Погружной объемный насос
SUBMERSIBLE DISPLACEMENT PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к насосостроению, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации малодебитных скважин с осложненными характеристиками.
Уровень техники
Известен плунжерный погружной объемный насос с гидрокомпенсатором, содержащий погружной электродвигатель с протектором, кинематически связанный с приводным насосом, плунжерный рабочий насос, масляный бак, компенсатор объемного расширения масла и гидродвигатель. Подпоршневые полости гидродвигателя подключены через автоматический реверсивный клапан к всасывающей и нагнетательной линиям приводного насоса, а поршни гидродвигателя соединены с плунжерами рабочего насоса. Надпоршневая полость гидрокомпенсатора связана с выходом рабочего насоса, а подпоршневая - с надпоршневыми полостями гидродвигателя (Патент РФ №123858, 10.01.2013).
Недостатком известной конструкции является то, что диафрагма, служащая компенсатором масляного объема, расположена под приводным насосом, таким образом, объем гидравлического масла, находящийся в диафрагме, не используется в процессе работы насоса, и, как следствие, общее количество масла, задействованное в работе установки, значительно сокращается, а значит, появляется риск перегрева масла, преждевременное его старение и, как следствие, потеря его гидравлических свойств. Еще одним недостатком известной конструкции является то, что узел подачи масла, компенсатор объема и протектор электродвигателя выполнены в виде отдельных узлов или отдельного блока, которые необходимо монтировать на устье скважины к насосу и заполнять очищенным маслом, что является технологически сложной операцией, требующей наличия специфического оборудования и высокой квалификации рабочего и также увеличивает стоимость изготовления этих узлов. Выполнение этих операций во время монтажа оборудования может привести к аварии на скважине путем случайного попадания посторонних предметов вовнутрь скважины, что неминуемо ведет к вызову ремонтной бригады, увеличению простоя скважины и, как следствие, стоимости таких работ.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, которую решает созданное техническое решение, является повышение эксплуатационных характеристик погружного объемного насоса, а также повышение его надежности, технологичности и снижения риска аварии на скважине во время монтажа.
Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении смешиваемости гидравлического масла, вытекающего из сливной линии с маслом гидробака, улучшении охлаждения гидравлического масла.
Указанный технический результат достигается за счет того, что погружной объемный насос, содержащий погружной электродвигатель, вал электродвигателя, кинематически связанный с приводным маслонасосом, протектор, компенсатор объемного расширения масла, содержащий диафрагму, масляный бак, гидроузел с фильтрами тонкой очистки масла, гидродвигатель, рабочий насос, компенсационный узел, причем компенсатор объемного расширения масла расположен над приводным насосом, при этом под приводным маслонасосом расположен протектор защиты электродвигателя, компенсатор объемного расширения масла снабжен двумя диафрагмами, разделенными между собой дополнительным ниппелем, при этом внутри полости одной из двух диафрагм дополнительно установлен корпус с образованием полости между внутренней поверхностью диафрагмы и наружной поверхность  корпуса.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналами, соединяющими полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналами, соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы, во внутренней полости которой дополнительно установлен корпус с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения упомянутый канал, соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы с пластовой жидкостью, выполнен в корпусе компенсатора объемного расширения масла.
В частном случае реализации заявленного изобретения канал, соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы, во внутренней полости которой дополнительно установлен корпус с пластовой жидкостью, может быть выполнен в ниппеле приводного насоса или ниппеле компенсатора объемного расширения масла или дополнительном ниппеле компенсатора объемного расширения масла.
В частном случае реализации заявленного изобретения насос выполнен с каналами, соединяющими полость, образованную внутренней поверхностью корпуса протектора и наружной поверхностью диафрагмы протектора с пластовой жидкостью.
В частном случае реализации заявленного изобретения насос выполнен с каналами, соединяющими полость, образованную внутренней поверхностью корпуса протектора и наружной поверхностью диафрагмы протектора с упомянутым масляным баком.
В частном случае реализации заявленного изобретения на валу электродвигателя размещено уплотнение разделения масел маслонасоса и электродвигателя.
В частном случае реализации заявленного изобретения электродвигатель, протектор, приводной насос, компенсатор объемного расширения масла, гидравлический узел, гидродвигатель, рабочий насос, компенсационный узел выполнены в едином корпусе.
В частном случае реализации заявленного изобретения уплотнение разделения масла выполнено в виде торцевого уплотнения.
В частном случае реализации заявленного изобретения протектор электродвигателя выполнен поршневым.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного погружного объемного насоса с использованием чертежей, на которых показан погружной объемный насос, продольный разрез.
На чертеже цифрами обозначены следующие позиции:
1 - погружной маслозаполненный электродвигатель; 2 - ниппель электродвигателя; 3 - вал; 4 - корпус протектора; 5 - диафрагма; 6 - уплотнение; 7 - ниппель протектора; 8 - канал; 9 - приводной насос; 10 - фильтр; 11 - напорная линия; 12 - ниппель приводного насоса; 13 - диафрагма; 14 - корпус компенсатора объемного расширения масла; 15 - канал; 16 - ниппель компенсатора объемного расширения масла; 17 - гидравлический узел; 18 - ниппель гидродвигателя; 19 - гидродвигатель; 20 - рабочий насос; 21 - компенсационный узел; 22 - корпус приводного насоса; 23 - канал; 24 - дополнительный ниппель компенсатора объемного расширения масла; 25 - канал; 26 - корпус.
Осуществление изобретения
Погружной объемный насос крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ).
Погружной объемный насос состоит из последовательно установленных следующих основных элементов:
погружного маслозаполненного электродвигателя, протектора электродвигателя, приводного устройства, компенсатора объемного расширения масла, гидравлического узла, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла.
Погружной объемный насос состоит из погружного маслозаполненного электродвигателя ПЭД (1), который соединен валом (3) с приводным насосом (9).
Погружной электродвигатель крепится к ниппелю электродвигателя (2), который через корпус (4) протектора соединен с ниппелем протектора (7). Между ниппелем протектора (7) и ниппелем электродвигателя (2) в протекторе установлена диафрагма (5), внутри которой проходит вал (3). Внутренняя полость диафрагмы (5) заполнена маслом электродвигателя. В ниппеле (7) протектора или в ниппеле (2) электродвигателя выполнен канал (8). В ниппеле (7) протектора и на валу (3) установлено уплотнение (6) для разделения и предотвращения утечек гидравлического масла и масла электродвигателя по валу (3).
На входе в приводной насос (9) установлен фильтр (10), а выход приводного насоса (9) соединен с гидравлическим узлом (17) посредством напорной лини (11). Ниппель протектора (7) соединен с ниппелем приводного устройства (12) через корпус приводного устройства (22).
Ниппель приводного устройства (12) соединен с ниппелем (16) через корпус компенсатора объемного расширения масла (14), внутри которого установлена диафрагма (13). Внутри диафрагмы (13) проходит напорная линия (11) приводного насоса (9). Внутренняя полость диафрагмы (13), а также полость, образованная внутренней поверхностью корпуса приводного устройства (22) и ниппелями протектора (7), приводного (12) устройства и ниппелем (16), объединены в масляный бак, заполненный гидравлическим маслом.
Канал (8) может быть выполнен соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (4) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (5), с пластовой жидкостью. Указанное выполнение канала (8) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя.
Также канал (8) может быть выполнен соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (4) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (5), с упомянутым масляным баком. Указанное выполнение канала (8) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя посредством передачи давления гидравлическим маслом в масляном баке.
Также упомянутый канал (8) может быть выполнен в ниппеле (2) электродвигателя (аналогично выполнению упомянутого канала (8) в ниппеле (7)) и соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (4) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (5) с пластовой жидкостью. Указанное выполнение канала (8) в ниппеле (2) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри электродвигателя.
При этом компенсатор объемного расширения масла может быть снабжен двумя диафрагмами (13), разделенными дополнительным ниппелем (24).
Упомянутые диафрагмы расположены внутри корпуса (14) компенсатора объемного расширения масла между ниппелями (12) и (24) и ниппелями (24) и (16) соответственно. При этом между ниппелями (12) и (24) или ниппелями (24) и (16) установлен корпус (26) внутри полости одной из двух диафрагм (13). Корпус (26) установлен с образованием полости между внутренней поверхностью диафрагмы (13) и наружной поверхностью корпуса (26). При этом упомянутый корпус (26) может быть установлен внутри полости одной из двух диафрагм (13) между ниппелем (16) и (24) или между ниппелем (24) и (12).
При этом в ниппеле (24) выполнен канал (23), соединяющий полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (14) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью одной из диафрагмы (13), с полостью, образованной внутренней поверхностью другой диафрагмы (13) и наружной поверхностью корпуса (26).
Компенсатор объемного расширения масла приводного насоса выполнен с каналом (15 или 25), соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (14) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы (13), с пластовой жидкостью, или с каналом (15 или 25), соединяющим полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (14) компенсатора объемного расширения масла и наружной поверхностью диафрагмы (13) во внутренней полости которой установлен упомянутый корпус (26), с пластовой жидкостью.
При этом упомянутый канал (15) выполнен в корпусе (14) компенсатора объемного расширения масла, а упомянутый канал (25) может быть выполнен в ниппеле (12), или ниппеле (16), или ниппеле (24).
Указанное выполнение канала (15) позволяет выравнивать затрубное давление и давление внутри упомянутого масляного бака для выравнивания затрубного давления и давления внутри упомянутого масляного бака
Упомянутый канал (8) выполнен таким образом, что гидравлическая жидкость попадает в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса (4) протектора и наружной поверхностью диафрагмы (5). Такая компоновка позволяет исключить попадание пластовой жидкости в погружной электродвигатель в случае разрушения диафрагмы (5). В данной схеме диафрагма (13) выравнивает давление между пластовой жидкостью и гидравлическим маслом, а гидравлическое масло, в свою очередь, передает это давление на масло электродвигателя, тем самым выравнивая давление между маслом электродвигателя и пластовой жидкостью.
Гидравлический узел (17), предназначенный для управления напорной линией (11) приводного насоса (9), связан с гидродвигателем (19), который, в свою очередь, связан с рабочим насосом (20) через ниппель (18). Выше рабочего насоса установлен компенсационный узел (21). Гидравлический узел может быть выполнен, например, в виде гидрораспределителя или автоматического реверсивного клапана с фильтрами тонкой очистки.
В упомянутых каналах (15, 25 и 8) могут быть дополнительно установлены обратные клапаны, предотвращающие пульсацию диафрагм (5) и (13).
Погружной объемный насос крепится к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) (на чертеже не показано).
Погружной объемный насос работает следующим образом.
Перед погружением установки в скважину проверяются полости электродвигателя (1) с протектором и система гидропривода на предмет наличия в них соответствующего масла и отсутствия его утечек.
При погружении установки в нефтяной пласт добываемая жидкость втекает в полости рабочего насоса. При включении электродвигателя (1) начинает работать приводной насос (9), который через напорную линию (11) подает масло в гидравлический узел (17), а далее в гидродвигатель (19).
Гидродвигатель (19) приводит в движение рабочий насос (20), и тот, в свою очередь, выталкивает добываемую жидкость в колонну насосно-компрессорных труб.
Приведенное техническое решение, а именно расположение над приводным насосом компенсатора объемного расширения масла, позволяет значительно увеличить полезный объем упомянутого масляного бака, также это позволило увеличить полезную длину масляного бака, которая обеспечивает лучшую смешиваемость гидравлического масла, вытекающего из сливной линии, с маслом масляного бака, которое поступает на прием приводного насоса через фильтр более охлажденное, благодаря дополнительно появившейся площади охлаждения гидравлического масла на всей длине компенсатора объемного расширения масла.
Расположенный под приводным маслонасосом протектор электродвигателя позволяет отказаться от необходимости сложного монтажа протектора на устье скважины и последующей его прокачки маслом.
Совмещение погружного электродвигателя, протектора электродвигателя, приводного устройства, компенсатора объемного расширения масла, гидравлического узла, гидродвигателя, рабочего насоса, компенсационного узла в едином корпусе позволяет сделать насос более коротким, провести закачку всех масел на заводе-изготовителе, установить все необходимые муфты на этапе сборки насоса и проверить работоспособность всего насоса в условиях завода, тем самым исключить операции и соответственно снизить риски, связанные с монтажом отдельных узлов и деталей насоса непосредственно на устье скважины, а также позволит уменьшить время монтажа и спуско-подъемных операций установки, тем самым уменьшить стоимость этих операций.