Газосепаратор для погружного центробежного электронасоса с регулировкой заглубления и вылета вала

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию и может быть использована при добыче нефтесодержащей пластовой жидкости из скважины с высоким газовым фактором с помощью погружного электрического центробежного насоса (ЭЦН).
Известен газосепаратор  центробежного насоса для добычи нефти из скважин (патент РФ № 2193653,  E21B 43/38, дата публикации 27.11.2002),  содержащий корпус, в котором сформирована полость притока с входными и выходными каналами, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения в опорах, размещенные на валу шнек, выпрямитель потока газожидкостной смеси, сепарирующие элементы, средства крепления вала в корпусе, при этом в корпусе ниже полости притока выполнена дополнительная полость, изолированная от полости притока откачиваемой газожидкостной смеси посредством уплотнения, причем в дополнительной полости размещена осевая опора вала, выполненная с возможностью восприятия ею осевых сил от валов секций насоса, пята осевой опоры закреплена на валу, а подпятник осевой опоры закреплен неподвижно относительно корпуса, при этом на верхнем конце вала установлена муфта с вкладышем для обеспечения механического контакта вала газосепаратора с валом следующей за газосепаратором насосной секции.
Недостатками известного газосепаратора являются  сложность регулировки заглубления вала, так как при установке/монтаже газосепаратора с ЭЦН без осевой опоры вала насоса требуется индивидуальная подгонка, с необходимой точностью, длины вкладыша  для обеспечения  контакта валов насоса и газосепаратора, при этом производят замер величины заглубления вала от присоединительного торца головки до контактной площадки вкладыша установленного с упором в муфту, которая также установлена с упором на вал газосепаратора. Производят расчет разницы между необходимым для работы  ЭЦН заглублением вала газосепаратора и фактически измеренным. Для приведения величины заглубления вала до необходимого размера для нормальной работы погружного ЭЦН, необходимо вынуть вкладыш из муфты и произвести подгонку длины вкладыша механической обработкой (например, срезкой) до необходимого размера, вновь установить доработанный вкладыш в муфту и повторным измерением заглубления вала газосепаратора относительно опорного торца головки до контактной площадки вкладыша с валом насоса, установленного с упором в шлицевую муфту, надетую также с упором в верхний торец вала газосепаратора, убедиться в достижении необходимого размера заглубления вала с нужной точностью. Также недостатком известного устройства является повышенная сложность и увеличенная длина газосепаратора из-за наличия осевой опоры,  расположенной в дополнительной полости и заполненной газожидкостной смесью с механическими примесями, что снижает надежность устройства при эксплуатации в скважине.
Известен газосепаратор для погружного центробежного электронасоса (патент РФ № 148640,  E21B43/38, дата публикации 10.12.2014), взятый в качестве прототипа,  содержащий корпус, головку, основание с центральным отверстием для входа жидкости, вал с расположенными на нем рабочими органами, опоры вала, гильзу для защиты корпуса от гидроабразивного износа, компенсатор для устранения осевых зазоров стыкуемых деталей выполненный в виде упругих колец, установленных в закрытых от перекачиваемой среды посадочных местах соединения гильзы с головкой, промежуточной и нижней опорами вала, а также между основанием и нижней опорой вала, установленной в корпусе.
Недостатками известных устройств являются невозможность использования данных устройств с насосами ЭЦН или входными  устройствами (фильтрами), вылеты валов которых имеют разные значения (например, оборудование разных производителей), что снижает универсальность аналогов. Существование данной проблемы подтверждают выдержки из обсуждения (Журнал «Инженерная практика» №2 2010 г., стр.13 раздел «Выдержки из обсуждения» второй абзац снизу) - «сейчас существует некая проблема в связи с тем, что появилось много производителей фильтров, но каждый изготавливает их со своими присоединителями. Допустим тот же ЖНША нельзя соединить с газосепаратором «Борца», хотя различия не так велики...».
Задача полезной модели – создание газосепаратора для погружного центробежного электронасоса с возможностью изменения заглубления и вылета вала газосепаратора относительно присоединительного торца корпуса головки  и относительно присоединительного торца корпуса основания  за счет изменения длины вала газосепаратора для подсоединения к оборудованию с разными присоединительными размерами.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, состоит в универсальности газосепаратора за счет точности сборки газосепаратора  с присоединяемым оборудованием в установках ЭЦН разных производителей, имеющих другие присоединительные размеры насоса ЭЦН  и входного  устройства за счет регулирования заглубления и вылета вала газосепаратора с двух сторон.
Технический результат достигается тем, что в газосепараторе для погружного центробежного электронасоса с регулировкой заглубления и вылета вала, содержащем корпус, головку, основание с центральным отверстием для входа жидкости, вал с расположенными на нем рабочими органами, опоры вала,  гильзу для защиты корпуса от гидрообразивного износа, компенсатор для устранения осевых зазоров стыкуемых деталей,  который выполнен в виде упругих колец, установленных в закрытых от перекачиваемой среды посадочных  местах соединения гильзы с головкой, промежуточной  и нижней опорами вала, а также между основанием и нижней опорой вала,  установленной в корпусе, согласно полезной модели на верхнем и нижнем концах вала газосепаратора выполнены отверстия, в каждое из которых установлен опорно-регулирующий элемент.
Технический результат достигается тем, что опорно-регулирующий элемент выполнен в виде винта с набором регулировочных шайб, что позволяет обеспечить требуемую точность сборки газосепаратора с оборудованием, расположенным ниже и выше газосепаратора, путем установки или снятия необходимого количества регулировочных шайб.
При необходимости винты с шайбами с обоих торцов вала газосепаратора могут быть выкручены, что при заданном вылете вала обеспечит максимальное заглубление вала относительно торца головки газосепаратора. Разность суммарной длины валов с опорно-регулирующими элементами и без них определяет диапазон изменения длины вала газосепаратора и при фиксированном значении вылета вала определяет возможности изменения заглубления вала, что определяет диапазон использования газосепаратора с оборудованием разных заводов-производителей, имеющих разные вылеты валов, присоединяемых к головке газосепаратора.
Таким образом, регулировку (подгонку) вала газосепаратора по длине можно производить как с одной, так и с двух сторон вала газосепаратора, обеспечивая требуемое значение заглубления вала газосепаратора относительно торца головки и требуемый вылет вала относительно опорного (присоединительного) торца основания, что позволяет произвести точную сборку  газосепаратора с оборудованием разных производителей, имеющих разные значения вылета и заглубления вала.
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 газосепаратора для погружного центробежного электронасоса с регулировкой заглубления и вылета вала.
На чертеже приведен общий вид газосепаратора для погружного центробежного электронасоса с регулировкой заглубления и вылета вала.
Газосепаратор содержит корпус 1, основание 2 с центральным отверстием 3 для прохода пластовой жидкости, головку 4 с разделителем потока 5, вал 6 с расположенными на нем рабочими органами: шнеком 7, лопастным колесом 8 и сепаратором 9. Вал 6 установлен с возможностью вращения в верхней подшипниковой опоре 10, размещенной в разделителе потока 5, промежуточной и нижней подшипниковых опорах 11 и 12 соответственно, установленных в корпусе 1. Подшипниковые опоры снабжены каналами для пропуска подаваемой жидкости.
Разделитель потока 5 снабжен каналами 13 для отвода газа в затрубное пространство скважины и каналами 14 для подачи дегазированной жидкости на приём насоса ЭЦН.
В корпусе 1 размещены защитные гильзы 15 и 16, компенсирующие кольца 17. Кольца 17 установлены в закрытых, лабиринтных посадочных местах  соединения гильз 15 и 16 с головкой 4, промежуточной  и нижней подшипниковыми опорами 11 и 12, а также между нижней подшипниковой опорой 12 и основанием 2.  Компенсатор, выполненный в виде колец 17, обеспечивает устранение осевых зазоров в цепи головка – гильза – промежуточная опора – гильза – нижняя опора - основание. За счет упругих свойств колец 17, выполненных из резины,   обеспечивается не только устранение зазоров, но и уплотнение стыков в местах соединения деталей, что исключает внутренние перетечки перекачиваемой среды.
На верхнем и нижнем концах вала 6 выполнены соответственно  отверстия 18 и 19 для установки в них  опорно-регулирующих элементов, выполненных в виде винтов 20  с  шайбами 21 и винтов 22 с шайбами 23.
Устройство работает следующим образом.
Перед монтажом  газосепаратора с оборудованием и последующей установкой в скважину осуществляют регулировку значения заглубления Х вала 6 газосепаратора относительно присоединительного торца головки 4 газосепаратора. В данном случае Х – расстояние между торцом винта 20, установленного в отверстие 18 вала 6,  и торцом головки 4 газосепаратора.
Регулировку заглубления Х вала 6 производят после предварительной регулировки значении вылета L вала 6 относительно присоединительного торца фланца основания 2 путем установки шайб 23 на винт 22, так как присоединительные размеры заглубления вала входных устройств (входной модуль, фильтр) у разных производителей имеют разные значения. Затем производят монтаж газосепаратора с входным устройством и входного устройства с гидрозащитой, при этом осуществляют плотный контакт вала 6 газосепаратора с валом входного устройства и вала входного устройства с валом гидрозащиты через опорные площадки соединительных муфт с упором в осевой подшипник вала гидрозащиты (не показано).
Далее производят замер величины заглубления Х вала 6 от присоединительного торца головки 4 газосепаратора с заданной для этого точностью, указанной в технической документации на сопрягаемое с газосепаратором оборудование, например насос ЭЦН без осевой опоры вала насоса.
После этого производят регулировку величины заглубления Х, увеличивая путем исключения количества шайб 21 или уменьшая путём установки дополнительных шайб 21. Регулировку заглубления вала 6 газосепаратора производят с учетом используемой при этом конкретной соединительной муфты, соединяющей вал 6 газосепаратора с валом ЭЦН и имеющей в конструкции, например, опорную пластину (штифт), передающее осевое усилие от вала ЭЦН на вал газосепаратора (не показано). Таким образом, осуществляют  передачу осевого усилия от вала ЭЦН без осевой опоры вала насоса на вал газосепаратора и в конечном итоге через вал входного устройства и опорные элементы соединительных шлицевых муфт на вал гидрозащиты (не показано). Учитывая, что осевой подшипник вала гидрозащиты работает в благоприятных условиях эксплуатации (масляной ванне), то он может успешно воспринять осевую нагрузку, передаваемую валом насоса ЭЦН через вал газосепаратора.
Вал 6 газосепаратора, собранный с опорно-регулирующими элементами, установленными на валу 6, имеет в этом случае максимальную длину. При этом    значение заглубления Х вала 6 при фиксированном вылете L вала 5 будет минимальным.  А  требуемое  значение заглубления Х вала 6, например, для насоса ЭЦН без осевой опоры с соединительной муфтой соединяющей вал насоса ЭЦН с валом газосепаратора (не показано), должно быть больше, для обеспечения возможности исключить необходимое количество, например, шайб 21 и тем самым произвести настройку заглубления Х с необходимой для этого точностью.
Для удобства регулировки заглубления Х вала 6 необходимо иметь толщину регулирующих шайб 21 меньше допуска на заданную точность регулировки заглубления Х вала 6. При необходимости регулировочные элементы 20, 21, 22, 23 можно исключить частично или полностью.
Таким образом, предложенная конструкция газосепаратора позволяет производить монтаж газосепаратора с оборудованием разных изготовителей в простой и удобной выверке заглубления или вылета вала газосепаратора в значительном диапазоне регулирования  путем  подгонки вала по длине с двух сторон, что повышает универсальность газосепаратора, расширяет область использования газосепаратора для комплектования с установками ЭЦН различных производителей, имеющих разные присоединительные размеры.
В скважине газосепаратор работает следующим образом.
Пластовая жидкость поступает в газосепаратор через входное центральное отверстие 3 основания 2,  пропускные отверстия (не показаны) подшипниковой опоры 12  и поступает на шнек 7, который создаёт напор для подъёма жидкости.   Далее жидкость проходит через пропускные отверстия подшипниковой опоры 11 и попадает на лопасти колеса 8, при вращении которого образуются укрупненные пузырьки газа в жидкости. В сепараторе 9 за счет центробежных сил происходит отделение пузырьков газа от жидкости, при этом жидкость концентрируется на периферии сепаратора, а газ располагается ближе к центру вращения вала 6. Далее по пропускным каналам 14 разделителя потока 5 дегазированная жидкость поступает на прием насоса ЭЦН,  газ по каналам 13 выходит в затрубное пространство скважины.