СКВАЖИННЫЙ НАСОС
WELL PUMP

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к погружным насосам для откачки пластовой жидкости из скважин.
Известен скважинный центробежный насос, раскрытый в описании к патенту RU 2001312, F04D 13/10, 1993 г., содержащий двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства в виде корпуса с валом и подводящими отверстиями, закрытыми приемной сеткой.
Недостатком указанного насоса является его низкая надежность при работе в скважинах с повышенным содержанием механических примесей, так как всасывающее устройство с сеткой не предотвращает попадание механических примесей в рабочие органы насоса, что приводит к абразивному износу последнего.
Известен погружной центробежный насос, описанный в книге «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти. Международный транслятор», Москва, изд. « Наука и Техника», 1999 г., с.91-93, содержащий двигатель, насосные секции и входной модуль, представляющий собой всасывающее устройство, имеющее корпус с валом, входные отверстия и сетку.
Известный насос с указанным всасывающим устройством предотвращает попадание в полость насоса крупных частиц механических примесей, но не позволяет проводить тонкую очистку пластовой жидкости, что приводит к попаданию механических примесей в рабочие органы насоса и вызывает их износ.
Известен скважинный центробежный насос, раскрытый в описании к патенту RU 2261369, F04D 13/10, 2005 г. и выбранный за прототип. Указанный насос содержит двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства в виде корпуса с валом и подводящими отверстиями и с пенометаллическим фильтром, размещенным между корпусом и валом с образованием кольцевых полостей между ними.
Недостатком этого насоса с пенометаллическим фильтром является недостаточно высокая эффективность работы насоса из-за относительно невысокой пропускной способности фильтра, так как пенометалл представляет собой жесткую конструкцию с неэластичными ячейками, которые могут забиваться механическими примесями, что затрудняет проход пластовой жидкости и снижает срок работы насоса до регенерации фильтра. Кроме того, механические примеси скапливаются во всасывающем устройстве в нижней части кольцевой полости между корпусом и фильтром, что приводит к перекрытию доступа пластовой жидкости к нижней части фильтра и, следовательно, к уменьшению площади фильтрующей поверхности фильтра и нарушению равномерной фильтрации по всей его длине. В случае сильного загрязнения отдельных участков фильтра весь фильтр не подлежит регенерации и требуется его замена.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы насоса, его эксплуатационной надежности, увеличение срока службы до регенерации фильтра за счет улучшения качества фильтрации, исключения отложения механических примесей в кольцевой полости между корпусом и фильтром и повышение ремонтопригодности фильтровального оборудования насоса.
Эта задача решается созданием скважинного насоса, который содержит двигатель, соединенный с нижней из насосных секций посредством всасывающего устройства, выполненного в виде корпуса с подводящими пластовую жидкость отверстиями, вала, фильтра, размещенного между корпусом и валом с образованием кольцевой полости между ними, верхней и нижней опор вала, в котором фильтр всасывающего устройства содержит, по меньшей мере, два модуль-фильтра, выполненных из фильтрующих элементов из проницаемого материала из спиральной проволоки «металлорезина», которые установлены на центраторе, и модуль-фильтры расположены между опорами вала, а всасывающее устройство снабжено сборником механических примесей с каналами для отвода механических примесей в затрубное пространство, расположенным под нижней опорой вала, по меньшей мере, одной промежуточной опорой вала, причем нижняя и промежуточная опоры вала в зоне кольцевой полости с неотфильтрованной пластовой жидкостью снабжены каналами для прохода механических примесей в сборник. Фильтр может быть выполнен, по меньшей мере, из одного слоя. Центратор может быть выполнен в виде каркаса из втулок и продольных стержней круглого сечения. Всасывающее устройство может быть дополнительно снабжено устройством для закручивания потока, которое установлено в кольцевой полости между корпусом и фильтром. Устройство для закручивания потока может быть выполнено по спиральной образующей.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен заявленный скважинный насос, на фиг.2 - модуль-фильтр с фильтрующим элементом в один слой, на фиг.3 - модуль-фильтр с фильтрующим элементом в два слоя, на фиг.4 - сечение корпуса с отверстиями для входа пластовой жидкости, на фиг.5 - сечение основания с каналами для отвода механических примесей, на фиг.6 - сечение по промежуточной опоре вала, на фиг.7 - сечение по нижней опоре вала, на фиг.8 - заявленный скважинный насос с устройством для закручивания потока.
Скважинный насос состоит из погружного двигателя 1 центробежного, винтового или любого другого типа насоса, всасывающего устройства 2, нижней насосной секции 3. Всасывающее устройство 2 содержит корпус 4 с валом 5, фильтром 6, верхней 7, нижней 8, промежуточной 9 опорами вала 5. Фильтр 6 расположен между корпусом 4 и валом 5 с образованием кольцевых полостей: кольцевой полости 10 между корпусом 4 и фильтром 6 с неотфильтрованной пластовой жидкостью и кольцевой полостью 11 между валом 5 и фильтром 6 с отфильтрованной пластовой жидкостью. Фильтр содержит, по меньшей мере, два модуль-фильтра 12. Количество модуль-фильтров зависит от длины фильтра. Модуль-фильтры 12 расположены между верхней 7, промежуточной 9 и нижней 8 опорами вала 5.
Каждый модуль-фильтр 12 содержит фильтрующие элементы 13, которые установлены на центраторе 14, сопргаются торцами друг к другу с определенным натягом. Фильтр 6 из фильтрующих элементов 13 выполнен из проницаемого материала из спиральной проволоки «металлорезина». Структура фильтрующих элементов 13 представляет собой проницаемую во всех направлениях открытую пористую систему, полученную в результате сплетения определенным образом ориентированных проволочных спиралей путем холодного прессования в специальных пресс-формах. Размер пор, а следовательно, тонкость фильтрации может быть различной и определяется конкретными условиями работы в скважине. Фильтрующие элементы 13 выполнены с возможностью упругой деформации во время работы установки, что обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление потоку пластовой жидкости и тем самым создает идеальное распределение потока, а также способствует отражению частиц механических примесей от наружного слоя поверхности фильтра 6.
Фильтр 6 из фильтрующих элементов 13 может быть однослойным или многослойным. Многослойный фильтр набран из фильтрующих элементов разных диаметров, при этом фильтрующие элементы меньшего диаметра вставляются в фильтрующие элементы большего диаметра.
Центратор 14 может быть выполнен в виде каркаса из втулок 15 и продольных стержней 16 круглого сечения. Между модуль-фильтром и опорой вала установлены ограничители деформации 17 фильтрующих элементов 13, которые обеспечивают контролируемое сжатие фильтрующих элементов 13, что позволяет регулировать размеры пор фильтрующих элементов 13 и, следовательно, тонкость очистки и, кроме того, гарантируют плотность прилегания торцов фильтрующих элементов 13. Выполнение фильтра из модуль-фильтров обеспечивает удобство сборки и повышает ремонтопригодность фильтра 6, так как при ремонте возможно удаление лишь отдельных сильно загрязненных не подлежащих регенерации фильтрующих элементов 13, а остальные могут быть регенерированы и использованы в эксплуатации.
Для сбора крупных механических примесей всасывающее устройство 2 снабжено сборником 18 механических примесей. Сборник 18 расположен под нижней опорой 8 вала 5 и соединен с затрубным пространством каналами 19 для отвода механических примесей. В корпусе 4 выполнены отверстия 20, через которые пластовая жидкость поступает в полость 10 между корпусом 4 и фильтром 6. Всасывающее устройство 2 содержит, по меньшей мере, одну промежуточную опору 9 вала 5. Количество промежуточных опор вала зависит от длины фильтра. С целью предотвращения отложения механических примесей над опорами и, таким образом, обеспечения защиты от перекрытия и засорения прилегающих к опорам участков наружной поверхности фильтра 6 промежуточная опора 9 вала 5 и нижняя опора 8 вала 5 в зоне кольцевой полости 10 с неотфильтрованной пластовой жидкостью содержат каналы 21 для прохода механических примесей в сборник 18 механических примесей. Промежуточная опора 9 вала 5 в зоне кольцевой полости 11 с отфильтрованной пластовой жидкостью имеет каналы 22 для прохода пластовой жидкости к нижней секции 3 насоса.
Всасывающее устройство 2 может содержать устройство для закручивания потока 23, которое установлено в кольцевой полости 10 с неотфильтрованной пластовой жидкостью и выполнено по спиральной образующей. Устройство 23 создает тангенциальную составляющую движения неотфильтрованной жидкости в кольцевой полости 10 между корпусом 4 и фильтром 6, что повышает эффективность отражения частиц механических примесей от поверхности фильтра 6 и способствует перемещению механических примесей в нижнюю часть всасывающего устройства 2 в сборник 18 механических примесей и далее в затрубное пространство.
Скважинный насос работает следующим образом. При пуске погружного двигателя 1 движение через вал 5 передается на рабочие органы насосных секций 3. Пластовая жидкость через отверстия 20 в корпусе 4 поступает в кольцевую полость 10 с неотфильтрованной жидкостью между корпусом 4 и фильтром 6 и далее к фильтру 6. Крупные частицы механических примесей с размером более размера пор фильтра 6, доставленного из модуль-фильтров 12, задерживаются наружной поверхностью фильтра 6, скатываются вниз, проходят через каналы 21, выполненные в промежуточной 9 и нижней 8 опорах вала, в зоне кольцевой полости 10 между корпусом и фильтром, собираются в сборнике 18 механических примесей и через каналы 19 удаляются в межтрубное пространство. Пластовая жидкость с механическими примесями с размером частиц менее размера пор фильтра 6 проходит в проволочную структуру фильтра. При этом поток дробится на отдельные струи, скорость потока уменьшается, часть мелких частиц задерживается проволочной структурой и осаждается в порах фильтра 6. В связи с тем что все поры фильтра являются сообщающимися и фильтр выполнен с возможностью упругой деформации, механические включения, способные перекрыть отдельные поры, не нарушают работоспособности фильтра в целом, что способствует более длительному сроку его работы до регенерации. По мере осаждения механических примесей в зоне наружной поверхности фильтра его поры в этой зоне частично перекрываются и образовавшийся наружный слой фильтра приобретает способность отражать частицы с размером менее размера пор. Отфильтрованная пластовая жидкость с частью прошедших через фильтр мелких частиц попадает в кольцевую полость 11 между фильтром и валом и далее через каналы 22 в промежуточной 9 и верхней 7 опорах вала 5 и по кольцевой полости 11 поступает в насосные секции 3.
В варианте выполнения скважинного насоса с устройством для закручивания потока пластовая жидкость через отверстия 20 поступает на устройство для закручивания потока 23, которое расположено в кольцевой полости 10 с неотфильтрованной пластовой жидкостью. Пластовая жидкость по спиральной образующей распределяется по всей длине фильтра 6. Далее пластовая жидкость, как и в вышеописанном варианте, направляется в проволочную структуру фильтра 6, очищается и поступает в насосные секции 3. Часть механических примесей пластовой жидкости с размером частиц более размера пор фильтра, которая отразилась от фильтра, попадает на устройство для закручивания потока 23 и скатывается по спиральной образующей в нижнюю часть всасывающего устройства 2 в сборник 18 механических примесей и далее в затрубное пространство.
Наличие в скважинном насосе сборника механических примесей и каналов для отвода механических примесей в затрубное пространство, а также наличие каналов в нижней и промежуточной опорах вала в зоне кольцевой полости между корпусом и фильтром препятствует перекрытию наружной поверхности и засорению фильтра. Возможность изготовления фильтра в заданном интервале размеров пор, наличие открытой пористой системы в проволочной структуре фильтра, возможность упругой деформации фильтра позволяют отражать и улавливать механические частицы с размерами до нескольких десятков микрон. Применяемый фильтр обладает высокой грязеемкостью, отражательной способностью, низким гидравлическим сопротивлением и высокой пропускной способностью, хорошей регенеративной способностью.
Выполнение фильтра из отдельных модуль-фильтров позволяет заменять отдельные, вышедшие из строя в процессе эксплуатации, фильтрующие элементы модуль-фильтров без замены всего фильтра в целом.
Таким образом, предлагаемая конструкция насоса улучшает качество фильтрации, предотвращает проникновение механических примесей в рабочие органы насосных секций и тем самым повышает эффективность, эксплуатационную надежность насоса, увеличивает срок службы насоса до регенерации фильтра и повышает ремонтопригодность фильтровального оборудования насоса.