Модуль-обратный клапан

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к технике для подъема газоводонефтяной смеси из пласта, и предназначена для использования в установках электропогружных центробежных насосов (ЭЦН) в скважинах с высокими значениями попутного газа при периодической эксплуатации скважин в условиях относительно низкого пластового давления на приеме насоса.
Предпосылки для создания полезной модели.
В процессе периодической эксплуатации скважин при остановке электропогружного центробежного насосного агрегата в скважинах с вышеуказанными осложнениями, в условиях относительно низкого пластового давления на приеме насоса растворенный газ начинает интенсивно отделяться от жидкости и скапливаться, заполняя обширную зону в рабочих каналах насоса под обратным клапаном. Газовое скопление оказывает негативное влияние на работу насоса при запуске, приводит к преждевременному износу деталей насоса, увеличению степени вибраций, перегреву двигателя и срыву подачи.
В связи с этим возникает необходимость технически обеспечить возможность удаления свободного газа из насоса в период остановки при периодической эксплуатации скважин.
Анализ существующего оборудования в этой области показал следующее.
В существующей установке электропогружного центробежного насоса обратный клапан монтируют на резьбе над насосным агрегатом с целью облегчения запуска насоса и предотвращения обратного вращения ротора в случае остановки. Но, при условии низкого пластового давления и необходимости периодически останавливать насосный агрегат наличие клапана приводит к серьезным проблемам при работе насоса. (Думлер Е.Б., Бикбулатова Г.И., Погружные центробежные насосные установки. Учебное пособие. - Альметьевск: АГНИ, 2009 г. - 100 с., стр. 27-28).
Наиболее близким к полезной модели является обратный клапан установки электропогружного центробежного насоса, содержащий седло, запорный орган - тарелку клапана и предохранительную манжету, при этом данный клапан установлен в нижней части верхнего модуля секции насоса с возможностью изготовления в двух исполнениях: с металлическим седлом или с резиновым седлом в корпусе насоса, причем защитная втулка вала установлена на валу верхним концом встык с опорной втулкой, при этом защитная втулка вала застопорена стопорным кольцом в нижней части (Патент РФ №152084, кл. F16K 15/00, 2014 г.).
Недостатком известного электропогружного скважинного насоса с предохранительным клапаном в модуле секции является необходимость изменения конструкции штатно выпускаемых модулей насоса, что не желательно, как для производителей, так и для потребителей, помимо этого, из-за отсутствия направляющих поверхностей в надклапанной зоне образуются завихрения потока жидкости, поступающей на вход в рабочее колесо насоса, что негативно влияет на процессы движения жидкости в рабочей ступени насоса. Расположение клапанного узла в верхнем модуле секции не решает проблему, т.к. свободный газ будет скапливаться в рабочих ступенях модулей секций расположенных ниже - в зоне под клапаном.
Техническая задача, решаемая созданием полезной модели - сохранение давления жидкости в рабочих каналах электропогружного центробежного насоса и в расположенных над насосом насосно-компрессорных трубах (НКТ), что ограничит высвобождение растворенного газа и обеспечит запуск насоса; исключение необходимости изменения конструкции штатно выпускаемых модулей насоса, а также снижение износа узлов, вибрации насосного оборудования, вызываемой присутствием газовых скоплений (включений) в откачиваемой продукции, и предотвращение перегрева двигателя и срыва подачи. Поставленная задача решается созданием модуль-обратного клапана.
Скважинная насосная установка содержит центробежный насосный агрегат, установленный в скважине на колонне НКТ, и включает обратный клапан, содержащий седло, запорный орган - тарелку клапана и защитную втулку.
Новым является то, что модуль-обратный клапан выполняет одновременно функции узла, передающего вращение с двигателя на насос и обратного клапана. Соединение модулей между собой на фланцах.
Новым является то, что седлом модуль-обратного клапана служит коническая расточка корпуса.
Новым является то, что контактную наружную поверхность запорного органа - тарелки армируют уплотнительной манжетой, выполненной из нефтестойкой резины. Тарелка перемещается по поверхности защитной втулки, установленной на валу, для открытия и закрытия модуль-обратного клапана. Наличие в конструкции вала со шлицами на концах позволяет передавать вращение с двигателя на насос.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
- на фиг. 1 приведена схема компоновки внутрискважинного электропогружного насосного агрегата (существующая);
- на фиг. 2 приведена схема компоновки внутрискважинного электропогружного насосного агрегата (предлагаемая конструкция);
- на фиг. 3 представлен модуль-обратный клапан.
Существующая компоновка внутрискважинного электропогружного насосного агрегата (фиг. 1) включает НКТ 1, спускной клапан 2, обратный клапан 3, верхнюю секцию 4, среднюю секцию 5, входной модуль 6, протектор 7, электродвигатель 8, компенсатор 9.
Компоновка внутрискважинного электропогружного насосного агрегата (предлагаемая конструкция) (фиг. 2) содержит НКТ 1, спускной клапан 2, верхнюю секцию 4, среднюю секцию 5, модуль-обратный клапан 3, входной модуль 6, протектор 7, электродвигатель 8, компенсатор 9.
Модуль-обратный клапан 3 тарельчатого типа (фиг. 3) включает корпус 10, вал 11, тарелку 12, защитную втулку вала 13, ограничительное кольцо 14, уплотнительную манжету 15, упорную манжету 16.
Электропогружной центробежный насосный агрегат (фиг. 2), спущенный в скважину на колонне НКТ 1, включает в себя: спускной клапан 2; ЭЦН состоит из верхней секции 4, средней секции 5, модуля обратного клапана 3 и входного модуля 6, электродвигателя 8 с узлами гидрозащиты протектором 7 и компенсатором 9.
Модуль-обратный клапан 3 состоит из корпуса 10 с конической расточкой, которая выполняет функции седла клапана, вала 11 со шлицами для передачи вращения (на фиг. не обозначены) на который устанавливают защитную втулку вала 13 между ограничивающими ее осевое перемещение ограничительными кольцами 14, на защитную втулку вала 13 монтируют тарелку 12. Для обеспечения высокой степени герметичности между корпусом 10 и тарелкой 12 контактную наружную поверхность тарелки 12 армируют уплотнительной манжетой 12, выполненной из нефтестойкой резины.
Модуль-обратный клапан 3 установки электропогружного центробежного насосного агрегата работает следующим образом.
Газонефтяная смесь из скважины поступает в насос через фильтрационную сетку входного модуля 6, затем, переместив вверх тарелку 12 модуль-обратного клапана 3, попадает в рабочие ступени секций 4 и 5 насоса и получив напор, перемещается по трубам НКТ 1 на поверхность.
При остановке насоса добываемая смесь стремится под действием собственного веса вниз (при этом тарелка 12 модуль-обратного клапана 3 садится в расточку корпуса 10, таким образом перекрывая проходной канал и предотвращая слив жидкости из насоса), обеспечивая своим влиянием сохранение давления в насосно-компрессорных трубах 1 и секциях 4 и 5 насоса, что в описанных выше условиях ограничит высвобождение растворенного газа и обеспечит эффективный запуск насоса.
Применение предлагаемого модуль-обратного клапана в компоновке установки электропогружного центробежного насосного агрегата обеспечивает повышение эффективности работы глубинно-насосного оборудования, улучшает его динамические характеристики и приводит к общему повышению качества, надежности и долговечности, расширяет область применения установок электропогружных центробежных насосов (возможность использования установок на высокодебитных скважинах с тенденцией снижения давления на приеме насоса и наличием попутного газа и необходимости перевода скважин с непрерывной эксплуатации на периодическую), исключает необходимость изменения конструкции штатных серийно выпускаемых узлов, упрощает конструкцию и обеспечивает возможность при изготовлении использовать номенклатурные изделия.