Установка погружного лопастного насоса для поддержания пластового давления

Полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использована в погружных установках лопастных насосов, используемых для закачки жидкости в пласт для поддержания пластового давления в скважине.
Наиболее близким аналогом является конструкция насоса из патента RU 2751684. В установке погружного многоступенчатого насоса, содержащей электродвигатель, протектор и лопастной насос, в состав которого входит вал, корпус, головка, основание, по крайней мере две ступени. 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. 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 нижеустановленным 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. Осевая опора ступени с большим диаметром выполнена с возможностью в момент пуска установки выполнять функцию торцевого уплотнения для осевой опоры меньшего диаметра.
Однако при обеспечении осевой опоры для вала в данной конструкции наблюдается большое количество абразивных частиц в области работы узла осевой опоры ступени.
Технической проблемой заявляемой полезной модели является возможность применения установки погружного лопастного насоса в условиях повышенного содержания механических примесей при обеспечении осевой опоры для вала.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надёжности установки погружного лопастного насоса в условиях повышенного содержания механических примесей.
Сущность полезной модели.
В установке погружного многоступенчатого насоса для поддержания пластового давления, содержащей электродвигатель, протектор, секцию лопастного насоса, установленные последовательно сверху вниз, в состав секции лопастного насоса входит вал, корпус, головка, основание, по крайней мере две ступени, каждая ступень содержит рабочее колесо со ступицей, установленное на валу, и направляющий аппарат, установленный в корпусе, при этом на входе в секцию установлен узел осевой опоры насоса, который включает две ступени, 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, в каждой ступени между колесом и ниже установленным направляющим аппаратом изготовлены осевые пары трения, образующие узел осевой опоры ступени, на входе в секцию в узле осевой опоры насоса установлены две центробежные ступени по компрессионной схеме, для осевых опор пары трения выполнены в виде опорных шайб, толщина опорных шайб между центробежными колесами узла опоры и ниже установленными направляющими аппаратами составляет не менее 1,5 мм, на периферии ведущего диска рабочих колес узла опоры изготовлена дополнительная лопастная решетка для принудительной центробежной сепарации механических примесей.
Заявляемая установка погружного многоступенчатого насоса для поддержания пластового давления имеет следующие аспекты выполнения.
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.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Если электродвигатель, протектор, погружной насос установлены последовательно сверху вниз, это позволит закачивать рабочую жидкость, обычно воду, в пласт за счёт 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 ступени, установленные по компрессионной схеме, 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. Компрессионная схема сборки двух ступеней подразумевает, что после приработки будут задействованы одновременно пары трения обеих ступеней. Компрессионная схема обеспечивает разгрузку опорных шайб рабочих колес в этих ступенях от осевой нагрузки.
Если на периферии ведущего диска рабочих колес узла опоры изготовлена дополнительная лопастная решетка для принудительной центробежной сепарации механических примесей, это позволит снизить количество абразивных частиц в области работы узла осевой опоры ступени, увеличить надежность работы этого узла.
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 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.
Толщина опорных шайб между центробежными колесами узла опоры и ниже установленными направляющими аппаратами составляет не менее 1,5 мм. Эта величина получена исходя из аналитических расчетов скорости износа при требуемых условиях работы. Максимальная толщина ограничивается возможностью обеспечить осевой зазор между аппаратом и колесом для установки шайбы без ущерба для себестоимости и унификации.
Исходя из вышесказанного, конструктивные варианты полезной модели позволяют использовать две верхние ступени насоса в качестве осевой опоры для вала секции, при этом обеспечив высокую надежность, унификацию с серийными насосами и низкую себестоимость изделия.
Полезная модель поясняется фигурами 1-5, на которых изображены:
на фиг. 1 - схема погружной установки в составе насосно-компрессорной трубы, компенсатора гидрозащиты, двигателя, протектора, лопастного насоса;
на фиг. 2 - общий вид секции насоса в разрезе;
на фиг. 3 - укрупненно верхняя часть секции насоса в разрезе со ступенями;
на фиг. 4 - укрупненно верхняя часть секции насоса в разрезе со ступенями со втулкой между ступицами рабочих колес;
на фиг. 5 - укрупненно верхняя часть секции насоса в разрезе с центробежными ступенями.
На фиг. 1-5 позициями 1-19 обозначены:
1 - труба;
2 - компенсатор гидрозащиты;
3 - двигатель;
4 - протектор;
5 - лопастной насос;
6 - корпус насоса;
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;
19 - дополнительная лопастная решетка.
Погружная установка содержит в своем составе насосно-компрессорную трубу 1, компенсатор гидрозащиты 2, двигатель 3, протектор 4, лопастной насос 5.
Секция погружного многоступенчатого насоса установки поддержания пластового давления содержит корпус 6, внутри которого установлен вал 7. К корпусу 6 присоединены головка 8 и основание 9. В корпусе по компрессионной схеме установлены 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 секцию установлена ступень, в которой рабочее колесо 13 установлено без возможности осевого перемещения на валу 7 по отношению к ступице нижестоящего колеса и по отношению к опорному кольцу 14, установленному на валу 7 выше этого рабочего колеса 13. Между рабочим колесом 13 верхней ступени и установленным за ним направляющим аппаратом 15 и ниже установленным на валу 7 рабочим колесом и направляющими аппаратом установлены опорные шайбы 16. Толщина опорных шайб 16 между рабочими колесами 13 узла опоры и ниже установленными направляющими аппаратами 15 составляет не менее 1,5 мм. На периферии ведущего диска рабочего колеса 13 узла опоры изготовлена дополнительная лопастная решетка 19 для принудительной центробежной сепарации механических примесей.
В варианте конструктивного исполнения между ступицей 11 рабочего колеса 13 верхней ступени и ступицей ниже установленного колеса установлена без зазора втулка 17. Между ступицей рабочего колеса 13 верхней ступени и опорным кольцом 14 установлены без зазора втулки 18.
Установка работает следующим образом.
После включения двигателя 3 в начальный момент включения вес вала 7 секции насоса 5 воспринимается осевой опорой, образованной из двух верхних ступеней, в которых рабочие колеса 13 опираются на соответствующие им направляющие аппараты 14, при этом шайбы 16 образуют пары трения.
При дальнейшем вращении вала 7 погружного многоступенчатого 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 вследствие перепада давления, воспринимается осевой опорой в протекторе гидрозащиты 4.
Дополнительная лопастная решетка 19 на периферии ведущего диска рабочих колес 13 узла опоры ступени обеспечивает принудительную центробежную сепарацию механических примесей. За счёт этого снижается количество абразивных частиц в области работы узла осевой опоры ступени, увеличивается надежность работы этого узла и установки в целом. Могут быть использованы пары трения из более дешёвых материалов.
Таким образом, решается задача полезной модели по повышению надежности и снижению себестоимости.