НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к насосному оборудованию и может быть использована в различных отраслях промышленности, в том числе для добычи нефти и газа при интенсивном притоке воды с песком к забою добывающей скважины.
Известна насосная установка, содержащая входной канал и выходной каналы, насосную рабочую камеру, сообщающуюся через соединительную трубу с клапанным узлом, оснащенным всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном. Насосная рабочая камера сообщается с входным каналом через всасывающий клапан и сообщается с выходным каналом через нагнетательный клапан (Горшков A.M. Насосы. - М.: Госэнергоиздат.- 1947. - стр. 65, фигура 46.).
Недостатком известного устройства является относительно низкая эффективность его работы в условиях, осложненных присутствием механических примесей в потоке перекачиваемой среды.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, является насосная установка, содержащая входной канал и выходной каналы, насосную рабочую камеру реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет, по крайней мере, два присоединительных канала, один из которых сообщается с соединительной трубой, а другой присоединительный канал сообщается с гидравлической камерой, которая в нижней части сообщается с входным каналом, при этом соединительная труба расположена вертикально и в верхней части соединена с насосной рабочей камерой, а в нижней части соединена с клапанным узлом, оснащенным всасывающим клапаном и нагнетательным клапаном, насосная рабочая камера сообщается с входным каналом через всасывающий клапан и сообщается с выходным каналом через нагнетательный клапан (RU 125272, 2012).
Недостатком известного устройства является относительно низкая эффективность его работы в осложненных условиях, обусловленных высокой концентрацией механических примесей в потоке перекачиваемой среды.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности работы насосной системы в осложненных условиях при высокой концентрации механических примесей в потоке перекачиваемой среды.
Указанная проблема решается тем, что в насосной установке, содержащей корпус с входным и выходным каналами, насосную рабочую камеру реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет два входных патрубка, один из которых через фильтр сообщается с полостью корпуса, а другой через второй фильтр сообщается с вертикально расположенной под насосной рабочей камерой промежуточной камерой цилиндрической формы, нижняя часть которой гидравлически связана с клапанным узлом, содержащим всасывающий и нагнетательный клапаны, согласно полезной модели, в полости промежуточной камеры расположены вертикальная перепускная труба, один конец которой расположен в верхней части промежуточной камеры, а второй конец - в ее нижней части, и песочный сепаратор, сообщающийся с входным каналом корпуса через всасывающий клапан, при этом насосная рабочая камера через перепускную трубу и через нагнетательный клапан гидравлически сообщается с выходным каналом корпуса и через песочный сепаратор и всасывающий клапан - с его входным каналом.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении оптимизации гидродинамических условий для движения твердых частиц в пульсирующем потоке жидкости в каналах насосной установки без ограничений по объемной концентрации механических примесей в перекачиваемой среде.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема насосной установки, соответствующая режиму работы при открытом всасывающем клапане и закрытом нагнетательном клапане, а на фиг. 2 представлена схема насосной установки, соответствующая режиму работы при закрытом всасывающем клапане и открытом нагнетательном клапане.
Насосная установка содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, насосную рабочую камеру 4 реверсивного типа, которая выполнена проточной и имеет два входных патрубка 5 и 6, один из которых 5 через фильтр 7 сообщается с полостью 8 корпуса 1, а другой патрубок 6 через второй фильтр 9 сообщается с вертикально расположенной под насосной рабочей камерой 4 промежуточной камерой 10 цилиндрической формы, нижняя часть которой гидравлически связана с клапанным узлом 11, содержащим всасывающий 12 и нагнетательный 13 клапаны. В полости промежуточной камеры 10 расположены вертикальная перепускная труба 14, один конец которой расположен в верхней части промежуточной камеры 10, а второй конец - в ее нижней части, и песочный сепаратор 15, сообщающийся с входным каналом 2 корпуса 1 через всасывающий клапан 12. Насосная рабочая камера 4 через перепускную трубу 14 и через нагнетательный клапан 13 гидравлически сообщается с выходным каналом 3 корпуса 1 и через песочный сепаратор 15 и всасывающий клапан 12 сообщается с его входным каналом 2.
Условие, когда насосная рабочая камера 4 имеет исполнение реверсивного типа, может быть обеспечено за счет использования реверсивного насоса (например, лабиринтного насоса, который может быть отнесен к группе реверсивных насосов). Такой насос может быть соединен с электродвигателем. На чертеже не показан электродвигатель, приводящий в действие реверсивный насос, имеющий насосную рабочую камеру 4. При использовании насосной установки для добычи нефти или газа в качестве полости 8 выступает внутренняя полость эксплуатационной колонны, а сама эксплуатационная колонна выполняет функции корпуса 1. При этом выходной канал 3 сообщается с колонной насосно-компрессорных труб 16.
В промежуточной камере 10 на фиг. 2 показана граница раздела 17, выше этой границы раздела 17 находится чистая жидкость, а ниже границы раздела 17 находится смесь твердых частиц и жидкости.
Предлагаемая насосная установка работает следующим образом.
Пластовая жидкость вместе с механическими примесями (с твердыми частицами, например с песком), поступает к входному каналу 2.
Электрическая энергия в электродвигателе преобразуется в механическую энергию. Механическая энергия в насосной рабочей камере 4 преобразуется в гидравлическую энергию, так как в насосной рабочей камере 4 осуществляется силовое воздействие на жидкость. Таким образом, создается поток перекачиваемой среды через фильтр 9, патрубок 6, насосную рабочую камеру 4 вверх через патрубок 5 и фильтр 7 в полость 8 корпуса 1.
При этом пластовая жидкость вместе с механическими примесями, через входной канал 2, через всасывающий клапан 12 и песочный сепаратор 15 поступает внутрь промежуточной камеры 10. За счет сил гравитации и при изменении направления потока в песочном сепараторе 15, механические примеси оседают в нижней части промежуточной камеры 10. При вертикальном расположении промежуточной камеры 10 действие гравитационных сил препятствует попаданию механических примесей в насосную рабочую камеру 4. Жидкость, очищенная от механических примесей, или с уменьшенной концентрацией механических примесей, поступает вверх в насосную рабочую камеру 4, как показано стрелками на фигуре 1. Далее меняют направление вращения вала электродвигателя, при этом меняют и направление потока в насосной рабочей камере 4 на противоположное направление. Из-за изменения направления течения жидкости в промежуточной камере 10 формируется граница раздела 17, механические примеси оседают в нижней части промежуточной камеры 10, как показано на фиг. 2.
Насосная рабочая камера 4 реверсивного типа обеспечивает изменение направления течения жидкости на противоположное направление, при этом поток жидкости направлен из полости 8 корпуса 1 через фильтр 7, патрубок 5, насосную рабочую камеру 4, патрубок 6 и фильтр 9 в полость промежуточной камеры 10, как показано стрелками на фиг. 2.
Пластовая жидкость с механическими примесями, из промежуточной камеры 10 через нагнетательный клапан 13 и выходной канал 3, поступает внутрь колонны насосно-компрессорных труб 16 и далее вверх к устью скважины. Жидкость из полости 8, проходя через фильтры 7 и 9, очищается от крупных механических примесей и заполняет полость промежуточной камеры 10, двигаясь в направлении сверху вниз. При этом загрязненная механическими примесями пластовая жидкость полностью вытесняется через нагнетательный клапан 13 и через выходной канал 3 в полость насосно-компрессорных труб 16.
Поскольку внутри промежуточной камеры 10 расположена вертикальная перепускная труба 14, часть потока направлена через вертикальную перепускную трубу 14 в сторону нагнетательного клапана 13, как показано стрелками на фигуре 2. Через вертикальную перепускную трубу 14 движется поток очищенной жидкости в направлении сверху-вниз, в нижней части на выходе из трубы 14 в поток подмешиваются механические примеси (твердые частицы, например песок). Образованная смесь жидкости и твердых частиц далее через нагнетательный клапан 13 поступает в выходной канал 3 и в колонну насосно-компрессорных труб 16. При этом концентрация механических примесей в потоке будет уменьшена по сравнению с концентрацией механических примесей в полости промежуточной камеры 10, что ниже границы раздела 17. Ниже границы раздела 17 объемная концентрация механических примесей достигает максимально возможного значения, поскольку здесь твердые частицы уже контактируют друг с другом, образуя поровые каналы между собой, а эти поровые каналы заполнены жидкостью.
В известных насосных установках при такой предельной концентрации отдельные твердые частицы теряют подвижность, а из-за контакта твердых частиц со стенками каналов движение твердых частиц прекращается, в результате чего установка перестает выполнять свои функции по перекачке смеси жидкости с песком. Поэтому в известных насосных установках необходимо вводить ограничения на концентрацию механических примесей в потоке, причем концентрация должна быть кратно меньше предельного значения. Предельная объемная концентрация твердых частиц может достигать значений в 60 процентов. В заявляемом техническом решении за счет создания оптимальных гидродинамических условий для движения твердых частиц в пульсирующем потоке жидкости в каналах насосной установки, концентрация твердых частиц может достигать предельных значений, но работоспособность заявляемой насосной установки при этом сохраняется. Создание таких гидродинамических условий достигается тем, что через вертикальную перепускную трубу 14 циклически движется поток очищенной жидкости в направлении сверху-вниз, а в нижней части на выходе из трубы 14 в поток подмешиваются механические примеси (твердые частицы, например песок). При этом обеспечиваются условия для свободного движения отдельных твердых частиц в потоке жидкости, а концентрация механических примесей в потоке будет всегда меньше по сравнению с концентрацией механических примесей в полости промежуточной камеры 10, что ниже границы раздела 17. После заполнения промежуточной камеры 10 очищенной жидкостью, рабочий цикл повторяется. Циклический пульсирующий режим течения жидкости в каналах насосной установки обеспечивает решение поставленной задачи. Продолжительность такого рабочего цикла в заявленной насосной установке можно регулировать путем управления работой электродвигателя, используя известные технические средства и технологии автоматизации.