Погружная насосная установка

Погружная насосная установка предназначена для использования в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована, например, как в качестве водоподъемной установки, так и для подъема пластовых жидкостей при эксплуатации и освоении скважин. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества монтажа скважинного оборудования, увеличении межремонтного периода работы установки, улучшения эксплуатационных характеристик. Поставленная задача решается за счет того, что в погружной насосной установке, состоящей из поверхностного и скважинного оборудования, включающего вращательную колонну, на нижнем конце которой закреплен винт винтового насоса с переводником и лифтовую колонну, на конце которой закреплена обойма винтового насоса с упором, охватывающая винт с опорной поверхностью и якорное устройство, длина винта винтового насоса превышает длину обоймы на величину l, равную как минимум расстоянию от опорной поверхности винта, при его рабочем положении, до упора, и по существу, составляет от 1 мм до 3500 мм, причем данная величина l может быть определена из выражения

- сила, возникающая от веса столба жидкости;

- осевая сила, возникающая в зацеплении винт-обойма от крутящего момента;

l_кол - длина вращательной колонны; d_кол - диаметр вращательной колонны;

Е - модуль продольной упругости; - площадь поперечного сечения вращательной колонны; М - крутящий момент; - плотность жидкости; h - высота столба жидкости; g - ускорение свободного падения - угол подъема винтовой линии зуба винта по среднему диаметру - Д_cр; t - шаг винта;

К - коэффициент, учитывающий влияние на вращательную колонну условий работы установки: частоты вращения, свойств жидкости, крутящего момента, подачи, геометрических параметров скважины и т.д.;

С - константа учитывающая погрешность при монтаже и типоразмер насоса. Опорная поверхность может быть расположена в верхней и/или нижней частях винта винтового насоса, и выполняется как часть винта или в виде отдельного элемента, связанного с винтом, причем опорная поверхность может быть снабжена каналами для

прохождения жидкости. Упор может быть расположен как в нижней, так и в верхней частях обоймы. Кроме того, по существу, упор может быть выполнен в виде подпятника, уступа или пальца и может играть роль, как посадочной поверхности, так и упорного элемента, упор может быть выполнен как часть обоймы насоса или как отдельный элемент, связанный с обоймой, кроме того, в качестве упора используют палец или торцевые поверхности якорного устройства, причем опорная поверхность и упор могут быть выполнены с возможностью взаимного сочленения, в виде прямолинейной, ступенчатой, конической или криволинейной поверхностей.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может использоваться, например, как в качестве водоподъемной установки, так и для подъема пластовых жидкостей при эксплуатации и освоении скважин.

Известна погружная насосная установка, содержащая колонну насосных труб с закрепленным в полости колонны винтовым насосом, подключенньм к двигателю через редуктор. [1]

Недостатком известной установки является низкий к.п.д. и недостаточная долговечность установки.

Известна погружная насосная установка, состоящая из поверхностного и скважинного оборудования, включающая вращательную и лифтовую колонны, и многозаходный винтовой насос, обойма с упором которого закреплена на конце лифтовой колонны, причем обойма обхватывает винт с опорной поверхностью, закрепленный на вращательной колонне труб и якорное устройство. [2]

Недостатком данного решения, принятого за прототип, является низкое качество монтажа скважинного оборудования, недостаточный межремонтный период работы при эксплуатации установки.

Ввиду того, что вращательная колонна погружной установки характеризуется значительной длиной, то это под воздействием эксплуатационных факторов определяет появление значимых упругих деформаций и потерю устойчивости, что обуславливает осевое перемещение ее нижней части, а так как, винт насоса жестко закреплен на этой колонне, то винт может опуститься на упор, вследствие этого произойдет разгрузка веса вращательной колонны на винт. Это приведет к изгибу винта и нижней части колонны, а следовательно, нарушению нормальной рабочей траектории движения винта и нижней части колонны относительно обоймы и появлению дополнительных напряжений от изгибающего момента, и в конечном итоге, повлечет повреждение, как обоймы и винта насоса, так и вращательной колонны.

Технический эффект, достигаемый данным изобретением, заключается в том, что посредством компенсации, перемещений вращательной колонны исключается возможность негативного воздействия осевого перемещения вращательной колонны на перемещение винта в обойме, т.е. исключена возможность посадки винта на упор обоймы.

При работе насосной установки исключается возможность неполного зацепления рабочей поверхности обоймы с винтом насоса, за счет соответствующего выполнения

длины винта насоса, в зависимости от растяжения вращательной колонны и погрешности монтажа.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества монтажа скважинного оборудования, увеличении межремонтного периода работы при эксплуатации установки, улучшении эксплуатационных характеристик в виду отсутствия непроизводительных затрат, за счет полного зацепления рабочей поверхности обоймы с винтом.

Поставленная задача решается за счет того, что в погружной насосной установке, содержащей поверхностное и скважинное оборудование, включающее вращательную колонну, на нижнем конце которой закреплен винт винтового насоса с переводником и лифтовую колонну, на конце которой закреплена обойма винтового насоса с упором, охватывающая этот винт с опорной поверхностью и якорное устройство, согласно изобретению, длина винта винтового насоса превышает длину обоймы на величину, как минимум равную расстоянию от опорной поверхности винта, при его рабочем положении, до упора, и по существу лежит в пределах от 1 до 3500 мм, причем указанная величина 1, при проектировочных и проверочных расчетах, определяется из следующего выражения:

1 = К*(F_ж+F_зац )1_кол/ЕА+С,

- сила, возникающая от веса столба жидкости;

- осевая сила, возникающая в зацеплении винт-обойма от крутящего момента;

l_кол - длина вращательной колонны; d_кол - диаметр вращательной колонны;

Е - модуль продольной упругости; - площадь поперечного сечения вращательной колонны; М - крутящий момент; - плотность жидкости; h - высота столба жидкости; g - ускорение свободного падения; - угол подъема винтовой линии зуба винта по среднему диаметру - Дер; t - шаг винта;

К - коэффициент, учитывающий влияние на вращательную колонну условий работы установки: частоты вращения, свойств жидкости, крутящего момента, подачи, геометрических параметров скважины и т.д.

С - константа учитывающая погрешность при монтаже и типоразмер насоса. Опорная поверхность может быть расположена в верхней и/или нижней частях винта винтового насоса, и выполняется как часть винта или в виде отдельного элемента, связанного с винтом, причем опорная поверхность может быть снабжена каналами для прохождения жидкости. Упор может быть расположен как в нижней, так и в верхней частях обоймы. Кроме того, по существу, упор может быть выполнен в виде подпятника, уступа или пальца и может играть роль, как посадочной поверхности, так и упорного элемента,

упор может быть выполнен как часть обоймы насоса или как отдельный элемент, связанный с обоймой, кроме того, в качестве упора используют палец или торцевые поверхности якорного устройства, причем опорная поверхность и упор могут быть выполнены с возможностью взаимного сочленения, в виде прямолинейной, ступенчатой, конической или криволинейной поверхностей.

На фиг.1 - представлен общий вид погружной насосной установки, на фиг.2 - вариант выполнения с упором в виде пальца, при нижнем расположении на торце обоймы, фиг.3 - с упором в виде уступа, фиг.4 - вариант с упором на верхнем торце обоймы, фиг.5 - с упором в виде пальца якорного устройства, фиг.6 - с упором в виде торцевых поверхностей якорного устройства.

Погружная насосная установка содержит: 1 - полированный шток; 2 - клиноременную передачу; 3 - электродвигатель; 4 - редуктор; 5 - лифтовую колонну труб; 6 - вращательную колонну; 7 - винтовой насос; 8 - винт винтового насоса; 9 - обойму винтового насоса, 10 - упор, 11 - резиновая обкладка обоймы, 12 - якорное устройство, 13 - переводник (опорная поверхность), 14 - каналы в переводнике.

Погружная насосная установка состоит из поверхностного оборудования, включающего электродвигатель 3, связанный через ременную передачу 2 с редуктором 4, с помощью которых осуществляется вращение винта винтового насоса.

Скважинное оборудование состоит из лифтовой колонны 5, на которой закреплена обойма 9 винтового насоса, вращательной колонны 6, которая крепится верхним концом к полированному штоку 1, на нижнем конце вращательной колонны установлен винт 8 винтового насоса 7, колонна 6 предназначена для передачи вращения от поверхностного оборудования к винту насоса 7.

Винтовой насос 7 состоит из винта 8, имеющего в верхней и/или нижней части опорные поверхности, обоймы 9, которая содержит резиновую обкладку 11 и упор 10, который может быть размещен как в нижней фиг.2, фиг.3, фиг.5, фиг.6, так и в верхней части обоймы 9 фиг.4. Как показано на фиг.4, винт 8 может быть снабжен переводником 13 с каналами 14, причем упор 10 может быть выполнен в виде подпятника, фиг.4, и может быть закреплен на верхнем торце обоймы, и выполнен в виде уступа или пальца, части обоймы или отдельного элемента, связанного с обоймой, а длина винта 8 должна превышать длину обоймы 9 на величину, как минимум равную расстоянию от опорной поверхности винта, при его рабочем положении, до упора 10, а по существу, лежит в пределах от 1 мм до 3500 мм, причем эта величина должна быть больше величины растяжения вращательной колонны, которая имеет протяженную длину и под действием эксплуатационных факторов возникают упругие деформации и теряет свою устойчивость, а следовательно,

происходит осевое смещение колонны в процессе работы и, как следствие, перемещение винта и посадки его на упор, изгиб винта и разрушения обоймы, винта или вращательной колонны.

Погружная насосная установка работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 вращение его вала передается через клиноременную передачу 2, редуктор 4, полированный шток 1, вращательную колонну 6 к винту 8 погружного насоса 7.

При вращении винта 8 непрерывно открываются и закрываются полости, образованные винтом 8 и обоймой 9 винтового насоса. В процессе работы на винт 8 действуют осевые силы, возникающие от давления жидкости, крутящего момента и других факторов, которые действуют на вращательную колонну, в результате чего происходит растяжение вращательной колонны.

При расположении упора на верхнем торце обоймы винт насоса разгружается от осевой силы, возникающей при проведении операции подгонки винта. При подгонке винта 8 переводник 13, который расположен на верхней части винта и имеет опорную поверхность, опускается на упор 10, выполненный в виде осевого подпятника, который закреплен на верхнем торце обоймы 9. Вращательная колонна поднимается вместе с переводником 13 с упора 10, как минимум, на расстояние 1, рассчитанное по формуле, и лежащее в пределах от 1 до 3500 мм. Даже в случае неправильной подгонки винта, когда переводник 13 будет находиться в контакте с упором 10, то за счет низкого коэффициента трения в паре переводник 13 - упор 10 и каналов 14, в переводнике 13 для прохождения жидкости, насос 7 будет откачивать пластовую жидкость без значительных дополнительных затрат.

Компенсация всех этих факторов, возникающих при монтаже и эксплуатации установки, достигаемая данным изобретением позволяет обеспечить полное зацепление рабочей поверхности обоймы и винта насоса.

Предложенная насосная установка позволяет экономить потребляемую мощность за счет отсутствия дополнительных сил трения, т.к. при работе установки нет перекоса или посадки винта на упор, не происходит нарушения нормальной рабочей траектории движения винта относительно обоймы, т.е. увеличивается к.п.д. установки.

Отсутствие непроизводительных затрат ведет к увеличению сроков эксплуатации насосной установки, увеличению межремонтных периодов работы и одновременно повышает качество монтажа скважинного оборудования.

1. Погружная насосная установка, состоящая из поверхностного и скважинного оборудования, включающего винтовой насос, вращательную колонну, на нижнем конце которой закреплен винт винтового насоса с переводником и лифтовую колонну, на конце которой закреплена обойма винтового насоса, с упором, охватывающая винт винтового насоса, с опорной поверхностью и якорное устройство, отличающаяся тем, что длина винта винтового насоса превышает длину обоймы винтового насоса на величину равную, как минимум, расстоянию от опорной поверхности винта, при его рабочем положении, до упора.

2. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что опорная поверхность может быть расположена в верхней и/или нижней частях винта винтового насоса.

3. Погружная установка по п.2, отличающаяся тем, что опорная поверхность выполнена как часть винта или в виде отдельного элемента, связанного с винтом.

4. Погружная установка по п.3, отличающаяся тем, что опорная поверхность снабжена каналами для прохождения жидкости.

5. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что упор может быть расположен как в нижней, так и в верхней частях обоймы.

6. Погружная установка по п.5, отличающаяся тем, что упор может быть выполнен в виде подпятника, уступа или пальца.

7. Погружная установка по п.6, отличающаяся тем, что упор крепится на торце обоймы и может быть выполнен как часть обоймы насоса или как отдельный элемент, связанный с обоймой.

8. Погружная установка по п.5, отличающаяся тем, что в качестве упора используются палец или торцевые поверхности якорного устройства.

9. Погружная установка по п.1, отличающаяся тем, что опорная поверхность и упор выполнены с возможностью взаимного сочленения, в виде прямолинейной, ступенчатой, конической или криволинейной поверхностей.