ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОГРУЖНОЙ НАСОС
ELECTRICALLY DRIVEN DOWNHOLE PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрическим погружным насосам, которые обычно используются в нефтедобывающей промышленности для обеспечения механизированной добычи в скважинах с недостаточным давлением для подъема нефти на поверхность.
Уровень техники
На фиг.1 показан известный ЭПН. Такие устройства хорошо известны в нефтедобывающей промышленности, они устанавливаются в нефтяные скважины и эксплуатируются для перекачки нефти на поверхность. ЭПН, показанный на фиг.1, содержит преддвигательную секцию 10 с электронными схемами, одну или несколько секций 12 электродвигателя (показаны две), каждая из которых содержит статор и ротор, установленные на приводном валу, защитную секцию 14, имеющую всасывающее отверстие 16 насоса, и ряд секций 18 насоса (показаны четыре, хотя их количество может быть выбрано в соответствии с высотой подачи и объемом жидкости, откачиваемой насосом). В каждой секции ЭПН различные компоненты установлены на вращающемся валу, при этом валы в соседних секциях соединены с возможностью передачи привода от секций 12 электродвигателя до секций 18 насоса. Такая конструкция может содержать шесть или более валов, выполненных из стали, сплавов инконель и монель.
При такой компоновке возникает ряд проблем, которые могут влиять на надежность работы ЭПН, включая сложность с балансировкой различных вращающихся валов для работы при скоростях до 3000 об/мин, слабые участки, создаваемые соединениями между валами, и дополнительную длину, добавляемую каждым соединением общей протяженности ЭПН. ЭПН, показанный на фиг.1, часто может достигать длины 50 м и, таким образом, требует сложной сборки на месте.
Стоимость изготовления таких насосов может быть значительной, поскольку материал, используемый для изготовления вала, является дорогим, и необходима сложная механическая обработка шпоночных пазов, канавок и шлицев.
Целью настоящего изобретения является создание конструкции ЭПН, которая минимизирует некоторые или все вышеуказанные проблемы.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению создан электрический погружной насос для использования в скважине, содержащий секцию электродвигателя, включающую себя ротор и статор, переходную секцию, присоединенную к верхней части секции электродвигателя, защитную секцию, соединенную с переходной секцией, и секцию насоса, присоединенную к верхней части защитной секции и содержащую ряд рабочих колес и диффузоров, при этом общий целиковый вал проходит через секции двигателя, переходную секцию и секцию насоса, при этом ротор и рабочие колеса установлены на общем валу так, что общая длина электрического погружного насоса составляет менее 12 метров.
Общий вал может быть выполнен сплошным или полым и может содержать фаску и/или шпоночный паз для прикрепления компонентов к нему.
Электродвигатель может представлять собой электродвигатель постоянного тока с множественными полюсами ротора. Система коммутации двигателя может быть расположена на противоположной относительно насоса стороне секции двигателя, при этом общий вал проходит в систему коммутации.
Вал предпочтительно содержит на концах сжимающие приспособления для удержания сжатыми всех компонентов, установленных на валу.
Другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан известный ЭПН.
На фиг.2 показан ЭПН в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
На фиг.3 показаны отдельные секции ЭПН по фиг.2.
На фиг.4 показаны различные профили вала для использования в ЭПН в соответствии с изобретением.
Подробное описание изобретения
На фиг.2 показан вариант осуществления ЭПН в соответствии с настоящим изобретением. ЭПН содержит одну секцию 20 электродвигателя, защитную секцию 22 с переходной секцией 21 и впуском насоса и одну секцию 24 насоса. Полная длина ЭПН составляет менее 12 м.
На фиг.3 показан вид в разрезе ЭПН по фиг.2, содержащий (слева направо) секцию 20 двигателя, переходную секцию 21, присоединенную к верхней части секции 20 электродвигателя, защитную секцию 22, соединенную с переходной секцией 21, и секцию 24 насоса, присоединенную к верхней части защитной секции 22. Общий вал 26, состоящий из одной части, продолжается через все указанные секции.
Вал 26 может быть выполнен сплошным или полым и может включать в себя фаски и/или шпоночные пазы для прикрепления компонентов насоса к ним. На фиг.4 показан ряд профилей вала (сплошной со шпонкой на фиг.4А, сплошной с фаской на фиг.4В, полый со шпонкой на фиг.4С и полый с фаской на фиг.4D), которые могут использоваться в различных случаях. Двойные фаски или двойные шпоночные пазы (под 180°) проще всего могут быть приведены к допуску прямолинейности после их искривления во время изготовления.
Вал может быть изготовлен из различных материалов, таких как низколегированная углеродистая сталь или нержавеющая сталь мартенситного типа или сплавы инконель и монель. Диаметр вала может быть выбран в соответствии с профилем и материалом вала для получения нужных свойств. Внешний диаметр вала обычно имеет размер от 22 мм до 40-50 мм (диаметры большего размера обычно выбирают для материалов меньшей прочности). Обычный полый вал может иметь внешний диаметр размером 36 мм и внутренний диаметр размером 30 мм. При применении диаметра немного большего размера, чем обычно, можно эффективно использовать материалы более низкой прочности с более низкой стоимостью.
Предпочтительно вал не имеет радиальных канавок или уменьшения диаметра в областях высокого напряжения, что может создать слабые места. Кроме того, все компоненты расположены на валу со сжатием, как описано ниже.
Секция 20 электродвигателя содержит систему 30 коммутации, расположенную на его нижнем конце для управления двигателем. Конец вала 26 выполнен со стопорным кольцом 32, на котором удерживаются различные вращающиеся компоненты ЭПН. Электродвигатель включает в себя кожух 34 со статором 36, прикрепленным к его внутренней поверхности. Ротор 38 установлен на валу 26 внутри статора 36. Электродвигатель, предпочтительно, представляет собой электродвигатель постоянного тока с множественными электромагнитными полюсами ротора, имеющий высокий крутящий момент.
Вал проходит от секции 20 двигателя через переходную секцию 21 в защитную секцию 23, предназначенную для отделения секции двигателя от секции насоса. Защитная секция содержит три оболочки 40 компенсации давления, соединенных с высокоскоростным торцевым уплотнителем 42. Защитная секция также включает в себя впуск насоса и другие уплотнители и фильтры для предотвращения проникновения жидкости в кожух двигателя.
Вал 26 проходит от защитной секции 22 в секцию 24 насоса. Секция 24 насоса содержит кожух 44, имеющий последовательность прикрепленных к нему диффузоров 46.
Соответствующие рабочие колеса 48 установлены на валу 26 вблизи диффузоров и образуют элементы центробежного насоса. На верхней части вала в насосе предусмотрена стяжная гайка 50. При затягивании стяжной гайки 50 рабочие колеса и другие компоненты, установленные на валу 26, сжимаются друг с другом и удерживаются в результате прижима к стопорному кольцу 32.
Путем использования одного вала можно избежать дорогостоящих производственных этапов и потенциально слабых областей, образуемых стыками. Кроме того, ЭПН может быть выполнен относительно компактным, может быть изготовлен и установлен как один блок. Улучшенная балансировка, обеспечиваемая одним валом, допускает работу во многих случаях на относительно высоких скоростях до 6000 об/мин.
Очевидно, что модификации насоса могут быть выполнены в пределах объема настоящего изобретения.