ФИЛЬТР ДЛЯ ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЭЛЕКТРОНАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использована для защиты погружного скважинного центробежного электронасоса (ЭЦН) от попадания на прием насоса механических примесей при добыче пластовой жидкости (нефти) из скважины, а также от срыва подачи ЭЦН в случае засорения фильтрующих элементов механическими примесями.
Известна приставка-фильтр для погружного электронасоса (патент РФ №41792, МПК Е21В 43/08, дата публ. 10.11.2004), содержащая перфорированный корпус с соединительными элементами на концах и установленными на его наружной поверхности кольцевыми фильтрующими элементами, образующими между собой щелевые отверстия. Внутри корпуса с возможностью вращения размещен вал, на котором установлено не менее двух рабочих ступеней погружного электронасоса, между которыми размещен подшипник с приемным отверстием, совпадающим с приемным отверстием корпуса приставки фильтра.
Недостатками известной конструкции являются ее сложность, а также то, что при засорении фильтрующих элементов частицами механических примесей, содержащихся в жидкости, происходит прекращение поступления пластовой жидкости на прием насоса (срыв подачи). В результате срыва подачи происходят явления, негативно влияющие на работоспособность установки ЭЦН:
отсутствие движения жидкости вдоль погружного электродвигателя (ПЭД) приводит к его перегреву и последующему выходу из строя;
- в условиях отсутствия подачи вся энергия, потребляемая насосом, расходуется только на нагрев насоса и окружающей его жидкости;
- нагрев жидкости в насосе приводит к локальному парообразованию, что в свою очередь провоцирует сухое трение в рабочих деталях насоса и их повышенный износ;
- срыв подачи сопровождается плавлением кабеля, нарушением герметичности гидрозащиты, вызывает электропробой изоляции обмотки статора ПЭД.
Все это приводит к созданию аварийной ситуации, сокращению наработки на отказ, необходимости подъема всей установки ЭЦН из скважины для ее замены на другую установку.
Известен фильтр блочный для погружного центробежного электронасоса (патент РФ №2395014, МПК F04D 29/70, дата публ. 20.07.2010), взятый в качестве прототипа, содержащий основание, головку и установленный между ними фильтрующий блок, состоящий из одной или более фильтрующих секций, каждая из которых содержит перфорированный корпус с отверстиями для прохода жидкости. Фильтр снабжен сборно-разборным валом, установленным с возможностью вращения. Верхний конец вала снабжен шлицевыми элементами для соединения с муфтой насоса ЭЦН или газосепаратора, а нижний конец вала выполнен с возможностью соединения с валом гидрозащиты.
Недостатком известного фильтра блочного для погружного центробежного электронасоса является отсутствие защиты электронасоса от нештатных режимов работы (срыва подачи) при засорении фильтрующих элементов фильтра частицами механических примесей, присутствующих в жидкости, что уменьшает наработку на отказ, снижает надежность работы фильтра и насосного оборудования в целом.
Задача полезной модели - создание фильтра для погружного центробежного электронасоса с возможностью защиты от нештатных режимов работы при засорении фильтрующих элементов.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении надежности работы фильтра, увеличении наработки на отказ установки ЭЦН.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтре для погружного центробежного электронасоса, содержащем основание, головку и установленный между ними фильтрующий блок, состоящий из одной или более фильтрующих секций, при этом в корпусах основания и фильтрующего блока установлен вал с возможностью вращения, согласно полезной модели, в корпусе основания фильтра выполнено одно или более отверстий, в каждом из которых установлен обратный клапан, включающий седло и запорный элемент, установленный в корпусе обратного клапана с возможностью перемещения.
Выполнение отверстий в корпусе основания фильтра под углом к центральной оси фильтра по направлению потока добываемой жидкости позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление протекающей жидкости из затрубного пространства через отверстия в основании фильтра в случае засорения фильтрующих элементов, что увеличивает напор насоса, его производительность, повышает надежность работы фильтра, предотвращая срыв подачи насоса, что увеличивает наработку на отказ установки ЭЦН.
Установка клапана обратного в отверстии основания фильтра с помощью разъемного соединения, например, резьбового, позволяет быстро произвести его замену или ремонт.
Выполнение запорного элемента обратного клапана в виде шара обеспечивает герметичность обратного клапана в закрытом положении, а также при открытии клапана обеспечивает самоцентрирование шара в полости корпуса клапана. Точечный контакт шара и корпуса при перемещении шара вдоль оси обратного клапана не позволяет заклинивание его в корпусе, что повышает надежность работы клапана в целом.
Подпружинивание шара обратного клапана в противоположном направлении воздействия на шар потока жидкости, поступающего из затрубного пространства, позволяет использовать фильтр с обратным клапаном, как в горизонтальных, так и наклонных скважинах, что расширяет функциональные возможности устройства.
Сравнение заявленного решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что изложенная совокупность признаков не известна из существующего уровня техники, на основании чего можно сделать вывод о его соответствии критерию полезной модели «новизна».
Соответствие заявленной полезной модели критерию «промышленная применимость» показано на примере конкретного выполнения фильтра.
На чертеже приведен общий вид фильтра для погружного центробежного электронасоса ЭЦН.
Фильтр содержит основание 1, головку 2 и установленный между ними фильтрующий блок 3, состоящий из одной или более фильтрующих секций, каждая из которых содержит перфорированный корпус 4 с отверстиями 5 для прохода пластовой жидкости. Фильтр снабжен сборно-разборным валом 6, установленным с возможностью вращения. Верхний конец вала 6 снабжен шлицевыми элементами 7 для соединения с муфтой насоса ЭЦН или газосепаратора (не показано), а нижний конец вала 6 снабжен соединительной муфтой 8 для соединения фильтра с гидрозащитой (не показано). Фильтрующий элемент (не показан) фильтрующего блока 3 может быть выполнен разной формы (пружинный, из витой проволоки, экранный и др.) и размещен как внутри фильтрующего блока 3, так и снаружи перфорированного корпуса 4.
В корпусе 9 основания 1 фильтра выполнены отверстия 10, расположенные под углом к центральной оси фильтра по направлению потока добываемой жидкости. В каждом отверстии 10 установлен, например, с помощью резьбы, обратный клапан 11. В корпусе 12 обратного клапана 11 выполнено отверстие 13 для прохода жидкости, в котором размещен с возможностью перемещения запорный элемент, выполненный, например, в виде шара 14, подпружиненного пружиной 15 к седлу 16.
Устройство работает следующим образом.
При включении насосной установки пластовая жидкость проходит через отверстия 5 перфорированного корпуса 4 и фильтрующий элемент (не показан) внутрь фильтрующего блока 3, отфильтровывается от механических примесей и поступает на прием насоса ЭЦН. При этом шар 14 обратного клапана 11 прижат к седлу 16 пружиной 15, что исключает подвод пластовой жидкости из затрубного пространства внутрь фильтра через отверстия 10.
При засорении фильтрующего элемента и/или отверстий 5 перфорированного корпуса 4 фильтрующего блока 3 частицами механических примесей происходит увеличение перепада давления жидкости между давлением снаружи и давлением во внутренней полости фильтра. При этом под действием перепада давления жидкости происходит открытие обратных клапанов 11. Шар 14 отходит от седла 16, сжимая пружину 15, и пластовая жидкость через отверстие 13 каждого обратного клапана 11 из затрубного пространства проходит внутрь фильтра и поступает на прием насоса ЭЦН, обеспечивая его жидкостью для работы, что исключает срыв подачи насоса, обеспечивая охлаждение корпуса погружного электродвигателя потоком пластовой жидкости, исключая перегрев обмотки статора ПЭД и выход погружного электродвигателя из строя по причине пробоя изоляции, что увеличивает наработку на отказ установки ЭЦН в целом.