ВХОДНОЙ МОДУЛЬ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающему оборудованию, а именно к конструкции погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН), и предназначена для предотвращения попадания песка и проппанта в насосные секции.
Известен входной модуль для погружного ЭЦН, содержащий перфорированный корпус, головку, основание, вал, фильтрующий элемент внутри корпуса в виде пружины сжатия с регулируемым межвитковым зазором, причем нижний торец пружины размещен в основании, а верхний соединен с размещенным в головке механизмом перемещения, состоящим из толкателя и установочного элемента (патент на ПМ №81273 РФ, F04D 13/10, 2008).
В известном входном модуле фильтрующий элемент имеет ограниченный наружный диаметр и площадь фильтрующей поверхности, что снижает пропускную способность и ресурс работы входного модуля в целом. Кроме того, величина межвиткового зазора у пружины сжатия, заданная перед спуском в скважину, остается неизменной при работе погружного насоса, и тем самым не допускается регенерация фильтрующего элемента и восстановление работоспособности входного модуля.
Известен входной модуль для погружного ЭЦН, содержащий корпус с отверстиями, присоединенные к корпусу основание и головку, вал с промежуточными подшипниками, самоочищающийся многосекционный щелевой фильтр снаружи корпуса, диспергирующее устройство и шнек, закрепленный на нижней части вала (патент на ПМ №97778 РФ, F04D 13/10, 2010).
Известен также близкий к предыдущему по конструкции входной модуль ЭЦН, включающий перфорированный корпус, верхнюю головку с верхним подшипником, нижнее основание с защитной втулкой, расположенные на корпусе щелевые фильтры с кольцами между ними, вал, промежуточные подшипники, снабженные отбойниками и элементами подпружинивания отбойников, разгоночный шнек и шламоотбойный стакан (патент на ПМ №68616 РФ, F04D 13/10, 2007). Кроме того, известен входной модуль ЭЦН, состоящий из корпуса с отверстиями, самоочищающегося многосекционного щелевого фильтра, закрепленного на корпусе с помощью опорных колец, вала, промежуточных подшипников, дистругирующих аппаратов, причем отверстия расположены по всей длине корпуса, а их количество и периодичность расположения выбираются расчетным путем (патент на ПМ №42081 РФ, F04D 13/10, 2004).
Общим недостатком описанных входных модулей является необратимое засорение механическими примесями щелевых фильтров с потерей пропускной способности, приводящее к срыву подачи и выходу из строя ЭЦН.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятому за прототип является входной модуль для погружного ЭЦН, содержащий корпус с отверстиями, щелевые фильтры и защитные кольца, поочередно установленные снаружи корпуса, головку с подшипником, основание с защитной втулкой, вал с промежуточными подшипниками, отделенными друг от друга распорными трубками с отверстиями и снабженными отбойниками с элементами подпружинивания (патент №2312253 РФ, F04D 13/10, 2006).
Недостатки входного модуля, обусловленные взаимным расположением отверстий на корпусе и распорных трубках, заключаются в неравномерной по высоте входной скорости пластовой жидкости и повышенной засоряемости механическими частицами верхних щелевых фильтров. Кроме того, составляющие элементы входного модуля, в том числе, щелевые фильтры подвергаются повышенному износу из-за высокой скорости поступающей пластовой жидкости.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и долговечности работы входного модуля ЭЦН за счет изменения траектории движения пластовой жидкости и регулирования ее скорости.
Указанный технический результат достигается тем, что во входном модуле для погружного ЭЦН, содержащем корпус с отверстиями, щелевые фильтры и защитные кольца, поочередно установленные снаружи корпуса, головку с подшипником, основание с защитной втулкой, вал с промежуточными подшипниками, отделенными распорными трубками с отверстиями и снабженными отбойниками с элементами подпружинивания, согласно полезной модели, длина щелевого фильтра и защитного кольца соизмерима с длиной двух распорных трубок и промежуточного подшипника, защитные кольца лежат в плоскости промежуточных подшипников, а в корпусе и в распорных трубках отверстия сгруппированы в окружные ряды, расположенные напротив краев щелевых фильтров и их середины соответственно.
Предлагаемый входной модуль погружного ЭЦН схематично изображен на фиг. 1, на фиг. 2 показано его поперечное сечение.
Входной модуль состоит из корпуса 1 с резьбовыми окончаниями, на котором установлены чередующиеся между собой щелевые фильтры 2 и защитные кольца 3. Вал 4 установлен в корпусе 1 посредством промежуточных подшипников 5, лежащих в плоскости защитных колец 3 и посередине между ними. Промежуточные подшипники 5 отделены друг от друга распорными трубками 8, установленными концентрично валу 4 и корпусу 1 с образованием кольцевых зазоров 9 и 10 соответственно. Промежуточные подшипники 5 имеют осевые отверстия 6 и снабжены отбойниками 7 с элементами подпружинивания (не показаны). Сумма длин щелевого фильтра 2 и защитного кольца 3 соответствует по оси сумме длин двух распорных трубок 8 и промежуточного подшипника 5. В корпусе 1 выполнены окружные ряды отверстий 11, которые расположены под краями щелевых фильтров 2. Окружные ряды отверстий 12 также имеются на концах распорных трубок 8, примыкающих к промежуточным подшипникам 5 напротив середины щелевых фильтров 2. Диаметр и количество отверстий в окружных рядах 11 и 12 являются расчетными величинами. Головка 13 с подшипником 14 и основание 15 с защитной втулкой 16 накручиваются на корпус 1.
Щелевой фильтр 2 состоит из дискретных продольных стержней 17 и навитого на них призматического профиля 18, образующего непрерывную спиралевидную щель 19 между витками (фиг. 2). Между стенкой корпуса 1, стенками соседних продольных стержней 17 и обращенными внутрь вершинами навивки из призматического профиля 18 образуются каналы 20 с переменной площадью поперечного сечения по оси.
Дополнительно в основании 15 может быть установлен, по крайней мере, один предохранительный клапан (не показан) для выполнения известной функции при засорении щелевых фильтров 2.
Входной модуль включается в работу одновременно с включением погружного ЭЦН. Сначала пластовая жидкость движется преимущественно в радиальном направлении через периферийные участки щелевых фильтров 2 над отверстиями 11 в корпусе 1, освобождаясь от частиц размером более ширины щели 19. Пройдя отверстия 11, жидкость попадает в кольцевой зазор 10, изменяет направление движения на осевое и течет к отверстиям 12 в распорных трубках 8 двумя потоками вверх и вниз в зависимости от местоположения отверстий 11 и 12. После прохождения отверстий 12 потоки жидкости попадают в кольцевой зазор 9, сливаются вместе и движутся вверх в осевом направлении, периодически проходя сквозь осевые отверстия 6 в промежуточных подшипниках 5. За счет движения жидкости по криволинейной удлиненной траектории снижается ее скорость, что уменьшает износ входного модуля и рабочих органов ЭЦН мелкодисперсными частицами, прошедшими через щель 19. Наружные кольца 3 служат для предотвращения проскока частиц по зазору между щелевыми фильтрами 2. Отбойники 7 предотвращают попадание мелкодисперсных частиц в зазор между валом 4 и промежуточными подшипниками 5. Жидкость из входного модуля попадает на прием ЭЦН, приобретает напор и по НКТ подается на дневную поверхность.
По мере перекрытия щели периферийных участков механическими частицами процесс фильтрации пластовой жидкости рсмещается к середине щелевых фильтров 2. Одновременно меняется траектория движения жидкости на входе во входной модуль. Жидкость заходит через щель 19 между витками призматического профиля 18 в щелевой фильтр 2 и оказывается в каналах 20, в которых меняет направление движения с радиального на осевое и течет по ним отдельными струями вверх или вниз к отверстиям 11 (фиг. 2). В каналах струи жидкости движутся по зигзагообразной траектории, заворачивая во впадины между вершинами призматического профиля 18 и покидая их, и при этом подвергаясь периодическому сжатию. Обусловленные сжатием пульсации скорости и давления жидкости в каналах 20 передаются через щель 19 наружу щелевого фильтра 2, вызывая отделение скопившихся на нем механических частиц и восстановление его пропускной способности. Затем достигнув и пройдя сквозь отверстия 11, жидкость по обозначенной выше траектории попадает на прием ЭЦН.
За счет организованного во входном модуле движения пластовой жидкости щелевые фильтры в меньшей степени подвержены необратимому загрязнению механическими частицами, поскольку непрерывно самоочищаются. Благодаря местоположению отверстий на корпусе и распорных трубках снижена входная скорость пластовой жидкости и интенсивность износа механическими частицами рабочих органов входного модуля. Кроме того, за счет уменьшения количества отверстий в корпусе и распорных трубках снижена стоимость изготовления входного модуля.