ЛОПАСТНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации скважинных установок с вращающейся колонной насосных штанг.
Известны рабочие колеса, вращающиеся в корпусе центробежных насосов и содержащие ведущий и ведомый диски с размещенными между ними лопастями (Ивановский В.Н., Даришев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. - М: ГУП. Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. - стр.14-18)
Недостатком этих рабочих колес является непригодность при эксплуатации в скважине в качестве элемента вращающейся штанговой колонны из-за не соответствующей конструкции лопаток.
Известен шнековый насос, состоящий из корпуса с выходным патрубком, многозаходного шнека, установленного в его цилиндрической полости, однозаходная часть которого охвачена лопастным питателем с частью подвижного корпуса, имеющим со шнеком разные скорости и направления вращения и коаксиально размещенные валы (патент РФ №2177087, 7 F04D 7/00, опубл. 20.12.2001 г). Указанный шнек по технической сущности более близок к предлагаемому лопастному колесу, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатком шнека по сравнению с лопаткой в виде сегментов шнека является высокая стоимость при изготовлении, технологически сложно изготовить.
Технической задачей заявляемой полезной модели является увеличение скорости подъема жидкости у стенок насосно-компрессорных труб, предотвращение оседания песка над насосом, повышение напора жидкости, увеличение межремонтного периода скважины.
Поставленная техническая задача решается описываемым лопастным колесом, содержащим вал и с закрепленными на нем лопатками, выполненными в виде сегментов шнека.
Новым является то, что шаг винтовой линии лопаток выбран из следующего математического выражения:
где
1
P - шаг винтовой линии лопаток, мм;
2
P - шаг винтовой линии шнекового транспортера, мм.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображено лопастное колесо, вид слева;
- на фиг.2 - лопастное колесо, вид спереди;
- на фиг.3 - лопастное колесо, расположение в рабочем положении;
- на фиг.4 - скважина, оборудованная установкой винтового насоса с поверхностным приводом.
1
2
1
2
1
2
2
Лопастное колесо (фиг.1) содержит вал 1 с присоединительными на концах резьбами 2 и 3, лопатки 4, выполненные в виде сегментов шнека, соединенных с валом 1 неразъемно, например, сварным, клепаным, наплавленным соединениями, термопрессованием, заливкой, пайкой, заформовкой и др. Колонна насосных штанг 5 (фиг.3) соединяется с валом 1 резьбами 2 и 3. Лопатка 4 является частью специального винта - шнекового транспортера (на фигурах не показан), причем шаг P винтовой линии лопатки 4 меньше шага Р винтовой линии шнекового транспортера  Линейными размерами лопатки 4 являются стороны а, b, с и е (фиг.2). Диаметры цилиндрических поверхностей (фиг.2) соответственно d и d. Диаметр d=d+2а. Стороны b и е лопатки 4 соприкасаются с контурной образующей поверхности вала 1 диаметра d. Лопатка 4 может быть с квадратным, прямоугольным, трапецеидальным, треугольным, и иным профилем. Между лопастным колесом (фиг.3) и насосно-компрессорными трубами 6 расположены до лопаток 4 кольцевой зазор 7 и после лопаток 4 - кольцевой зазор 8. Лопатка 4 может быть выполнена как металлической, так и из неметаллического материала. В случае изготовления лопаток 4 металлическими, то наружную поверхность лопаток 4 и вала 1, в целях упрочнения, можно обработать термически или токами высокой частоты. От характера перекачиваемой жидкости и условий эксплуатации зависит компоновка (количество) лопастных колес в колонне насосных штанг 5 и количество лопаток 4 на валу 1. Также, в зависимости от условий эксплуатации углы α и β могут быть выбраны в широком диапазоне. Стороны b и e лопатки 4 могут быть не обязательно перпендикулярными к оси вала 1. Наклоны лопатки 4 необходимы для более эффективной работы лопатки штанговой.
Скважина, оборудованная установкой винтового насоса (фиг.4), содержит пласт 9, обсадную колонну 10 с перфорационными отверстиями 11, винтовой штанговый насос 12 с колонной насосных штанг 5, насосно-компрессорные трубы 6, приводную головку 13 с электродвигателем 14, устьевую арматуру 15 и линию перекачки жидкости 16. Приводная головка 13 устанавливается на устьевую арматуру 15. Приводная головка 13 соединяется с полированным штоком 17, который соединяется с колонной насосных штанг 5.
Лопастное колесо работает следующим образом.
При включении электродвигателя 14 (фиг.4) приводной головки 13 вращается полированный шток 17 и колонна насосных штанг 5. Жидкость пласта 9 через перфорационные отверстия 11 поднимается до устья скважины винтовым штанговым насосом 12 по насосно-компрессорным трубам 6 и далее поступает в линию перекачки жидкости 16.
При вращении колонны насосных штанг 5 (фиг.3) жидкость поднимается по кольцевому зазору 7 в аксиальном направлении вдоль лопастного колеса и далее перемещается из лопатки 4 в радиально-аксиальном направлении (от центра к периферии под действием центробежных сил) в кольцевой зазор 8. Наибольшей угловой скорости жидкость достигает на выходе из лопатки 4. В кольцевом зазоре 8 создается завихрение струи жидкости, при котором увеличивается ее скорость у стенок насосно-компрессорных труб 6. За счет равномерного постоянного вращения лопастного колеса движение перекачиваемой жидкости также будет равномерным (снизится вибрация в скважине), а за счет завихрения струи жидкости предотвращается оседание механических примесей над винтовым штанговым насосом 12. Под действием центробежной силы происходит также и разделение жидкости на фракции. Вода и механические примеси будут находиться возле внутренних стенок насосно-компрессорных труб 6, нефть будет занимать промежуточное положение у лопатки 4, а газ из смеси, как наименее плотный, будет располагаться вблизи вала 1. Лопастное колесо позволит исключить образование водонефтяной эмульсии в насосно-компрессорных трубах 6 в процессе подъема жидкости на поверхность. Все это позволит снизить затраты на эксплуатацию оборудования и подготовку товарной нефти.
Благодаря такой конструкции лопастного колеса увеличивается скорость, давление и напор жидкости. Она особенно эффективна при перемещении вязкой жидкости, а также для предотвращения оседания механических примесей над насосом, что позволит увеличить межремонтный период скважины, приведет к уменьшению износа пары трения «ротор-статор», заклинивания ротора в статоре и обрывов колонны насосных штанг.