УСТАНОВКА ПОГРУЖНАЯ С ГИБКИМ СОЕДИНЕНИЕМ
SUBMERSIBLE PLANT WITH FLEXIBLE CONNECTION

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям центробежных, винтовых насосов для поднятия жидкости из скважин, и может найти применение в различных отраслях промышленности.
Известны установки для добычи нефти из скважин, состоящие из погружного электродвигателя с гидрозащитой, газосепаратора и центробежного (винтового) насоса. Соединение между электродвигателем, гидрозащитой, газосепаратором и центробежным (винтовым) насосом осуществляется за счет фланцев, а крутящий момент от вала электродвигателя к валу гидрозащиты, к валу газосепаратора, к валу секций насоса осуществляется шлицевыми муфтами. Сочлененные узлы между собой представляют жесткую прямую конструкцию. (Руководство по эксплуатации УЭЦНМ РЭ. ОКБ БН. 1987 г.).
Недостатками установки для добычи нефти из скважин является следующее.
Данная конструкция установки для добычи нефти может эксплуатироваться при наборе кривизны ствола скважины не более 2° на 10 метров, в зоне работы погружного насосного агрегата кривизна должна быть не более трех минут на 10 метров.
Известна шарнирная муфта (патент SU №1012647, F16D 3/24), содержащая две полумуфты, охватывающую их с зазором обойму, а также элементы для передачи крутящего момента, снабжена втулкой, имеющей выполненные по окружности радиальные отверстия, а каждая из полумуфт выполнена с торцевым кольцевым пазом и расположенными по окружности отверстиями, при этом втулка размещена с зазором в торцевых кольцевых пазах полумуфт, а элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде роликов и установлены с зазорами в радиальных отверстиях втулки и полумуфт.
Возможен также и другой вариант выполнения шарнирной муфты, заключающийся в том, что муфта снабжена втулкой с торцевыми кольцевыми выступами, полумуфты выполнены с кольцевыми торцевыми пазами и выступами, в выступах втулки и полумуфт выполнены расположенные по окружности радиальные отверстия, в которых с зазорами размещены элементы для передачи крутящего момента, при этом выступы втулки расположены с зазорами в пазах полумуфт и выступы полумуфт размещены с зазорами между выступами втулки, а элементы для передачи крутящего момента выполнены в виде роликов.
Данная конструкция шарнирной муфты предназначена для передачи большого крутящего момента с малым числом оборотов и на небольшой срок работы, до подъема забойного двигателя на поверхность. При больших скоростях вращения муфта нагреется, смазка внутри при высокой температуре будет расширяться, выдавливаться через уплотнение, а при остывании уменьшаться в объеме и образуется вакуум с проникновением внутрь бурового раствора. Угол перекоса между полумуфтами зависит от зазора между выступами в пазах полумуфт и диаметра радиальных отверстий, в которых с зазорами размещены ролики для передачи крутящего момента. Ролики при вращении будут постоянно воспринимать ударные нагрузки в радиальных отверстиях.
Наиболее близким по техническому решению является погружной центробежный насосный агрегат (патент RU №2136971, F04D 13/10, F04D 29/62, опубл. 10.09.1999). Насосная установка содержит погружной электрический двигатель и модульные секции, соединенные между собой подвижным устройством. Устройство выполнено в виде втулки-основания, с одного конца соединенной с корпусом верхней секции насоса посредством ввинчивания в него, а со второго - со сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом посредством резьбового соединения, и накидной гайки с резьбой. Гайка соединяет втулку - основание с корпусом подвижного устройства. Между сегментом и корпусом установлен стопор. Фланцевая часть корпуса закреплена к нижней секции насоса. Валы секций соединены шлицевой муфтой, обеспечивающей угловое смещение валов. Использование изобретения позволяет исключить воздействие изгибающих сил, возникающих при спуске агрегата в наклонно направленную скважину.
Предлагаемая конструкция хотя и является гибкой при спуске в наклонно направленную скважину, но при запуске и работе в скважине с прямозубыми шлицевыми муфтами, соединяющими валы секций насосов, из-за крутящего момента, создаваемого электродвигателем, приводит к постоянному изгибу шарнирных соединений и преждевременному выходу установки в целом.
Задачей изобретения является эксплуатация установки для добычи жидкости в искривленных скважинах с кривизной ствола скважины более 2° на 10 метров и в горизонтальных скважинах, которые разбуриваются последнее время.
Данная задача решена применением установки погружной с гибким соединением. Установка состоит из погружного электродвигателя с гидрозащитой, газосепаратора и секций центробежного (винтового) насоса, соединенных между собой гибкими герметичными узлами. Крутящий момент от вала электродвигателя к валам гидрозащиты, газосепаратора, секций насоса передается угловыми шарнирными муфтами, в полости которых находится масло, защищенное герметичной гофрированной эластичной диафрагмой. Давление масла с полости диафрагмы стравливается через перепускные клапана. Сочлененные узлы установки между собой представляют гибкую герметичную конструкцию.
Предлагаемая установка погружная с гибким соединением поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен боковой общий вид предлагаемой установки;
на фиг.2 - разрез гибкого соединения.
Установка погружная с гибким соединением (фиг.1) состоит из электродвигателя 1 с гидрозащитой 3, кабеля для подачи электрической энергии 10, газосепаратора (входного модуля) 4, секций насосов 5 с обратным 6 и спускным 7 клапанами, подвешенного в скважине на насосно-компрессорных трубах 8 в обсадной колонне 9. Секции установки погружной между собой сочленены гибкими герметичными узлами 2. Гибкий герметичный узел 2 состоит из корпуса 11 (фиг.2), сферического фланца 16, левой полуоси 12, вращающейся на опоре 13, правой полуоси 17, сферических роликов (шариков) 15, установленных в сегментных пазах левой 12 и правой 17 полуосей. Сферические ролики (шарики) 15 находятся в среде масла и защищены гофрированной эластичной диафрагмой 14, закрепленной стяжными хомутами от окружающей среды. Давление с полости, гофрированной эластичной диафрагмы 14, стравливается через перепускные клапана 18.
Установка погружная с гибким соединением работает следующим образом.
Крутящий момент от вала электродвигателя 1 (фиг.1) передается к валу гидрозащиты 3 и к валам насосных секций через гибкие герметичные узлы 2. Пластовая жидкость с газосепаратора (входного модуля) 4 подается на рабочие ступени насоса 5, где кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию давления и пройдя ступени всех насосных секций, приобретает необходимое давление для подъема из скважины. Соединение между корпусами электродвигателя, гидрозащиты, газосепаратора и между секциями насосов осуществляется за счет гибкого герметичного узла 2, состоящего из корпуса 11 (фиг.2) и сферического фланца 16, позволяющего насосному агрегату расположиться в обсадной колонне искривленных скважин с кривизной ствола скважины под углом f. Крутящий момент от вала электродвигателя к валам гидрозащиты, газосепаратора, секций насоса передается угловыми шарнирными муфтами, состоящего из левой полуоси 12, вращающейся на опоре 13, сферических роликов (шариков) 15, правой полуоси 17, гофрированной эластичной диафрагмы 14. При повышении температуры масла внутри гофрированной эластичной диафрагмы 14 она увеличится в объеме за счет эластичности, а при превышении определенного давления стравливается через перепускные клапана 18. Постоянно омывающая пластовая жидкость отводит тепло с наружной поверхности, гофрированной эластичной диафрагмы 14, поддерживая постоянную, устоявшуюся температуру масла. Соединение полуосей 12 и 17 с валами, между которыми передается крутящий момент, производится при помощи шлицевых муфт.
Установка погружная с гибким соединением позволит осуществить добычу жидкости из искривленных скважин с кривизной ствола скважины более 2° на 10 метров, а также в горизонтальных скважинах, разбуриваемых последнее время. Применение установки погружной с гибким соединением позволит увеличить объем извлекаемой жидкости из скважин, уменьшится износ эксплуатируемых труб для подъема жидкости по сравнению со штанговыми насосами. Используя гибкое соединение как отдельный узел, можно использовать установки погружные как шарнирные, так и в классическом варианте, которую выпускают на данный момент.