Погружная насосная установка

 

Изобретение предназначено для использования в нефтегазодобывающей промышленности для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин. Погружная насосная установка содержит вращательную и лифтовую колонны и многозаходный винтовой насос, обойма которого закреплена на лифтовой колонне труб. Винт закреплен на вращательной колонне труб. Винтовая поверхность многозаходного героторного механизма винтового насоса выполнена с кинематическим отношением i от 2/3 до 11/12, а отношение шага к среднему диаметру винтовой поверхность Т/Д_ср. установлено в диапазоне от 3,5 до 6. Повышается КПД установки и увеличивается ее долговечность. 6 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин.

Известна погружная насосная установка, содержащая установленную в скважине колонну насосных труб, закрепленный в полости колонны винтовой насос, подключенный к двигателю через редуктор (CA патент N 1180594, Мкл 6 F 04 D, 3/02, 1985 г.).

Недостатком известной установки является невысокая надежность, вследствие утечек перекачиваемой жидкости.

Известна погружная насосная установка, содержащая колонну насосных труб, закрепленный в полости колонны винтовой насос, включающий винт и обойму, подключенный к двигателю через редуктор (патент N 2059112, F 04 B 47/02, 1996 г.) Недостатками известной установки являются невысокие КПД и долговечность установки.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение К.П.Д. установки и повышение ее долговечности.

Данная техническая задача решается путем обеспечения минимальных затрат мощности на вращательной колонне труб за счет особенностей геометрических параметров винтовой поверхности многозаходного винтового насоса, при этом частота вращения колонны не должна превышать 200 об/мин.

Таким образом, в известной установке, содержащей вращательную и лифтовую колонны, многозаходный винтовой насос, обойма которого прикреплена к лифтовой колонне труб, а винт закреплен на вращательной колонне труб, согласно изобретению винтовая поверхность многозаходного героторного механизма выполнена с отношением шага к среднему диаметру винтовой поверхности, Т_шаг/Д_ср от 3,5 -6, а кинематическое отношение i от 2/3 до 11/12, при частоте вращения колонны не более 200 об/мин.

На фиг. 1 представлена погружная насосная установка; на фиг. 2 - график влияния частоты вращения на энергетический баланс установки; на фиг. 3 - график зависимости относительных затрат мощности в отдельных элементах установки от кинематического отношения насоса; на фиг. 4 - график зависимости ресурса насоса от отношения шага к среднему диаметру винтовой поверхности; на фиг. 5 - график зависимости ресурса насоса от числа оборотов винта; на фиг. 6 - график зависимости частоты вращения винта от отношения шага к среднему диаметру винтовой поверхности, при разном кинематическом отношении насоса.

На фиг. 1 представлена погружная насосная установка, которая 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.

Погружная насосная установка состоит из поверхностного оборудования, включающего электродвигатель 3, связанный через ременную передачу 2 с редуктором 4, с помощью которого осуществляется вращение винтового насоса 7.

Скважинное оборудование состоит из лифтовой колонны 5, к которой подвешивается обойма 9 винтового насоса, вращательной колонны 6, которая крепится верхним концом к полированному штоку 1, а на нижнем установлен винт 8 винтового насоса, она предназначена для передачи вращающего момента от поверхностного оборудования к винту насоса.

Винтовой насос 7 состоит из обоймы 9 и винта 8, винтовые поверхности которого выполнены в виде многозаходного героторного механизма. Кинематическое отношение находится в пределах от 2/3 до 11/12.

Отношение шага к среднему диаметру винтовой поверхности находится в пределах 3,5-6.

Установка работает следующим образом.

При включении электродвигателя 3 вращение передается через редуктор 4, вращательную колонну 6 к винту 8 погружного насоса 7.

При вращении винта 8 непрерывно открываются и закрываются полости, образуемые винтом 8 и обоймой 9 винтового насоса. При этом сумма заполняемых жидкостью выходных площадей поперечного сечения винта с обоймой остается постоянной и поток жидкости всегда непрерывен и пропорционален частоте вращения винта.

Установлено, что при частоте вращения более 200 об/мин преобладающими затратами мощности в энергетическом балансе установки являются затраты на вращение колонны, что подтверждается графиком на фиг. 2. Поэтому для снижения затрат мощности и повышения КПД выбраны геометрические параметры насоса с кинематическим отношением i от 2/3 до 11/12, что проиллюстрировано установленной зависимостью на графике фиг. 3, а отношение шага к среднему диаметру винтовой поверхности выбрано в пределах от 3,5 до 6, что подтверждается графиком на фиг. 4.

Основным показателем работы установки является КПД и величина затрачиваемой мощности. Из графиков видно, что основным элементом, определяющим затраты мощности, является вращательная колонна. Конструкция установки выбрана такой, чтобы обеспечить минимальный уровень затрачиваемой мощности и максимальный КПД при минимальных затратах мощности в колоннах, что и обеспечивается при минимальных частотах вращения.

Предложенная погружная насосная установка позволяет повысить долговечность винтового насоса за счет снижения частоты вращения и увеличения отношения шага к среднему диаметру винтовой поверхности. Кроме того, снижение частоты вращения колонны труб уменьшает вибрацию обсадной колонны, вероятность образования эмульсии добываемой жидкости, облегчает условия работы вращательной колонны за счет уменьшения динамических нагрузок.

Формула изобретения

Погружная насосная установка, содержащая вращательную и лифтовую колонны, многозаходный винтовой насос, обойма которого закреплена на лифтовой колонне труб, а винт закреплен на вращательной колонне, отличающаяся тем, что винтовая поверхность многозаходного винтового насоса выполнена с кинематическим отношением i от 2/3 до 11/12, а отношение шага к среднему диаметру винтовой поверхности установлено в диапазоне от 3,5 до 6 при частоте вращения вращательной колонны не более 200 об/мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6