Модульная погружная насосная установка

Полезная модель относится к отрасли нефтедобычи, в частности к установкам с насосами объемного действия, приводимыми в движение погружными линейными электродвигателями и может быть использовано для добычи пластовых жидкостей из малодебитного фонда скважин с больших глубин.
В основу действия, известных насосных скважинных установок положен принцип реализации возвратно-поступательного движения плунжеров насоса.
3
В предлагаемом устройстве для приведения в движение плунжеров насоса, используется линейный вентильный погружной электродвигатель ЛВПЭД. Известные ЛВПЭД содержат катушки индуктивности, образующие неподвижную часть – статор, а также, подвижную часть – слайдей, образованный постоянными магнитами, расположенными в расточке статора. Указанный слайдер связан с плунжерами насоса с возможностью передачи возвратно-поступательного движения. Смена полярности напряжения в обмотке статора, обеспечивает поступательное движение слайдера в продольном направлении. Данный вид оборудования нашел широкое применение в скважинах с низким дебитом менее 25 м/сут, а так как количество таких скважин с каждым годом увеличивается, то подобные установки становятся все более востребованными. По этим причинам предъявляются все более высокие требования к технологичности, ремонтопригодности и надежности погружных насосных установок.
Большинство известных на данный момент действующих насосных установок включают плунжерный насос возвратно-поступательного действия и соединенный с ним, посредством резьбового соединения линейный электродвигатель с заключенными в едином корпусе блоками телеметрии, а также блоком гидрозащиты. Такое выполнение насосной установки является не достаточно ремонтопригодным и не удобным в эксплуатации.
Из заявки на изобретение US2015/0176574A1, F04B 47/00 25.06.2015, известна установка, содержащая погружной скважинный насос, состоящий из неподвижного цилиндра и подвижного плунжера, а также погружной двигатель, соединенный со скважинным насосом, посредством резьбового либо фланцевого соединения. Указанный двигатель, соединенный с плунжером погружного скважинного насоса, и выполнен с возможностью формирования возвратно-поступательного движения плунжера.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность, связанная с отсутствием блоков телеметрии и гидрокомпенсатора.
Из патента на изобретение RU2549381 от 27.04.2015, МПК F04B 47/06; F04B 17/03 известен линейный электродвигатель, погружной насосной установки который содержит, герметичный статор с установленными в нем сердечниками с катушками, токовводом и головкой для соединения с насосом. В статоре расположен подвижный шток с соединительной штангой для соединения с плунжером насоса и активный герметичный слайдер, соединенный со штоком посредством соединительной муфты. Слайдер содержит последовательно установленные постоянные магниты. Головка соединена с корпусом статора резьбовым соединением через проставки с герметизирующими элементами. К основанию статора, аналогичным способ, прикреплен компенсатор с упругой диафрагмой, которая выполнена в виде пузыря, имеющего диаметр в средней части больше диаметра каждой его концевой части, причем один конец диафрагмы связан с основанием статора, а ее другой конец соединен с муфтой, соединяющей электродвигатель с компенсатором.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести отсутствие блока телеметрии и элементов контроля работы электродвигателя, что может привести к его неэффективной работе.
Также, из патента на изобретение RU2615775 от 11.04.2017, МПК F04B 47/06; F04B 17/03, известна скважинная насосная установка, устанавливаемая в стволе скважины, содержащая погружную часть, включающую в себя размещенные в едином корпусе плунжерный насос, снабженный нагнетательными клапанами и гравитационный газосепаратор, над которым размещен блок обратных клапанов, содержащая присоединительную муфту для крепления скважинной насосной установки к колонне насосно-компрессорных труб, а также установленный под плунжерным насосом погружной линейный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть в виде статора с трехфазной обмоткой и установленными датчиками температуры, и расположенную в расточке статора подвижную часть в виде слайдера, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения относительно статора. Под линейным двигателем размещен блок телеметрии, включающий датчики давления и температуры скважинной жидкости, датчик вибрации, инклинометр и блок измерения, связанный с датчиками температуры, установленными в линейном двигателе и связанными с наземным блоком управления через нулевую точку обмоток линейного двигателя, соединенных звездой.
Описанная конструкция является рабочим образцом погружной насосной установки, которая на данный момент эксплуатируется, к недостаткам описанного технического решения можно отнести выполнение конструкции в едином корпусе, что может усложнить ее эксплуатацию и снизить технологичность, а также ремонтопригодность.
Указанное техническое решение принимаем за ближайший аналог.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является, создание погружной насосной установки модульной конструкции с повышенными эксплуатационными характеристиками и технологичностью изготовления.
Технический результат, достигнутый от реализации полезной модели, заключается в повышении технологичности изготовления, что позволяет изготавливать отдельные модули установки в независимости от завершенности этапов сборки и приводить к значительной экономии рабочего времени с увеличением объемов выпуска продукции. Также модульность конструкции значительно повышает ее эксплуатационные характеристики, в частности - ремонтопригодность, позволяя осуществлять замену неисправных модулей и в кратчайшие сроки возобновлять работу насосной установки.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что погружная насосная установка, выполнена в виде заключенных в отдельные корпуса модулей, соединенных друг с другом, посредством разъемного соединения, с образованием единой маслонаполненной системы, включающей модуль плунжерного насоса, модуль линейного электродвигателя, а также модули гидрокомпенсатора и телеметрии. При этом модули линейного электродвигателя и гидрокомпенсатора включают блоки гидромеханических демпферов верхней и нижней, крайних точек хода слайдера линейного электродвигателя. Модуль плунжерного насоса оснащен лабиринтной системой газосепарации и связан с указанным слайдером, посредством центрирующего элемента, проходящего через полость гидромеханического демпфера верхней крайней точки. Модуль линейного электродвигателя механически связанного с модулем гидрокомпенсатора, выполненным с возможностью замедления его подвижной части (слайдера), посредством гидромеханического демпфера нижней крайней точки, а также с возможностью контроля уровня масла в системе и электрически связан с модулем телеметрии, элементы которой защищены от воздействия влаги и вибрации. Модуль линейного электродвигателя, включает подвижный слайдер, который помещен внутрь расточки статора, выполненной в виде трубы, с образованием износостойкой пары трения. Элементы модуля телеметрии защищены от воздействия влаги и вибрации, посредством покрытия из полимерного материала. Разъемное соединение выполнено по принципу фланцевого соединения, состоящего из установленных по торцам стыкуемых модулей, резьбовых втулок, при этом, одна из втулок содержит фланец, а вторая является ответной частью, с предустановленными шпильками.
Согласно предпочтительному варианту реализации полезной модели, блоки гидромеханических демпферов верхней и нижней крайних точек хода слайдера, встроены в модули линейного электродвигателя и гидрокомпенсатора, при этом гидромеханический демпфер верхней крайней точки, заключен в отдельный корпус и соединен с корпусом модуля линейного электродвигателя, посредством резьбовых втулок.
Также согласно еще одному предпочтительному варианту реализации полезной модели разъемное соединение модулей, выполнено по принципу фланцевого соединения, состоящего из установленных по торцам стыкуемых модулей, резьбовых втулок, при этом одна из втулок содержит фланец, а вторая является ответной частью, с предустановленными шпильками.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами.
фиг.1 – модульная погружная насосная установка в разрезе.
фиг.2 – соединительный элемент модулей погружной насосной установки.
Заявляемое техническое решение, предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления раскрыт в описании и показан посредством, приведенных графических материалов. Описанный вариант реализации полезной модели, не ограничивается конкретной раскрытой формой и может охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы, в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле.
Заявляемая модульная погружная насосная установка включает множество сегментов, установленных в стволе скважины.
Указанные сегменты выполнены в виде заключенных в отдельные корпуса модулей, соединенных друг с другом, посредством разъемного соединения с образованием единой маслонаполненной системы, включающей модуль плунжерного насоса 1, модуль линейного электродвигателя 2, а также модули гидрокомпенсатора 3 и телеметрии 4. При этом модули линейного электродвигателя и гидрокомпенсатора включают блоки гидромеханических демпферов верхней 5 и нижней 6, крайних точек хода подвижной части электродвигателя (слайдера) 7 линейного электродвигателя. Указанные блоки встроены в модули линейного электродвигателя 2, и гидрокомпенсатора 3, соответственно.
Разъемное соединение выполнено по принципу фланцевого соединения, состоящего из установленных по торцам стыкуемых модулей, резьбовых втулок 8, 9, при этом одна из втулок содержит фланец 10, а вторая является ответной частью, с предустановленными шпильками 11.
Модуль плунжерного насоса 1, оснащен лабиринтной, гравитационной системой газосепарации, и связан с указанным слайдером 7, посредством центрирующего элемента 12, в виде штока, проходящего через полость гидромеханического демпфера 5 верхней крайней точки.
Модуль линейного электродвигателя 2 включает в себя неподвижную часть в виде статора 13 с трехфазной обмоткой, в полости статора с образованием износостойкой пары трения, расположена подвижная часть в виде слайдера 7, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения относительно статора 13. Указанный слайдер жестко соединен посредством упомянутого центрирующего элемента с подвижной частью плунжерного насоса.
Модуль ЛВПЭД механически связан с модулем гидрокомпенсатора 3, выполненным с возможностью замедления слайдера 7, посредством, встроенного гидромеханического демпфера 6 нижней крайней точки, а также с возможностью контроля уровня масла в системе, обеспечивая компенсацию температурных расширений смазывающей жидкости, посредством упругой диафрагмы (на изображениях не показана). Также ЛВПЭД электрически связан с модулем телеметрии 4, элементы которой защищены от воздействия влаги и вибрации, посредством покрытия из полимерного материала, например компаунда.
Блоки гидромеханических демпферов (5; 6) верхней и нижней крайних точек хода слайдера 7, встроены в модули линейного электродвигателя и гидрокомпенсатора. Гидромеханический демпфер 5 верхней крайней точки, заключен в отдельный корпус 14 и соединен с корпусом модуля линейного электродвигателя, посредством резьбовых втулок 15.
Типоразмеры модулей позволяют выполнять работы по транспортировке и установке погружной насосной установки без предъявления особых требований к подъемно-транспортным машинам.
Сборку насосной установки осуществляют последовательно, посредством фланцевого соединения модулей, выполненного в виде, установленных по торцам стыкуемых модулей, резьбовых втулок, при этом одна из втулок содержит фланец, а вторая является ответной частью с предустановленными шпильками.
Реализация описанного технического решения способствует достижению заявляемого технического результата, обеспечивая повышение технологичности изготовления установки с возможностью унификации производства. Также обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик, в частности ремонтопригодности, позволяя в кратчайшие сроки возобновлять работу насосной установки, посредством замены модулей вышедших из строя либо отработавших отведенный им ресурс.