СКВАЖИННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к скважинным насосным агрегатам для добычи вязкой нефти.
Известен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий погружной электродвигатель, маслонасос с предохранительным клапаном, маслобак с перепускным обратным клапаном и фильтрами тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, поршневой насос и гидродвигатель, причем последний подключен посредством трубопровода к маслонасосу, а рабочий орган гидродвигателя соединен через протектор с поршнем или плунжером поршневого насоса, (см. патент RU №2166668, кл F04В 47/08, 10.05.2001).
Недостатком известной конструкции является то, что при добыче вязкой нефти возможно зависание шарового запорного элемента в шариковом всасывающем клапане, что приводит к прекращению подачи нефти.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электрогидроприводной насосный агрегат, содержащий погружной электродвигатель, маслонасос с предохранительным клапаном, маслобак с фильтром тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, насос и гидродвигатель героторного типа, причем последний подключен посредством трубопровода к аксиально-поршневому маслонасосу, а в качестве насоса использован винтовой насос, соединенный через вал гидрозащиты с гидродвигателем, при этом отношение объемной производительности маслонасоса к объемной характеристике гидродвигателя определяет передаточное отношение числа оборотов электродвигателя к числу оборотов гидродвигателя, (см. патент на полезную модель RU №51128, кл. F04В 47/08, 05.08.2005)
Недостатком известной конструкции является то, что из-за несоосности валов гидрозащиты и винтового насоса при работе возникают радиальные биения, что приводит к снижению ресурса работы скважинного электрогидроприводного насосного агрегата. Кроме того, существующая конструкция не позволяет использовать гидрозащиту для компенсации осевых нагрузок, которые возникают при работе винтового насоса, что также приводит к снижению ресурса работы винтового насоса и, как следствие, всего скважинного электрогидроприводного насосного агрегата
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является компенсация осевых и радиальных нагрузок, которые возникают при работе скважинного электрогидроприводного насосного агрегата.
Техническим результатом, который достигается при реализации полезной модели, является
повышение надежности и ресурса работы и повышение износостойкости трущихся элементов конструкции скважинного электрогидроприводного насосного агрегата при добыче вязкой нефти.
Указанная задача решается за счет того, что скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит погружной электродвигатель, маслонасос с предохранительным клапаном, маслобак с фильтром тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла, насос и гидродвигатель героторного типа, причем последний подключен посредством трубопровода к аксиально-поршневому маслонасосу, а в качестве насоса использован винтовой насос, соединенный через вал гидрозащиты с гидродвигателем, при этом отношение объемной производительности маслонасоса к объемной характеристике гидродвигателя определяет передаточное отношение числа оборотов электродвигателя к числу оборотов гидродвигателя, корпуса винтового насоса и гидрозащиты соединены между собой перфорированной обечайкой, между валом винтового насоса и валом гидрозащиты внутри обечайки установлен промежуточный вал, соединенный с последними посредством шарнирных механизмов, причем шарнирный механизм, расположенный со стороны гидрозащиты, выполнен в виде установленной на конце вала гидрозащиты головки со сферической поверхностью, охватываемой установленной на конце промежуточного вала обоймой с внутренней сферической поверхностью, причем в сферической поверхности головки выполнены гнезда под установленные в них наполовину шарики, которые выступающей из гнезд частью расположены в пазах, выполненных на внутренней сферической поверхности обоймы, а шарнирный механизм со стороны винтового насоса выполнен в виде установленной на промежуточном валу обоймы с внутренней цилиндрической поверхностью и выполненными на ней пазами, в которых установлены наполовину шарики, расположенные выступающей из пазов частью в пазах, выполненных в головке, установленной на конце вала винтового насоса, при этом шарнирный механизм со стороны винтового насоса выполнен с уплотнительным кольцом из эластичного материала, расположенным между обоймой и головкой вала винтового насоса, а шарнирный механизм со стороны гидрозащиты герметично уплотнен относительно обечайки посредством уплотнительного кольца, охватывающего наружную сферическую поверхность обоймы промежуточного вала и прижатого к ней посредством пружины, расположенной в опорной втулке, герметично расположенной в кольцевом пазу, выполненном в обечайке, и охватывающей с наружной стороны уплотнительное кольцо из эластичного материала, а торцевые поверхности конца вала гидрозащиты и головки вала винтового насоса выполнены с выпуклой сферической поверхностью, взаимодействующей с вогнутой сферической поверхностью, выполненной на торцевой поверхности концов промежуточного вала.
На рабочие поверхности вала винтового насоса, обойм промежуточного вала и головок валов гидрозащиты и винтового насоса может быть нанесено электролитическое хромовое алмазно-кластерное покрытие или все поверхности трения защищены металлокерамическим покрытием в виде жидкокристаллической минеральной композиции.
Статор винтового насоса может быть выполнен в виде оболочки винтовой формы, наружная поверхность которой повторяет внутреннюю поверхность статора винтового насоса, а на последнюю нанесен путем вулканизации эластомер одинаковой толщины.
В ходе проведенного исследования было установлено, что установка между валом гидрозащиты и валом винтового насоса промежуточного вала позволяет решить сразу две задачи компенсировать несоосность валов гидрозащиты и винтового насоса и использовать промежуточный вал для передачи осевой нагрузки с вала винтового насоса на вал гидрозащиты, который установлен на упорном подшипнике. Таким образом происходит разгрузка вала винтового насоса от осевой нагрузки и одновременно компенсируется несоосность валов гидрозащиты и винтового насоса.
Кроме того, нанесение на поверхности деталей гидропривода и поверхности трения упорного шарикового подшипника металлокерамического покрытия увеличивает их ресурс, а нанесение электролитического хромового алмазно-кластерного покрытия на поверхность вала винтового насоса, а также на рабочие поверхности головок и обойм промежуточного вала повышает их коррозионную стойкость и снижает их абразивный износ.
Для повышения ресурса работы эластомера, нанесенного на внутреннюю поверхность статора винтового насоса, статор выполнен в виде оболочки винтовой формы, повторяющей его внутреннюю поверхность, на которую нанесен путем вулканизации эластомер одинаковой толщины.
На фиг.1 схематически изображен скважинный электрогидроприводной насосный агрегат и на фиг.2 представлен продольный разрез скважинного электрогидроприводного насосного агрегата в месте установки промежуточного вала.
Скважинный электрогидроприводной насосный агрегат содержит погружной электродвигатель 1, соединенный через вал 2 протектора 3 с валом аксиально-поршневого маслонасоса 4, снабженного предохранительным клапаном 5, маслобак 6 с фильтром 7 тонкой очистки масла, компенсатор объемного расширения масла (не показан на чертеже), гидрозащиту 8 и трубопровод 9, связывающий нагнетательное отверстие маслонасоса 4 с входным отверстием гидродвигателя 10 героторного типа. Вал гидродвигателя 10 соединен через вал 11 гидрозащиты 8 и промежуточный вал 12 с валом 13 винтового насоса 14 для добычи нефти. Отношение объемной производительности маслонасоса 4 к объемной характеристике гидродвигателя 10 определяет передаточное отношение числа оборотов электродвигателя 1 к числу оборотов гидродвигателя 10.
Корпуса 15, 16, соответственно, винтового насоса 14 и гидрозащиты 8 соединены между собой перфорированной обечайкой 17, являющейся входным (приемным) фильтром винтового насоса 14. Промежуточный вал 12, установленный внутри обечайки 17, соединен с валами 13 и 11 посредством шарнирных механизмов 18 и 19. Шарнирный механизм 18, расположенный со стороны гидрозащиты 8 выполнен в виде установленной на конце вала 11 гидрозащиты 8 головки 20 со сферической поверхностью, охватываемой установленной на конце промежуточного вала 12 обоймой 21 с внутренней сферической поверхностью, причем в сферической поверхности головки
20 выполнены гнезда под установленные в них наполовину шарики 22, которые выступающей из гнезд частью расположены в пазах, выполненных на внутренней сферической поверхности обоймы 21. Шарнирный механизм 19 со стороны винтового насоса 14 выполнен в виде установленной на промежуточном валу 12 обоймы 23 с внутренней цилиндрической поверхностью и выполненными на ней пазами, в которых установлены наполовину шарики 24, расположенные выступающей из пазов частью в пазах, выполненных в головке 25, установленной на конце вала 13 винтового насоса 14. Шарнирный механизм 19 со стороны винтового насоса 14 выполнен с уплотнительным кольцом 26 из эластичного материала, расположенным между обоймой 23 и головкой 25 вала 13 винтового насоса 14, а шарнирный механизм 18 со стороны гидрозащиты 8 герметично уплотнен относительно обечайки 17 посредством уплотнительного кольца 27, охватывающего наружную сферическую поверхность обоймы 21 промежуточного вала 12 и прижатого к ней посредством пружины 28, расположенной в опорной втулке 29, герметично расположенной в кольцевом пазу, выполненном в обечайке 17, и охватывающей с наружной стороны уплотнительное кольцо 27 из эластичного материала. Торцевые поверхности концов вала 11 гидрозащиты 8 и головки 25 вала 13 винтового насоса 14 выполнены с выпуклой сферической поверхностью, взаимодействующей с вогнутой сферической поверхностью, выполненной на торцевой поверхности концов промежуточного вала 12.
На рабочие поверхности вала 13 винтового насоса 14, обойм 21 и 23 промежуточного вала 12 и головок 20 и 25 валов 11 и 13 гидрозащиты 8 и винтового насоса 14 нанесено электролитическое хромовое алмазно-кластерное покрытие или все поверхности трения могут быть защищены металлокерамическим покрытием в виде жидкокристаллической минеральной композиции.
Статор 30 винтового насоса 14 может быть выполнен в виде оболочки винтовой формы, наружная поверхность которой повторяет внутреннюю поверхность статора 30 винтового насоса 14, а на последнюю нанесен путем вулканизации эластомер одинаковой толщины.
На валу 11 гидрозащиты 8 установлен упорный шарикоподшипник 31, воспринимающий осевую нагрузку вала 13 винтового насоса 14.
Перед началом работы полости электродвигателя 1 и протектора 3 заполняются маслом для погружных электродвигателей, а маслобак 6 и гидрозащита 8 - гидравлическим маслом. Затем насосный агрегат спускается на колонне насосно-компрессорных труб 32 с кабелем 33 в скважину.
После включения электродвигателя 1 маслонасос 4 по трубопроводу 9 подает масло во входное отверстие гидродвигателя 10, вал которого через вал 11 гидрозащиты 8 и промежуточный вал 12 вращает вал 13 винтового насоса 14. Нефть из скважины через обечайку17 поступает на вход винтового насоса 14 и далее последним нагнетается в колонну насосно-компрессорных труб 32.
Через сливное отверстие гидродвигателя 10 масло возвращается в маслобак 6 и через фильтр 7 поступает во всасывающее отверстие маслонасоса 4. Изменение объема масла
компенсируется упругим элементом компенсатора. При перегрузке винтового насоса 14 масло сливается через предохранительный клапан 5 в маслобак 6.
При срабатывании предохранительного клапана 5 маслонасоса 4 подача нефти прекращается и погружной электродвигатель 1 отключается.
Настоящая полезная модель может быть использована в нефтедобывающей промышленности, преимущественно при добыче вязкой нефти.