудования за счет излома оси в месте сопряжения насоса и ПЭД. В результате неминуемо появляется изгибающий момент, который совместно с высокой частотой вращения (3000 об/мин), большими линейными размерами и массовыми характеристиками порождает негативные циклические нагрузки, локализующиеся в местах сопряжения (фланцевые, шлицевые и болтовые соединения). Это приводит к непрогнозируемым поломкам различных элементов агрегата (валов, шлицевых муфт, болтов и т.д.).
Кроме того, стоит также отметить, что оборудование данного типа работает в агрессивных средах, которые оказывают негативное влияние на его работоспособность.
Решению вышеуказанных проблем способствует установка кожуха, в котором размещается ПЭД.
Известен погружной центробежный насосный агрегат, содержащий погружной центробежный насос и сопряженный с насосом посредством переходного устройства погружной электродвигатель, размещенный в наружном кожухе, выполненном в виде трубы, состоящей из отдельных секций (Патент РФ №2433307, опубл. 10.11.2011).
Данное решение невозможно применить для погружных агрегатов типа ЭЦПК, поскольку переходное устройство предназначено для стыковки насоса и ПЭД с соизмеримыми диаметрами.
В насосных агрегатах типа ЭЦПК, которые имеют значительную разницу в диаметрах насоса и ПЭД, крепление кожуха за входной модуль насоса (головку всасывающую) даже после адаптации сопряжения под нее приведет к повышенным циклическим нагрузкам на крепежные элементы, локализующиеся в местах сопряжения насоса и ПЭД (фланцевые, шлицевые и болтовые соединения).
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы погружного центробежного насосного агрегата, имеющего значительную разницу в диаметрах насоса и ПЭД, за счет снижения образования циклических нагрузок в местах сопряжения насоса и ПЭД при креплении кожуха для ПЭД к корпусу насоса.
Технический результат достигается тем, что в погружном центробежном насосном агрегате, содержащем погружной центробежный насос, состоящий из отдельных ступеней, соединенных между собой резьбовыми стяжными шпильками, головку всасывающую и погружной электродвигатель, размещенный в трубном кожухе, последний прикреплен к насосу своим верхним фланцем за резьбовые стяжные шпильки, пропущенные через его отверстия и зафиксированые относительно них. Кроме того, в нижней части погружного электродвигателя установлен центратор, выполненный преимущественно демпферного типа.
Крепление кожуха к насосу посредством верхнего фланца за резьбовые стяжные шпильки, пропущенные через его отверстия и зафиксированные относительно них, позволяет без использования лишних дополнительных деталей осуществить надежное соединение насоса с ПЭД, при котором входной модуль (головка всасывающая) находится в разгруженном состоянии от циклических нагрузок, обычно локализующихся в местах сопряжения насоса и ПЭД (фланцевые, шлицевые и болтовые соединения).
Установка кожуха позволяет уменьшить величину зазора Δ между стенкой обсадной колонны и ПЭД до необходимого значения, тем самым создав регламентируемую скорость охлаждения ПЭД. Также, в случае существенных дефектов обсадной колонны (смещение, сдавливание и т.д.) кожух не позволит спускать агрегат дальше по обсадной колонне, исключая тем самым изгиб и поломку ПЭД и, следовательно, предотвращая возможную аварию.
Центратор, установленный в нижней части ПЭД, выполненный преимущественно демпферного типа, за счет постоянного ориентирования оси агрегата относительно оси кожуха позволяет исключить излом оси в месте сопряжения насоса и ПЭД даже в случае отклонения оси скважины от вертикали (высокой угловой интенсивности).
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен погружной насосный агрегат.
Погружной центробежный агрегат содержит погружной центробежный насос 1, состоящий из отдельных ступеней, соединенных резьбовыми стяжными шпильками 2, головку 3 всасывающую, погружной электродвигатель 4, сопряженный с насосом 1 посредством фланцевого соединения, кожух 5, представляющий собой ориентирующую трубу, состоящую из отдельных секций, в котором размещен погружной электродвигатель 4. Узел крепления кожуха 5 к насосу 1 представляет собой фланец 6 верхней секции электродвигателя 4, через отверстия которого пропущены резьбовые стяжные шпильки 2 и зафиксированы в них крепежными элементами, например гайками. В нижней части электродвигателя 4 установлен центратор 7 демпферного типа.
Секции кожуха 5 соединяются болтовыми соединениями по фланцам и спускаются в скважину таким образом, чтобы верхний (присоединяемый к насосу) фланец 6 был на поверхности. Затем в кожух 5 опускается электродвигатель 4 с центратором 7. Верхний фланец 6 кожуха крепится к насосу за резьбовые стяжные шпильки 2, без крепления его за входной модуль, в результате чего головка 3 всасывающая находится в разгруженном состоянии. После сборки насос 1 опускается в скважину по существующей в отрасли технологии.
Технологическим приемом, способным замедлить процесс коррозии рабочих механизмов, является закачка в скважину химического реагента, который снижает процесс корродирования. Однако учитывая тот факт, что всасывающая головка 3 насоса 1 находится выше электрооборудования, данный реагент будет проходить через насос 1 и НКТ, не достигая области работы электродвигателя 4. Кожух 5 принудительно направляет поток реагента таким образом, чтобы он проходил вдоль оси всего агрегата. Жидкость попадает в кольцевую полость между кожухом 5 и электродвигателем 4. В силу сформированного зазора Δ жидкость, перемещаясь вдоль стенок электрооборудования с заданной скоростью охлаждения, попадает во всасывающую головку 3 насоса 1. За счет того, что головка 3 всасывающая находится в разгруженном состоянии, возникновение циклических нагрузкок на крепежные элементы, локализующиеся в местах сопряжения насоса и электродвигателя 4 (фланцевые, шлицевые и болтовые соединения), сводится к минимуму. Центратор 7, ориентируя электродвигатель 4 в кожухе 5, исключает возникновение несоосности осей валов насоса 1 и электродвигателя 4.
Кожух 5 в условиях воздействия на насосный агрегат агрессивных сред (например, при перекачивании сеноманской воды), защищая элементы погружного оборудования от интенсивной коррозии, обеспечивает их работоспособность.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы погружного центробежного насосного агрегата типа ЭЦПК, имеющего существенную разницу в диаметрах насоса и электродвигателя.