СКВАЖИННЫЙ НАСОС
WELL PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин.
Известен скважинный центробежный насос, раскрытый в описании к патенту RU 2001312, F04D 13/10, 1993 г., содержащий двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства в виде корпуса с валом и подводящими отверстиями, закрытыми приемной сеткой.
Недостатком указанного насоса является его низкая надежность при работе в скважинах с повышенным содержанием механических примесей, так как всасывающее устройство с сеткой не предотвращает попадание механических примесей в рабочие органы насоса, что приводит к абразивному износу последнего.
Известен погружной центробежный насос, описанный в книге «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Международный транслятор», М.: «Наука и Техника», 1999 г., с.91-93, содержащий двигатель, насосные секции и входной модуль, представляющий собой всасывающее устройство, имеющее корпус с валом, входные отверстия и сетку.
Известный насос с указанным всасывающим устройством предотвращает попадание в полость насоса крупных частиц механических примесей, но не позволяет проводить тонкую очистку пластовой жидкости, что приводит к попаданию механических примесей в рабочие органы насоса и вызывает их износ.
Известна модульная секция погружного центробежного насоса, описанная в патенте RU 2312253, F04D 13/10, 2007 г., содержащая перфорированный корпус с расположенным на нем многосекционным щелевым фильтром, вал, головку, основание, верхний, нижний и промежуточные подшипники.
Известное устройство не предотвращает попадание крупных механических примесей в рабочие органы насоса и не позволяет проводить тонкую очистку пластовой жидкости.
Известен скважинный центробежный насос, раскрытый в описании к патенту RU 2261369, F04D 13/10, 2005 г. Указанный насос содержит двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства в виде корпуса с валом и подводящими отверстиями и с пенометаллическим фильтром, размещенным между корпусом и валом с образованием кольцевых полостей между ними.
Недостатком насоса с пенометаллическим фильтром является недостаточно высокая эффективность работы насоса из-за относительно невысокой пропускной способности фильтра, так как пенометалл представляет собой жесткую конструкцию с неэластичными ячейками, которые могут забиваться механическими примесями, что затрудняет проход пластовой жидкости и снижает срок работы насоса до регенерации фильтра. Кроме того, механические примеси скапливаются во всасывающем устройстве в нижней части кольцевой полости между корпусом и фильтром, что приводит к перекрытию доступа пластовой жидкости к нижней части фильтра и, следовательно, к уменьшению площади фильтрующей поверхности фильтра и нарушению равномерной фильтрации по всей его длине. В случае сильного загрязнения отдельных участков фильтра весь фильтр не подлежит регенерации и требуется его замена.
Известен скважинный насос, описанный в патенте RU 2353813, F04D 13/10, 2005 г. и выбранный за прототип, включающий двигатель, всасывающее устройство, содержащее корпус с подводящими пластовую жидкость отверстиями, вал, головку, основание, верхнюю, нижнюю и промежуточные опоры, фильтр, размещенный между корпусом и валом и выполненный из фильтрующих элементов из проницаемого материала из спиральной проволоки «металлорезина», центратор, сборник механических примесей с каналами для отвода механических примесей в затрубное пространство.
Недостатками известного насоса являются недостаточно высокая эффективность работы насоса и его эксплуатационная надежность из-за относительно невысокой пропускной способности фильтра, так как фильтр имеет недостаточно большую площадь фильтрующей поверхности в связи с тем, что он расположен внутри корпуса, и, кроме того, сборник механических примесей не позволяет достаточно быстро удалять механические примеси в затрубное пространство, они скапливаются в нижней части всасывающего устройства и перекрывают доступ пластовой жидкости к нижней части фильтра.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы насоса, его эксплуатационной надежности путем повышения пропускной способности фильтра всасывающего устройства, исключения отложений механических примесей внутри всасывающего устройства и обеспечение ремонтопригодности и более простой сборки и разборки всасывающего устройства при ремонтных работах.
Эта задача решается созданием скважинного насоса, который включает двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства, содержащего вал, головку и основание, верхнюю, нижнюю и, по меньшей мере, одну промежуточную опоры вала, фильтр, выполненный из фильтрующих элементов в виде трубчатого элемента из проницаемого материала из спиральной проволоки «металлорезина», центратор, отличается тем, что всасывающее устройство содержит, по меньшей мере, два картриджа и, по меньшей мере, один ниппель, картриджи расположены между головкой и основанием и соединены с помощью ниппеля, в котором закреплена промежуточная опора вала, причем каждый картридж выполнен в виде корпуса с отверстиями, фильтра, расположенного снаружи корпуса с образованием кольцевой полости между ними и установленного на центраторе, расположенном между корпусом и фильтром, и каждый картридж снабжен, по меньшей мере, одной регулировочной шайбой.
Верхняя, нижняя и промежуточные опоры могут быть снабжены демпферами. Фильтр может быть выполнен, по меньшей мере, из одного слоя. Центратор может быть выполнен в виде каркаса из втулок и продольных стержней круглого сечения. В другом исполнении центратор может быть выполнен из проволочной сетки в виде гофрированной трубки с гофрами треугольного сечения и продольным относительно вала расположением гофр. Центратор также может быть выполнен из колец в форме тавра или двутавра в поперечном сечении и кольца установлены между соседними фильтрующими элементами с охватом их концов. Фильтрующие элементы могут быть выполнены с металлическими наконечниками на концах трубчатого элемента.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен заявленный скважинный насос, на фиг.2 - скважинный насос с предохранительным устройством, на фиг.3 - картридж с фильтрующим элементом в один слой, на фиг.4 - центратор в виде втулок и стержней с фильтрующим элементом в два слоя, на фиг.5 - центратор в виде гофрированной трубки, на фиг.6 - центратор в виде колец в форме тавра, на фиг.7 - центратор в виде колец в форме двутавра, на фиг.8 - фильтрующий элемент с металлическими наконечниками, на фиг.9 - сечение по промежуточной опоре.
Скважинный насос центробежного, винтового или любого другого типа насоса состоит из двигателя 1, всасывающего устройства 2, нижней насосной секции 3. Всасывающее устройство 2 содержит вал 4, головку 5, основание 6, верхнюю 7, нижнюю 8, по меньшей мере, одну промежуточную 9 опоры вала 4. Всасывающее устройство 2 содержит, по меньшей мере, два картриджа 10 и, по меньшей мере, один ниппель 11. Картриджи расположены между головкой 5 и основанием 6 и соединены ниппелем 11. Количество картриджей определяется длиной всасывающего устройства, которая зависит от требующейся пропускной способности.
Каждый картридж 10 содержит корпус 12 с отводящими очищенную пластовую жидкость отверстиями 13, фильтр 14, расположенный снаружи корпуса 12 с образованием кольцевой полости 15 между ними. Фильтр установлен на центраторе 16, который расположен между корпусом 12 и фильтром 14.
Фильтр 14 картриджа 10 выполнен из фильтрующих элементов 17 в виде трубчатого элемента из спиральной проволоки «металлорезина» открытой пористой структуры. Фильтрующие элементы 17 сопрягаются своими торцами друг с другом с определенным натягом. Фильтрующие элементы 17 выполнены с возможностью упругой деформации во время работы всасывающего устройства, что обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление потоку пластовой жидкости. Фильтр 14 из фильтрующих элементов 17 может быть однослойным или многослойным. Многослойный фильтр набран из фильтрующих трубчатых элементов с разной тонкостью очистки, при этом элементы, обеспечивающие более тонкую очистку, вставлены в фильтрующие элементы более грубой очистки. Каждый фильтрующий элемент 17 может быть выполнен с металлическими наконечниками 18 на концах трубчатого элемента.
Картридж 10 снабжен, по меньшей мере, одной регулировочной шайбой 19, которая обеспечивает контролируемое сжатие фильтрующих элементов 17, что позволяет регулировать размеры пор фильтрующих элементов 17 и, следовательно, тонкость очистки, и, кроме того, гарантирует плотность прилегания торцов фильтрующих элементов 17.
Центратор 16 может быть выполнен в виде каркаса из втулок 20 и продольных стержней 21 круглого сечения. В другом исполнении может быть выполнен из проволочной сетки в виде гофрированной трубки 22 с гофрами треугольного сечения и продольным относительно вала расположением гофр. Центратор 16 также может быть выполнен из колец в форме тавpa 23 или двутавра 24 в поперечном сечении. Кольца 23 или 24 установлены между соседними фильтрующими элементами 17 с охватом их концов.
Для снижения вибрации всасывающего устройства 2 и ликвидации застойных зон в фильтре 14 всасывающее устройство 2 может быть снабжено демпферами 25, которые установлены в верхней 7, нижней 8 и промежуточной 9 опорах вала. Демпферы 25 могут быть выполнены из резины или другого упругого материала. Промежуточная опора 9 закреплена в ниппеле 11. Для обеспечения прохода отфильтрованной пластовой жидкости в насосные секции в верхней 7 и промежуточной 9 опорах выполнены каналы 26. Для предотвращения гидравлического удара при остановке насоса всасывающее устройство 2 снабжено предохранительным устройством 27, которое расположено в головке 6.
Скважинный насос работает следующим образом. Двигатель 1 скважинного насоса через вал 4 приводит во вращение рабочие органы насосных секций 3. Под воздействием всасывания насоса пластовая жидкость поступает на фильтрацию. Крупные механические примеси с размером более размера пор фильтра 14, составленного из фильтрующих элементов 17, отражаются от наружной поверхности фильтра 14 и скатываются в затрубное пространство. Пластовая жидкость с механическими примесями с размером пор менее размера пор фильтра 14 проходит в проволочную структуру фильтра 14. Часть мелких частиц задерживается проволочной структурой и осаждается в порах фильтра 14. В связи с тем, что все поры являются сообщающимися и фильтр 14 выполнен с возможностью упругой деформации, механические включения, способные перекрыть отдельные поры, не нарушают работоспособности фильтра 14 в целом, что способствует более длительному сроку работы фильтра до его регенерации. Отфильтрованная пластовая жидкость попадает между фильтром 14 и корпусом 12 картриджа 10 и через отверстия 13 в корпусе 12 поступает в кольцевую полость 15 между корпусом 12 картриджа 10 и валом 4 и далее через каналы 26 в промежуточной 9 и верхней 7 опорах вала 4 по кольцевой полости 15 поступает в насосные секции 3. При остановке насоса пластовая жидкость движется в обратном направлении, и, таким образом, есть вероятность возникновения гидроудара, способного разрушить фильтр. Предохранительное устройство открывается, уменьшает давление и предотвращает гидроудар.
Применение картриджей с наружным расположением фильтра по отношению к корпусу картриджа позволяет повысить пропускную способность всасывающего устройства за счет большей фильтрующей поверхности по сравнению с фильтром, расположенным внутри корпуса в устройстве, выбранном за прототип. Механические примеси с размером пор более размера пор фильтра не попадают во всасывающее устройство и остаются в затрубном пространстве. Применение демпферов способствует ликвидации застойных зон в фильтре. Выполнение всасывающего устройства из картриджей обеспечивает удобство разборки и сборки устройства и повышает его ремонтопригодность, так как позволяет заменять отдельные, вышедшие из строя в процессе эксплуатации картриджи полностью или частично путем замены отдельных сильно загрязненных и не подлежащих регенерации фильтрующих элементов фильтра. Применение предохранительного устройства обеспечивает стойкость фильтрующих элементов к разрушению при обратном движении пластовой жидкости.
Таким образом, настоящая конструкция повышает эффективность, эксплуатационную надежность, ремонтопригодность скважинного насоса и обеспечивает удобство сборки и разборки при ремонтных работах.