ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтяному машиностроению, в частности, к устройствам электроцентробежных насосов для подъема пластовой жидкости из скважин, осложненных выносом проппанта и песка.
Известен входной модуль электроцентробежного насоса в виде корпуса с валом и подводящими отверстиями, снабженный пенометаллическим фильтром, размещенным между корпусом и валом (см., например, патент РФ №2261369, F04D 13/10, 2005).
Недостатком входного модуля является ограниченное время работы в условиях интенсивного выноса механических примесей из-за улавливания частиц в объеме пенометаллического фильтра и потере им пропускной способности.
Известен входной модуль погружного электроцентробежного насоса, содержащий корпус с валом и промежуточными подшипниками, по всей длине корпуса с помощью опорных колец установлен многосекционный фильтр в виде щелевого экрана и с определенной периодичностью расположены отверстия (см., например, патент РФ №42081, F04D 13/10, 2004).
Недостатком входного модуля является невысокая степень очистки пластовой жидкости, определяемая шириной щели экрана и составляющая на практике 100…200 мкм. При этом мелкодисперсные частицы с размером менее ширины щели попадают с жидкостью во входной модуль, накапливаются в застойных зонах вблизи подшипников, вызывая интенсивный износ последних.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является входной модуль погружного электроцентробежного насоса, содержащий перфорированный корпус, расположенный вокруг него многосекционный щелевой фильтроэлемент в виде продольных профилей и навитого поверх них наружного профиля, кольца между секциями, вал, установленный посредством промежуточных подшипников, отделенных друг от друга распорными трубками с отверстиями, отбойники с элементами подпружинивания, размещенные попарно в каждом промежуточном подшипнике, верхнюю головку с верхним подшипником в ней и нижнее основание с защитной втулкой на шлицевой муфте, стягивающие перфорированный корпус и многосекционный щелевой фильтроэлемент (см., например, патент РФ №2312253, F04D 13/10, 2007).
Недостатком входного модуля, принятого за прототип, являются ограниченные технические возможности, а именно его способность работать с пластовой жидкостью, содержащей только крупнодисперсные примеси. Мелкая фракция частиц проходит между витками щелевых фильтроэлементов, оседает в застойных зонах входного модуля и вызывает износ подшипников; часть механических примесей попадает в электроцентробежный насос, приводя в свою очередь к износу его рабочих органов. Кроме того, конструкция входного модуля включает однотипные, усложняющие процесс сборки детали - секции щелевых фильтроэлементов и кольца. И, наконец, скорость жидкости не постоянна по длине входного модуля: в верхних сечениях скорость максимальна, а в нижних - минимальна. Это приводит к неравномерной загрязняемости щелей по длине входного модуля и более быстрой потере частью из них пропускной способности.
Задачей настоящей полезной модели является повышение качества очистки пластовой жидкости, поступающей во входной модуль и насосные секции, с тем, чтобы повысить надежность и долговечность погружного ЭЦН в целом при эксплуатации в скважинах с большим выносом механических примесей. Полезная модель направлена на снижение материало- и трудоемкости изготовления входного модуля.
Указанный технический результат достигается тем, что во входном модуле погружного электроцентробежного насоса, содержащем щелевой фильтроэлемент в виде продольных опорных профилей и навитого поверх них наружного профиля, вал, установленный посредством промежуточных подшипников, отделенных друг от друга распорными трубками с отверстиями и снабженных отбойниками с элементами подпружинивания, верхнюю головку и нижнее основание, стягивающие щелевой фильтроэлемент, согласно полезной модели, щелевой фильтроэлемент выполнен односекционным, охватывающим продольными опорными профилями промежуточные подшипники, и снабжен резьбовыми окончаниями, а распорные трубки выполнены с характерным размером отверстий, меньшим ширины щели односекционного щелевого фильтроэлемента.
Распорные трубки могут быть выполнены по аналогии с односекционным щелевым фильтроэлементом в виде продольных опорных профилей и навитого поверх них наружного профиля, то есть в виде щелевой трубки. Ширина щели в распорных щелевых трубках выбирается меньше, чем в односекционном щелевом фильтроэлементе.
Распорные трубки могут быть изготовлены из пористого спеченного металла, например, титана, нержавеющей стали или бронзы. Пористый металл может быть использован в виде вставок в отверстиях литых распорных трубок. Размер пор пористого металла выбирается меньше размера щели односекционного щелевого фильтроэлемента.
В предлагаемом входном модуле односекционный щелевой фильтроэлемент с резьбовыми окончаниями выполняет наряду с функцией преграды от механических примесей функцию несущего корпуса. Размеры поперечного сечения внутренних опорных и наружного навитого профиля в сочетании со сварочной технологией соединения их между собой и с резьбовыми окончаниями обеспечивают односекционному щелевому фильтроэлементу механические свойства на уровне толстостенной трубы.
Высокая точность геометрической конфигурации и размеров внутренних опорных профилей позволяет установить в односекционном щелевом фильтроэлементе промежуточные подшипники и другие детали входного модуля. Длина односекционного щелевого фильтроэлемента при заданном размере щели определяет пропускную способность входного модуля и подбирается под подачу погружного электроцентробежного насоса.
Исполнение щелевого фильтроэлемента в виде одной секции уменьшает количество деталей и снижает трудоемкость сборки входного модуля.
Распорные трубки из пористого металла или в виде щелевой трубки или из литой трубки с пористыми вставками обладают приемлемыми механическими свойствами для восприятия осевой нагрузки, возникающей при закручивании верхней головки и нижнего основания на резьбовых окончаниях односекционного щелевого фильтроэлемента.
Распорные трубки могут быть выполнены с дискретно увеличивающимся сверху вниз размером пор или щели для выравнивания скорости жидкости по длине входного модуля.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. показан заявляемый входной модуль погружного электроцентробежного насоса.
Входной модуль состоит из односекционного щелевого фильтроэлемента 1, выполненного из продольных опорных профилей 2, поверх которых с зазором навиты витки наружного профиля 3. Между витками наружного профиля 3 образована непрерывная щель 4. На концах односекционного щелевого фильтроэлемента 1 имеется резьба 5. Продольные опорные профили 2 плотно охватывают промежуточные подшипники 6, посредством которых установлен вал 7. Промежуточные подшипники 6 отделены друг от друга распорными трубками 8, например, щелевыми, установленными концентрично валу 7. В качестве распорных трубок могут быть также использованы трубки из пористого металла или литые трубки с пористыми вставками. Между односекционным щелевым фильтроэлементом 1 и распорными трубками 8 образованы кольцевые зазоры 9.
В каждом промежуточном подшипнике 6, имеющем осевые отверстия 10, попарно размещены отбойники 11 с элементами подпружинивания. На резьбовые окончания 5 односекционного щелевого фильтроэлемента 1 накручивается верхняя головка 12 и нижнее основание 13.
Входной модуль работает следующим образом.
За счет градиента давления, создаваемого погружным электроцентробежным насосом (ЭЦН), загрязненная песком и проппантом пластовая жидкость всасывается во входной модуль и одновременно фильтруется сквозь щель 4 между витками навитого профиля 3 односекционного щелевого фильтроэлемента 1. Содержащиеся в жидкости частицы с размером, превышающим ширину щели 4, задерживаются между витками профиля 3. Опорные профили 2, имеющие металлическую связь в местах контакта с витками наружного профиля 3, предотвращают смятие последнего при возникновении перепада давления на нем вследствие загрязнения щели 4. Кроме того, благодаря опорным профилям 2 сохраняется геометрическая стабильность системы вал 7 - промежуточные подшипники 6 и обеспечивается работоспособность входного модуля в целом.
Очищенная на односекционном щелевом фильтроэлементе 1 от наиболее крупных частиц, пластовая жидкость попадает в кольцевой зазор 9, фильтруется через проницаемые распорные трубки 8 и освобождается от мелкодисперсных частиц. Размер частиц, отделяемых с помощью распорных трубок 8 и односекционного щелевого фильтроэлемента 1, отличаются в несколько раз вследствие существенной разницы между характерным размером их проходных отверстий - щелей или пор. Таким образом, при работе входного модуля реализуется двухкаскадный механизм очистки.
Далее очищенная жидкость меняет направление движения с радиального на осевое и течет через отверстия 10 в промежуточных подшипниках 6 вдоль вала 7. Отбойники 11 с элементами подпружинивания предотвращают попадание оставшихся в жидкости после двухкаскадной фильтрации ультрадисперсных частиц в зазоры между валом 7 и промежуточными подшипниками 6.
В конечном счете, жидкость попадает в ЭЦН (не показан), где приобретает необходимый напор и подается по НКТ на дневную поверхность.
Таким образом, предлагаемый входной модуль предотвращает попадание механических примесей с широким фракционным составом в насосные секции, благодаря чему снижается абразивный износ рабочих органов ЭЦН и повышается его эксплуатационная надежность.