Радиальный направляющий аппарат многоступенчатого погружного насоса

Изобретение относится к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления. Направляющий аппарат содержит цилиндрический корпус, один или два проточных канала, верхний диск и нижний диск, имеющий полость под рабочее колесо 6 и снабженный крышкой 8. Центр полости смещен относительно оси цилиндрического корпуса направляющего аппарата. Спиральный выход 9 в крышке 8 и обратный канал, соединенные через наклонный канал, образуют проточный канал направляющего аппарата. Наклонные каналы сформированы между вкладышами 11 и 12 и расположены в частях нижнего диска и крышки 8, наиболее удаленных от оси симметрии полости. Изобретение направлено на улучшение напорных характеристик и позволяет, оставаясь в пределах заданного габарита, увеличить ширину наклонных каналов, не уменьшая диаметр колеса. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области насосостроения и, прежде всего, к многоступенчатым насосам, используемым для добычи нефти из скважин и для подачи воды в продуктивный нефтеносный пласт для поддержания и повышения в нем пластового давления.

В настоящее время для добычи нефти широко используются погружные центробежные насосы с симметричными радиальными направляющими аппаратами (НА). В таких НА проточная часть, как правило, формируется посредством лопастей, размещенных между верхним и нижним дисками (см., например, В.Н.Ивановский и др. «Оборудование для добычи нефти и газа», Москва, ГУП, «Нефть и газ» РГУ Нефти и газа им. И.М.Губкина, 2002. ч.1, с.356-360, рис.5.5).

К числу недостатком данных НА следует отнести низкое значение напора ступеней при работе на газожидкостных смесях, связанное с тем, что при переходе потока из рабочего колеса в НА через кольцевую безлопаточную камеру происходит расслоение перекачиваемой газожидкостной смеси, при котором жидкость будет прижиматься к стенке корпуса и терять значительную часть энергии до того, как попадет на лопатки НА.

Известны конструкции радиальных НА, в которых перекачиваемая среда, выходя с рабочего колеса, попадает под воздействие направляющих элементов, выполненных в виде направляющих лопаток или ребер, образующих совместно с плоскими поверхностями дисков и цилиндрической поверхностью корпуса НА направляющие каналы, по которым перекачиваемая среда переходит к входу в рабочее колесо следующей ступени (патент РФ №35392 U1 на полезную модель, опубл. 10.01.2004, авт. свид-во СССР №479399, опубл. 05.08.1976, патент РФ №2142069, опубл.27.11.1999).

Недостатком данного НА является достаточно высокая сложность изготовления нижнего диска, особенно для малых габаритов.

Наиболее близким к заявляемому является радиальный НА, имеющий цилиндрический корпус, выполненный заодно с верхним диском, и нижний диск в виде отдельной детали. На нижней, боковой и верхней поверхностях нижнего диска расположены направляющие лопатки, образующие с плоскими поверхностями верхних дисков данной и соседней ступеней, а также с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса последовательность направляющих каналов: спирального выхода, диффузорного канала, переходного канала, обратного канала. При этом на боковой поверхности нижнего диска образованы выемки. На нижнем диске имеется полость для размещения рабочего колеса (см., например, Богданов А.А. Центробежные погружные электронасосы для добычи нефти. Москва, Недра, 1968, фиг.36, с.48-49).

Недостатком этого радиального НА, предназначенного для симметричного размещения в нем рабочего колеса, является то, что при сохранении внешнего габарита НА приходится уменьшать диаметр рабочего колеса или заужать проходные сечения наклонных каналов. И то, и другое ухудшает характеристики. Кроме того, узкие каналы быстро зарастают при солеотложении.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции НА с улучшенными напорными характеристиками, которая позволяет, оставаясь в пределах заданного габарита, увеличить ширину наклонных каналов, не уменьшая диаметр колеса.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиальном направляющем аппарате центробежного многоступенчатого насоса, содержащем цилиндрический корпус, верхний диск, нижний диск, имеющий полость под рабочее колесо, проточные каналы, включающие спиральные выходы, соединенные с обратными каналами посредством наклонных каналов, согласно изобретению ось симметрии полости под рабочее колесо смещена относительно оси симметрии корпуса НА, а число проточных каналов не превышает двух, причем наклонные каналы расположены в части НА, наиболее удаленной от оси симметрии полости под рабочее колесо. Внешняя поверхность корпуса, наиболее удаленная от полости под рабочее колесо, может быть выполнена с вырезом, параллельным оси насоса, для проведения внутри корпуса насоса электрического кабеля, кабелей управления и связи с датчиками контрольно-измерительной аппаратуры, а также трубопроводов для подвода жидких ингибиторов солеотложений.

Наклонные каналы могут быть сформированы в виде профилированных выемок в отдельных вкладышах, имеющих геометрию, позволяющую их изготавливать формованием вдоль оси, перпендикулярной оси НА, при этом наружная поверхность вкладыша выполнена совпадающей с внутренней поверхностью НА и опирается на нее. Могут применяться такие же формы вкладышей и профилированных выемок, и такое же расположение и крепление вкладышей в НА, как в симметричных радиальных НА, описанных в патентах РФ №2365794, 2364755, 2364756, 2364757.

В некоторых вариантах исполнения каналы могут быть сформированы с помощью двух вкладышей (без выемок), оси формования которых перпендикулярны оси корпуса направляющего аппарата и могут быть разориентированы друг относительно друга на угол до 30°.

В заявляемом НА часть площади в плане вдоль оси насоса не занята рабочим колесом и проточными каналами. Эта часть расположена на периферии корпуса в наиболее толстом месте асимметричной стенки и может быть использована для формирования технологических продольных каналов в виде боковых выемок с внешней стороны корпуса ступени. Наличие таких специальных каналов позволяет при необходимости проводить коммуникации внутри корпуса насоса. Кроме того, в погружных установках с описанным НА электродвигатель расположен на валу симметрично относительно обсадной трубы, а корпус насоса, насаженного на этот же вал, смещен, что позволяет освободить больше места для проведения электрического кабеля питания электродвигателя.

Для формирования сплошного канала ступени дополняются фиксаторами взаимного положения соседних корпусов. В данной конструкции нет необходимости подвергать токарной обработке внешнюю сторону корпуса ступени, достаточно обработать только ее торцевые поверхности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1-4 показан одноканальный НА без выреза, выполненный из деталей, адаптированных для изготовления методом порошковой металлургии и последующего склеивания между собой; на фиг.5-9 показан двухканальный вариант НА заявляемой конструкции с вырезом. В данном случае аппарат представлен монолитным; он может быть выполнен как литьем, так и из деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, (деталировка в данном случае не показана для упрощения чертежей).

На фиг.1 приведен меридиональный разрез сборки из двух ступеней с одноканальными асимметричными НА с двумя вкладышами, формирующими наклонный канал, разрез А-А на фиг.2; на фиг.2 - горизонтальный разрез ступени с вкладышами, проходящий через спиральный выход и нижний вкладыш, разрез Б-Б на фиг.1 и 4, вид снизу; на фиг.3 - горизонтальный разрез ступени с вкладышами, проходящий через обратный канал, разрез В-В на фиг.1; на фиг.4 - вертикальный разрез через наклонный канал и вкладыши, разрез Г-Г на фиг.2.

На фиг.5 - меридиональный разрез сборки из двух ступеней, с двухканальным НА с боковым вырезом, проходящий через ось вала, разрез Д-Д на фиг.6; на фиг.6 - горизонтальный разрез ступени по середине высоты лопаток рабочего колеса, (разрез Е-Е на фиг.5), на фиг.7 - вертикальный разрез по наклонному переходному каналу, разрез Ж-Ж на фиг.6; на фиг.8 - горизонтальный разрез ступени на уровне обратных каналов, разрез 3-3 на фиг.5; на фиг.9 - сборка установки ЭЦН с НА заявляемой конструкции, горизонтальный разрез, проходящий через лопатки рабочего колеса, вид сверху.

Направляющий аппарат 1 состоит (фиг.1) из цилиндрического корпуса 2, верхнего диска 3 с опорным выступом и нижнего диска 4 с втулкой и опорным выступом. В нижнем диске 4 выполнена полость 5 под рабочее колесо 6, центр полости смещен относительно оси цилиндрического корпуса 2 НА. Между верхним диском 3 и нижним диском 4 размещен обратный канал 7 (фиг.3). Нижний диск 4, расположенный внутри цилиндрического корпуса 2, снабжен крышкой 8, которая в корпус не входит, это позволяет выполнить в ней спиральный выход 9 (фиг.2), который иначе бы не вписывался в габарит корпуса 2. Спиральный выход 9 (фиг.2) соединен с обратным каналом 7 (фиг.3) наклонным каналом 10 (фиг.4), расположенным в частях нижнего диска 4 и крышки 8, наиболее удаленных от оси симметрии полости 5. Наклонный канал 10 сформирован с помощью отдельных вкладышей 11 и 12. Верхний вкладыш 12 крепится к верхней части нижнего диска 4, а нижний вкладыш 11 - к крышке 8, в зазоре между гранями 13 вкладышей образуется наклонный канал 10 (фиг.4).

В примере исполнения, представленном на фиг.5-9, в асимметричном двухканальном НА обратные каналы 7 разделены лопаткой 14 (фиг.5, 8). На внешней стороне корпуса 2, наиболее удаленной от полости 5, параллельно оси насоса выполнен вырез 15 (фиг.6), предназначенный для размещения внутри насоса различных коммуникаций, например кабелей управления и связи с датчиками контрольно-измерительной аппаратуры, а также для установки трубопроводов для подвода жидких ингибиторов солеотложений. Для устранения возможных перетоков между соседними НА вдоль выреза 15 на стыке между ступенями устанавливают резиновые уплотнения 16 (фиг.5).

Насос из ступеней, включающих направляющий аппарат 1 и рабочее колесо 6, набирается вдоль вала 17. К собранному насосу присоединяют ПЭД 18 и опускают в скважину с обсадной трубой 19 (фиг.9). Между корпусом насоса 20 и обсадной трубой 19 пропускают кабель 21 для питания электродвигателя 18. Ввиду асимметрии расположения корпуса насоса 20 относительно обсадной трубы 19 остается больше места для кабеля 21.

Описанная конструкция ступеней со смещением вала относительно корпуса насоса требует использования специальных радиальных подшипников с аналогичной асимметрией.

Направляющий аппарат 1 работает следующим образом. Поток перекачиваемой жидкости, выходя из рабочего колеса 6, попадает в спиральные выходы 9, наклонные каналы 10, затем поступает в обратные каналы 7 и поднимается на вход рабочего колеса следующей ступени.

Асимметричное расположение корпуса, с одной стороны, и вала с полостью для рабочего колеса, с другой стороны, позволяет, оставаясь в пределах заданного габарита и не уменьшая диаметр колеса, увеличить ширину наклонных каналов, что особенно важно для малорасходных ступеней с номиналом менее 20 м³/сут.

Приведенный пример исполнения НА из составных частей с использованием вкладышей, состоящих из двух частей, отличается простотой изготовления и может быть реализован не только в асимметричных НА, но и в симметричных многоканальных НА.

1. Радиальный направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса, содержащий цилиндрический корпус, верхний диск, нижний диск, имеющий полость под рабочее колесо, проточные каналы, включающие спиральные выходы, соединенные с обратными каналами посредством наклонных каналов, отличающийся тем, что ось симметрии полости под рабочее колесо смещена относительно оси симметрии корпуса направляющего аппарата, а число проточных каналов не превышает двух, причем наклонные каналы расположены в части направляющего аппарата, наиболее удаленной от оси симметрии полости под рабочее колесо.

2. Радиальный направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность корпуса, наиболее удаленная от полости под рабочее колесо, выполнена с вырезом, параллельным оси насоса, для проведения внутри кожуха насоса кабелей управления и связи с датчиками контрольно-измерительной аппаратуры, а также трубопроводов для подвода жидких ингибиторов солеотложений.

3. Радиальный направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса по п.1, отличающийся тем, что наклонные каналы сформированы в виде профилированных выемок в отдельных вкладышах, опирающихся на внутреннюю поверхность корпуса.

4. Радиальный направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса по п.1, отличающийся тем, что наклонные каналы сформированы с помощью вкладышей, выполненных из двух частей, оси формования которых перпендикулярны оси корпуса направляющего аппарата и разориентированы относительно друг друга на угол до 30°.