Электрический погружной насос с компрессионной трубой

Изобретение относится к электрическому погружному насосу типа ESP, обычно используемого в нефтяной промышленности для обеспечения механизированного подъема в скважинах, которые не имеют достаточного давления для подачи нефти на поверхность. Электрический погружной насос для использования в скважине содержит: моторную секцию 20, насосную секцию 24, защитную секцию 22, расположенную между моторной секцией 20 и насосной секцией 24, и вращающийся вал. Вал проходит через моторную, защитную и насосную секции 20, 22, 24. Моторная, защитная и насосная секции 20, 22, 24 содержат каждая множество функциональных компонентов и втулок, установленных на валу с образованием по существу непрерывной трубы вокруг вала. Предусмотрены фитинги наверху и внизу вала для удерживания в сжатом состоянии компонентов и втулок, образующих трубу. Изобретение направлено на защиту вала от контакта с протекающей средой, повышение его жесткости на изгиб, исключение слабых точек вследствие выполнения вала в виде единого целого элемента, что обеспечивает увеличение прочности конструкции всего насоса. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электрическому погружному насосу (ESP) типа, обычно используемого в нефтяной промышленности для обеспечения механизированного подъема в скважинах, которые не имеют достаточного давления для подачи нефти на поверхность. В частности, изобретение относится к установке компонентов насоса на валу насоса.

Уровень техники

На фиг.1 показан известный тип электрического погружного насоса. Такие устройства хорошо известны в нефтяной промышленности и располагаются внизу в нефтяных скважинах и используются для нагнетания нефти на поверхность. Показанный на фиг.1 электрический погружной насос содержит секцию 10 с необязательной электроникой для системы мониторинга и управления или системы коммутации, одну или несколько моторных секций 12 (в данном случае показаны две), каждая из которых содержит статор и ротор, установленный на приводном валу; защитную секцию 14, включающую вход 16 насоса и группу насосных секций 18 (в данном случае показаны четыре, хотя количество секций можно выбирать в соответствии с высотой подъема и объемом, который должен обеспечивать насос). В каждой из секций установлены различные компоненты на вращающемся валу, и валы в соседних секциях соединены, чтобы крутящий момент мог проходить из моторной секции (секций) 12 в насосную секцию (секции) 18. Такая конструкция может содержать шесть или больше валов, выполненных из стали, сплавов Inconel и Monel.

Имеется много проблем с таким расположением, которые могут отрицательно воздействовать на надежность электрического погружного насоса, включая трудность балансировки различных вращающихся валов для работы со скоростями до 3000 об/мин, ослабления, создаваемые соединениями между валами, и дополнительную длину, которую к общей длине электрического погружного насоса добавляет каждое соединение. Электрический погружной насос показанного на фиг.1 типа может иметь длину до 50 м и тем самым нуждается в сложной сборке на месте.

В электрическом погружном насосе показанного на фиг.1 типа части различных валов подвергаются воздействию текучей среды в различных секциях корпуса. Когда вал вращается, эта текучая среда протекает по поверхности вала и тем самым может вызывать коррозию и/или эрозию, особенно в насосной секции, где имеются текучие среды скважины, содержащие кислотные и/или содержащие макрочастицы материалы. В предложенных ранее конструкциях насосов проблемы коррозии и/или эрозии решались посредством использования имеющих высокую стойкость к коррозии и высокую прочность сталей для валов. Однако такие материалы являются дорогими. Кроме того, вал подвергается воздействию большого крутящего момента между каждой секцией, где имеется стыковка или соединение, что приводит к возможным неисправностям.

Целью данного изобретения является создание конструкции электрического погружного насоса, которая минимизирует некоторые или все указанные выше проблемы.

Сущность изобретения

Согласно первому аспекту данного изобретения предлагается электрический погружной насос для использования в скважине, содержащий:

- моторную секцию;

- насосную секцию;

- вращающийся вал, проходящий через моторную и насосную секции;

при этом моторная и насосная секции содержат каждая множество функциональных компонентов и втулок, установленных на вал с образованием по существу непрерывной трубы вокруг вала; и при этом предусмотрены фитинги наверху и внизу вала для удерживания в сжатом состоянии компонентов и втулок, образующих трубу.

За счет предусмотрения проходящей вокруг вала от конца до конца компрессионной трубы, можно уменьшить действие коррозии и/или эрозии и исключить соединения вала в зонах большого крутящего момента.

Защитная секция может быть расположена между моторной секцией и насосной секцией, при этом вал проходит через защитную секцию, и компоненты, и втулки в защитной секции образуют часть компрессионной трубы.

Секции электрического погружного насоса обычно содержат заполненные текучей средой корпуса, при этом компрессионная труба защищает наружную поверхность вала от проточного контакта с текучей средой в корпусах.

Вал может быть выполнен в виде единого целого между фитингами.

В различных секциях могут быть предусмотрены подшипники, при этом вокруг вала в местах, где он проходит через подшипники, предусмотрены опорные втулки, образующие часть компрессионной трубы.

Моторная секция обычно содержит статор и ротор, при этом ротор установлен на валу и образует часть компрессионной трубы; и насосная секция обычно содержит группу диффузоров и крыльчаток, при этом крыльчатки установлены на валу и образуют часть компрессионной трубы.

Может быть предусмотрено одно или несколько уплотнений вокруг вала для ограничения сообщения по текучей среде между секциями, при этом компрессионная труба проходит через уплотнения.

Другие аспекты изобретения следуют из приведенного ниже описания.

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено:

фиг.1 - электрический погружной насос согласно уровню техники;

фиг.2 - электрический погружной насос согласно одному варианту выполнения изобретения; и

фиг.3 и 4 - вариант выполнения согласно фиг.2, в увеличенном масштабе.

Пути реализации изобретения

На фиг.2 показан электрический погружной насос согласно изобретению. Этот электрический погружной насос содержит единственную моторную секцию 20, защитную секцию с перепуском и входом 22 насоса и единственную насосную секцию 24. Общая длина электрического погружного насоса обычно меньше 12 м.

На фиг.3 и 4 детально показаны секции электрического погружного насоса, согласно фиг.2. Части, которые содержат лишь повторяющуюся структуру, не изображены для ясности.

На фиг.3 показана моторная секция 20 и часть защитной секции 22. Моторная секция 20 содержит корпус 30 с концевым куполом 32, в котором установлен вал 34 с соответствующими уплотнениями и подшипниками. Первая часть моторной секции содержит камеру 36 для электронной системы или коммутатора для управления работой электродвигателя. Камера 36 отделена от моторного блока с помощью распределительного блока 37. Нижний конец моторного блока 38 содержит запирающее кольцо 40 для расположения статора 38 в корпусе 30. Вал 34 может проходить вниз через запирающее кольцо 40. Вал содержит пружинное упорное кольцо 42, которое проходит вокруг вала 34 и обеспечивает реакционный фитинг для вращающихся компонентов, расположенных выше. Таким образом, сам электродвигатель содержит компоненты 44 статора, закрепленные на корпусе 30, и роторные компоненты 46, установленные на валу 34.

В отдельных местах вдоль моторной секции могут быть предусмотрены радиальные подшипники 50. Подшипник 50 закреплен на корпусе 30, и вокруг вала 34 в месте, где он проходит через подшипник 50, предусмотрена опорная втулка 52.

Вверху моторной секции статор заканчивается другим стопорным кольцом 54. Вал 34 проходит вверх и входит в перепускной блок 56 защитной секции 22. Втулки 48 установлены на валу 34 над ротором 46 с прохождением к рабочему колесу системы 58 упорного подшипника.

В защитной секции 22 над рабочим колесом упорного подшипника вал 34 снабжен рядом втулок 59, которые окружают вал при его прохождении через различные уплотнения, подшипники и фильтры, расположенные в защитной секции 22.

На фиг.4 показана часть защитной секции 22 и насосной секции 24. Вверху защитной секции вал 34 снова проходит через уплотнения и распределительные блоки 60 перед вхождением в насосную секцию 24. Втулки 59 в данном случае также окружают вал 34.

Насосная секция содержит корпус 62 насоса, на котором закреплены последовательно диффузоры 64 насосных ступеней. Ряды крыльчаток 66 установлены на валу 34, по одной на каждый диффузор 64, при этом вал снабжен втулками 68, где он проходит через диффузоры 64. Так же как в моторной секции могут быть предусмотрены радиальные подшипники 70 в местах вдоль насосной секции. Подшипник 70 закреплен на корпусе 62, и предусмотрена опорная втулка 72 вокруг вала 34, где он проходит через подшипник 70. В некоторых конструкциях между двумя последовательными крыльчатками установлена трубчатая распорка для обеспечения правильного расстояния на валу. Распорки аналогичны втулкам 59 на фиг.3 (однако имеют другую длину).

Верх вала 34 снабжен резьбой, на которой находится прижимная гайка 74. Конец корпуса 62 закрыт закрывающим фитингом 76. Затягивание гайки 74 приводит к ее упору в самую верхнюю втулку 68 и затем к сжатию всех других втулок и компонентов, установленных вокруг вала, пока не образуется непрерывная труба в сжатом состоянии, при этом пружинное упорное кольцо воспринимает создаваемое сжатие. Результатом этого является окружение вала непрерывным рукавом, который защищает его от контакта с протекающей текучей средой. Хотя текучая среда может проникать между частями компрессионной трубы и приходить в контакт с валом, она не будет протекать, и, таким образом, будет подвергаться коррозии лишь контакт, пока он не будет закрыт, и не будет происходить дальнейшего разрушения. Гидравлическая осевая нагрузка, создаваемая на каждой крыльчатке во время нагнетания, может передаваться на рабочее колесо упорного подшипника за счет непрерывной трубы, образованной из крыльчаток, различных распорок и вращающихся втулок радиальных подшипников.

Другие преимущества обеспечиваются посредством переноса компрессионных фитингов наружу секций вала с большим крутящим моментом. Зоны большого крутящего момента находятся между точками расположения пружинного упорного кольца и прижимной гайки наверху и внизу соответственно. Компрессионная труба также выполняет функцию физической опоры вала, что увеличивает прочность всей конструкции.

Вал, указанный в приведенном выше варианте выполнения, является выполненным в виде единого целого элементом. Это является особенно предпочтительным, поскольку исключается необходимость в соединениях, которые могут прерывать компрессионную трубу и создавать потенциально слабые точки.

Кроме того, благодаря осевому сжатию втулок 59, крыльчаток 66 и роторных элементов (46), вращающихся втулок и различных других вращающихся распорок повышается жесткость вала на изгиб.

Возможны другие очевидные изменения внутри объема изобретения.

1. Электрический погружной насос для использования в скважине, содержащий: моторную секцию; насосную секцию; защитную секцию, расположенную между моторной секцией и насосной секцией, и вращающийся вал, проходящий через моторную, защитную и насосную секции; при этом моторная, защитная и насосная секции содержат каждая множество функциональных компонентов и втулок, установленных на валу с образованием по существу непрерывной трубы вокруг вала; при этом предусмотрены фитинги наверху и внизу вала для удерживания в сжатом состоянии компонентов и втулок, образующих трубу.

2. Насос по п.1, в котором секции электрического погружпого насоса содержат заполненные текучей средой корпуса, при этом компрессионная труба защищает наружную поверхность вала от проточного контакта с текучей средой в корпусах.

3. Насос по п.1, в котором вал выполнен в виде единого целого между фитингами.

4. Насос но п.1, в котором в различных секциях предусмотрены подшипники, при этом вокруг вала в местах, где он проходит через подшипники, предусмотрены опорные втулки, образующие часть компрессионной трубы.

5. Насос по п.1, в котором моторная секция содержит статор и ротор, при этом ротор установлен на валу и образует часть компрессионной трубы.

6. Насос по п.1, в котором насосная секция содержит группу диффузоров и крыльчаток, при этом крыльчатки установлены на валу и образуют часть компрессионной трубы.

7. Насос по п.6, в котором осевая нагрузка с крыльчаток передается на упорный подшипник через образованную компрессионную трубу.

8. Насос по п.1, содержащий вал постоянного сечения между электродвигателем и насосом.

9. Насос по п.1, содержащий одно или несколько уплотнений вокруг вала для ограничения сообщения по текучей среде между секциями, при этом компрессионная труба проходит через уплотнения.