Установка погружного многоступенчатого насоса для поддержания пластового давления
INSTALLATION OF SUBMERSIBLE MULTISTAGE PUMP TO MAINTAIN RESERVOIR PRESSURE

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть применено в погружных установках для электроцентробежных насосов, используемых для закачки жидкости в пласт для поддержания пластового давления в скважине.
Известен из патента RU 2317445 погружной многоступенчатый центробежный насос, который содержит ряд аналогичных модуль-секций. Каждая модуль-секция имеет корпус, в котором установлены пакеты ступеней, и основание, которое ввернуто в корпус модуль-секции. В основании установлен без зазора съемный радиальный подшипник скольжения с осевыми каналами для прохода перекачиваемой жидкости. В корпус радиального подшипника запрессована твердосплавная втулка, образующая пару скольжения с твердосплавной втулкой, установленной на валу насоса.
Наиболее близким аналогом является конструкция электроцентробежного погружного насоса, известная из источника [Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: в 2 ч. - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 4.1. - С. 429-430]. Насос содержит модуль-секции, каждая из которых имеет корпус, в котором установлены пакеты ступеней, и основание, которое ввернуто в корпус модуль-секции. В головке и основании модуль-секции установлены радиальные подшипники скольжения с осевыми каналами для прохода жидкости.
Однако при использовании вышеуказанных технических решений обнаруживается низкая надежность при работе в погружных установках для закачки жидкости в пласт для поддержания пластового давления в скважине, так как при повороте насоса на сто восемьдесят градусов не предусмотрена осевая опора для вала.
Технической проблемой заявляемого изобретения является недостаточная надежность погружных установок поддержания пластового давления.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности погружных установок поддержания пластового давления.
Сущность изобретения.
В установке погружного многоступенчатого насоса, содержащей электродвигатель, протектор и лопастной насос, в состав которого входит вал, корпус, головка, основание, по крайней мере две ступени, при этом каждая ступень содержит рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, и направляющий аппарат, установленный в корпусе, электродвигатель, протектор и лопастной насос установлены последовательно сверху вниз, при этом на входе в лопастной насос установлен узел осевой опоры лопастного насоса, который включает две диагональные ступени, верхнее рабочее колесо установлено без возможности осевого перемещения по валу, по отношению к ступице нижестоящего рабочего колеса и по отношению к опорному кольцу, установленному на валу выше данного рабочего колеса, в каждой ступени между рабочим колесом и ниже установленным направляющим аппаратом изготовлены две осевые пары трения с большим и меньшим диаметром, образующие узел осевой опоры ступени, причем конструктивно узел осевой опоры ступени функционирует в замкнутой области, закрытой от контакта с пластовой жидкостью щелевым уплотнением с принудительной центробежной сепарацией механических примесей, при этом осевая опора ступени с большим диаметром выполнена с возможностью в момент пуска установки выполнять функцию торцевого уплотнения для осевой опоры меньшего диаметра.
Заявляемая установка погружного многоступенчатого насоса для поддержания пластового давления имеет следующие аспекты выполнения.
Для осевых опор пары трения изготовлены в виде опорных шайб.
Между ступицей рабочего колеса верхней ступени и ступицей ниже установленного колеса установлена без зазора втулка.
Между ступицей рабочего колеса верхней ступени и опорным кольцом установлены без зазора втулки.
Заявленный технический результат достигается следующим образом.
Если электродвигатель, протектор и погружной насос установлены последовательно сверху вниз, это позволит закачивать рабочую жидкость, обычно воду, в пласт за счет поворота традиционной установки для добычи пластовой жидкости на сто восемьдесят градусов.
Если на входе в секцию установлен узел осевой опоры насоса для удержания веса вала, который включает две диагональные ступени, при этом верхнее рабочее колесо установлено без возможности осевого перемещения по валу, по отношению к ступице нижестоящего колеса и по отношению к опорному кольцу, установленному на валу выше этого рабочего колеса, это позволит использовать две верхние ступени в качестве осевой опоры для вала секции. В варианте конструктивного исполнения длина ступицы верхнего рабочего колеса должна совпадать с монтажной высотой верхнего направляющего аппарата. После приработки будут задействованы одновременно пары трения обоих ступеней.
Если в каждой из двух ступеней, между колесом и ниже установленным направляющим аппаратом изготовлены две осевые пары трения, с большим и меньшим диаметром. То это позволит уменьшить удельную осевую нагрузку, по сравнению с вариантом в одной парой трения.
Две пары трения в каждой ступени образуют узел осевой опоры ступени. Конструктивно узел осевой опоры ступени функционирует в замкнутой области, закрытой от контакта с пластовой жидкостью щелевым уплотнением с принудительной центробежной сепарацией механических примесей. В момент пуска установки осевая опора ступени с большим диаметром является одновременно торцевым уплотнением для осевой опоры меньшего диаметра. В этом случае осевая опора будет защищена от контакта с механическими примесями, которые, как правило, присутствуют в пластовой жидкости. Это увеличит срок службы, позволит использовать более дешевые материалы для осевых пар трения, повысить степень унификации с серийными насосами и за счет этого снизить себестоимость.
В момент пуска установки осевая опора ступени с большим диаметром является одновременно торцевым уплотнением для осевой опоры меньшего диаметра. Вал необходимо удерживать только во время пуска установки. В дальнейшем за счет осевых сил, действующих на каждое рабочее колесо многоступенчатого насоса, вал будет подниматься вверх, и опираться на осевую опору в протекторе. Поэтому наиболее важно, чтобы именно во время пуска узел осевой опоры был надежно защищен от контакта с пластовой жидкостью. В это время одновременно со щелевым уплотнением и принудительной центробежной сепарацией будет задействовано для защиты внутренней осевой опоры с меньшим диаметром контактное уплотнение в виде внешней осевой опоры ступени с большим диаметром.
Если для осевых опор пары трения изготовлены в виде опорных шайб. Это позволит минимизировать механические потери мощности, связанные с трением в осевой опоре, за счет того, что коэффициент трения опорных шайб меньше, чем у материала, из которого изготовлены ступени насоса.
Если между ступицей рабочего колеса верхней ступени и ступицей ниже установленного рабочего колеса установлена без зазора втулка, это позволит снизить точность изготовления верхнего рабочего колеса, использовать серийное колесо.
Если между ступицей рабочего колеса верхней ступени и опорным кольцом установлены без зазора втулки, это позволит использовать для верхней ступени секции серийное рабочее колесо, устранить люфт между опорным кольцом и верхним рабочим колесом не за счет длины ступицы колеса, а за счет набора втулок вала.
Исходя из вышесказанного, конструктивные варианты изобретения позволяют использовать две верхние ступени насоса в качестве осевой опоры для вала секции, при этом, обеспечив высокую надежность и низкую себестоимость изделия.
Изобретение поясняется фигурами 1-4, на которых изображено:
На фиг. 1 - схема установки в составе насосно-компрессорной трубы, компенсатора гидрозащиты, двигателя, протектора, лопастного насоса;
На фиг. 2 - общий вид секции лопастного насоса в разрезе;
На фиг. 3 - укрупненный вид верхней части секции лопастного насоса в разрезе со ступенями;
На фиг. 4 - укрупненный вид верхней части секции насоса в разрезе с втулкой, установленной между двумя верхними рабочими колесами.
На фигурах 1-4 позициями 1-18 обозначены:
1 - труба;
2 - компенсатор гидрозащиты;
3 - электродвигатель;
4 - протектор;
5 - лопастной насос;
6 - корпус;
7 - вал;
8 - головка;
9 - основание;
10 - рабочее колесо;
11 - ступица рабочего колеса;
12 - направляющий аппарат;
13 - рабочее колесо на входе в секцию;
14 - опорное кольцо;
15 - направляющий аппарат на входе в секцию;
16 - опорные шайбы;
17 - втулка между ступицами рабочих колес;
18 - втулка между ступицей рабочего колеса на входе в секцию и опорным кольцом.
Установка содержит в своем составе насосно-компрессорную трубу 1, компенсатор гидрозащиты 2, электродвигатель 3, протектор 4, лопастной насос 5.
Секция лопастного насоса 5 содержит корпус 6, внутри которого установлен вал 7. К корпусу 6 присоединены головка 8 и основание 9. В корпусе 6 установлены по крайней мере две ступени. Каждая ступень содержит рабочее колесо 10 со ступицей 11, установленное на валу 7, и направляющий аппарат 12, установленный в корпусе 6. На входе в лопастной насос 5 установлена ступень, в которой рабочее колесо 13 на входе в секцию установлено без возможности осевого перемещения по валу 7, по отношению к ступице нижестоящего рабочего колеса 10 и по отношению к опорному кольцу 14, установленному на валу 7 выше этого рабочего колеса 13 на входе в секцию. Между рабочим колесом 13 на входе в секцию верхней ступени и установленным за ним направляющим аппаратом 15 и ниже установленным на валу 7 рабочим колесом 10 и направляющими аппаратом 12 установлены опорные шайбы 16.
В варианте конструктивного исполнения между ступицей 11 рабочего колеса 13 на входе в секцию верхней ступени и ступицей 11 ниже установленного рабочего колеса 10 установлена без зазора втулка 17. Между ступицей 11 рабочего колеса 13 на входе в секцию верхней ступени и опорным кольцом 14 установлены без зазора втулки 18 (Фиг. 4).
Установка работает следующим образом.
После включения электродвигателя 3 в начальный момент включения вес вала 7 секции лопастного насоса 5 воспринимается осевой опорой, образованной из двух верхних ступеней, в которых рабочие колеса 13 на входе в секцию опираются на соответствующие им направляющие аппараты 14, при этом шайбы 16 образуют пары трения.
При дальнейшем вращении вала 7 лопастного насоса 5 крутящий момент через ступицы 11 передается на рабочие колеса 10. Пластовая жидкость входит в секцию через основание 9, установленное сверху на корпусе 6. Последовательно жидкость проходит через рабочие колеса 10, направляющие аппараты 12, выходит через головку 8. При этом происходит повышение давления рабочей жидкости (воды).
Перепад давления, возникший на входе и выходе из секции, воздействуя на вал 7, поднимает его. Осевая сила, действующая на вал 7 вследствие перепада давления, воспринимается осевой опорой в протекторе гидрозащиты 4.
Таким образом решается задача настоящего изобретения по повышению надежности и снижения себестоимости.