Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости



Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости
Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости
Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости
Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости
Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости
Скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости

 


Владельцы патента RU 2516753:

Закрытое акционерное общество "Новомет-Пермь" (RU)

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым осевым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости высокой вязкости. Насос содержит множество последовательно расположенных в корпусе насосных ступеней. Рабочее колесо каждой ступени выполнено осевым в виде втулки со спиральными лопастями. Угол между касательной к скелетной линии лопастей и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен постоянным либо монотонно увеличивающимся от входа к выходу. Начальное значение этого угла, являющееся входным углом лопасти, монотонно уменьшается от втулки к периферии. Лопасти направляющего аппарата каждой ступени изготовлены с двойной кривизной и направлением закрутки, противоположным направлению закрутки лопастей рабочего колеса. Отношение радиальной ширины проточного канала в рабочем колесе и направляющем аппарате к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6. Изобретение направлено на обеспечение перекачки жидкости в широком диапазоне вязкостей без потери напора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Настоящее изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости высокой вязкости.

Известен многоступенчатый погружной насос для перекачки нефти, состоящий из ступеней центробежного типа, содержащих рабочие колеса и направляющие аппараты, последовательно расположенные на общем валу, заключенные в корпус и снабженные концевыми элементами (см., например, Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструирование). М.: Недра, 1968, С.21).

Недостатком данного насоса является существенное снижение развиваемого напора и КПД при повышении вязкости перекачиваемой жидкости, что приводит к вынужденному увеличению числа насосных ступеней, т.е. удорожанию установки в целом, а также к завышенным затратам мощности в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому является скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости с твердыми включениями (такими, как водоросли, кусочки древесины, обломки металла, пластика, галька, частицы твердых нефтепродуктов), состоящий из одной ступени и применяемый при сборе разливов нефти из поврежденных нефтяных танкеров (патент US №5385447А, F04D 3/00, заявл. 26.03.1993, опубл. 31.01.1995). Насос включает в себя входной канал, спрофилированный по типу трубки Вентури для того, чтобы уменьшить кавитацию и рост вязкого погранслоя в этой области, рабочее колесо диагонального типа, установленное в расширении входного канала, осевой направляющий аппарат, расположенный непосредственно после рабочего колеса, и электродвигатель, вращающий рабочее колесо. Для сохранения необходимого уровня напора внешний диаметр насоса выполнен большим (12.5 дюймов). Конфигурация входного канала и проточных каналов рабочего колеса обусловлена требованием к необходимому кавитационному запасу описанного насоса, работающего в условиях низких входных давлений.

Однако для перекачки вязкой нефти из нефтяных скважин, когда входное давление составляет порядка 30-50 атм, это требование становится несущественным, поэтому конструкция ступени, состоящей из рабочего колеса диагонального типа и направляющего аппарата осевого типа, не будет эффективно работать в скважинных условиях. Основным недостатком описанного изобретения является значительное падение напора насоса при повышении вязкости перекачиваемой жидкости, характерное для ступеней центробежного и диагонального типов. Кроме того, большие размеры насоса не позволяют использовать его в скважинах с ограниченным диаметром обсадной колонны.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания скважинного погружного насоса для добычи вязкой жидкости, сохраняющего напор в широком диапазоне вязкостей.

Для достижения указанного технического результата скважинный погружной насос для перекачки вязкой нефти, содержащий насосную ступень, состоящую из осевого направляющего аппарата и рабочего колеса, согласно изобретению выполнен из множества ступеней, последовательно расположенных на общем валу и помещенных в общий корпус, а рабочее колесо выполнено осевым в виде втулки со спиральными лопастями.

В меридианном сечении проточный канал рабочего колеса выполнен конфузорным, а направляющего аппарата - диффузорным, при этом отношение площади проточного кольцевого канала рабочего колеса на входе (Sвх) к площади проточного кольцевого канала на выходе (Sвых), а для направляющего аппарата - обратное отношение Sвых/Sвх лежит в интервале от 1.0 до 1.5.

Кроме того, в рабочем колесе и направляющем аппарате отношение радиальной ширины проточного кольцевого канала к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6.

В любом из сечений проточного канала цилиндрической поверхностью, коаксиальной оси вращения, угол между касательной к скелетной линии лопасти рабочего колеса и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, может быть выполнен постоянным либо монотонно увеличивающимся от входа к выходу, начальное значение этого угла, являющееся входным углом лопасти, - монотонно уменьшающимся от втулки к периферии. Лопасти в направляющем аппарате могут иметь двойную кривизну и направление закрутки, противоположное направлению закрутки лопастей рабочего колеса.

Сущность заявляемого погружного насоса для перекачки вязких жидкостей поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема насоса; на фиг.2 - рабочее колесо в аксонометрии; на фиг.3 - направляющий аппарат в аксонометрии.

Погружной насос для перекачки вязкой жидкости содержит множество ступеней 1, последовательно размещенных в корпусе 2, каждая из которых состоит из установленных неподвижно осевых направляющих аппаратов 3 и рабочих колес осевого типа 4, установленных с возможностью вращения на общем валу 5 (фиг.1). Рабочее колесо 4 содержит втулку 6, на боковой поверхности которой на равном расстоянии друг от друга установлены спиральные лопасти 7 (фиг.2). Отношение радиальной ширины проточного канала к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6, в меридианном сечении канал рабочего колеса 4 выполнен конфузорным таким образом, чтобы отношение площади проточного кольцевого канала на входе 8 в рабочее колесо 4 к площади проточного кольцевого канала на выходе 9 из рабочего колеса 4 S в х Р К / S в ы х Р К лежало в интервале от 1.0 до 1.5. Угол β между касательной к скелетной линии лопасти 7 и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, монотонно увеличивается от входа 8 к выходу 9. Начальное значение угла β, являющееся входным углом лопасти, монотонно уменьшается от втулки 6 к периферии. В некоторых вариантах исполнения угол β может быть одинаков по всей длине лопасти 7.

Осевой направляющий аппарат 3 (фиг.3) имеет втулку 10 с лопастями 11, размещенными на ее боковой поверхности. Лопасти 11 могут быть выполнены двойной кривизны и имеют направление закрутки, противоположное направлению закрутки лопастей 7 рабочего колеса 4. В меридианном сечении проточный канал направляющего аппарата 3 выполнен диффузорным, причем отношение площади проточного канала на выходе 12 из направляющего аппарата 3 к площади проточного канала на его входе 13 S в ы х Н А / S в х Н А лежит в интервале от 1.0 до 1.5. Такие параметры рабочего колеса 4 и направляющего аппарата 3 минимизируют вероятность отрывных и вихревых течений в проточных каналах ступени в целом, а значит способствуют сохранению напора и КПД насоса. Скважинный погружной насос работает следующим образом. Перекачиваемая вязкая жидкость поступает в проточные каналы рабочего колеса 4, приводимого в движение валом 5, ,и обтекая лопасти 7, приобретает кинетическую энергию, которая преобразуется в потенциальную энергию напора, при переходе жидкости в направляющий аппарат 3, с выхода 12 которого поток жидкости далее попадает в рабочее колесо 4 следующей ступени 1.

На фиг.4, 5, 6 приведены результаты стендовых испытаний заявляемого насоса и насосов-аналогов при повышении вязкости перекачиваемой жидкости. На фиг.4 показаны напорно-расходные характеристики ступени заявляемого насоса осевого типа, полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-300 сСт, 2-200 сСт, 3-100 сСт 4-1 сСт.; на фиг.5 - показаны напорно-расходные характеристики ступени насоса диагонального типа (прототипа), полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-300 сСт, 2-60 сСт, 3-40 сСт, 4-1 сСт; на фиг.6 - напорно-расходные характеристики ступени насоса центробежного типа, полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-450 сСт, 2-220 сСт, 3-55 сСт, 4-40 сСт, 5-1 сСт.

Из рисунков видно, что заявляемые осевые ступени сохраняют значение напора в широком диапазоне вязкостей, в то время как диагональные и центробежные ступени с увеличением вязкости жидкости значительно теряют в напоре.

Таким образом, заявляемая конструкция по сравнению с аналогами позволяет эффективно перекачивать жидкости в широком диапазоне вязкостей без потери напора.

1. Скважинный погружной насос для перекачки вязкой нефти, содержащий насосную ступень, состоящую из осевого направляющего аппарата и рабочего колеса, отличающийся тем, что насос состоит из множества ступеней, последовательно расположенных на общем валу и помещенных в общий корпус, рабочее колесо выполнено осевым в виде втулки со спиральными лопастями, угол между касательной к скелетной линии которых и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен постоянным либо монотонно увеличивающимся от входа к выходу, начальное значение этого угла, являющееся входным углом лопасти, - монотонно уменьшающимся от втулки к периферии, при этом лопасти направляющего аппарата изготовлены с двойной кривизной и направлением закрутки, противоположным направлению закрутки лопастей рабочего колеса, а отношение радиальной ширины проточного канала в рабочем колесе и направляющем аппарате к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в меридианном сечении проточный канал рабочего колеса выполнен конфузорным, а направляющего аппарата - диффузорным, при этом отношение площади проточного кольцевого канала рабочего колеса на входе к площади проточного кольцевого канала на выходе S в х Р К /S в ы х Р К и отношение площади проточного канала направляющего аппарата на выходе к площади проточного канала на входе S в ы х Н А / S в х Н А не превышает 1.5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к осевым насосам или компрессорам, используемым в турбореактивных двигателях. .

Изобретение относится к области производства осевых вентиляторов и насосов для перемещения особо чистых газообразных и жидких сред в химической промышленности, микробиологии, медицине, космонавтике и приборостроении.

Изобретение относится к конструкции осевого насоса и может быть использовано в насосостроении. .

Изобретение относится к устройству для осевой транспортировки жидкостей тела согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение в насосах для гидромелиорации и в других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области насосостроения и может найти применение в насосах для гидромелиорации и в других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в погружных центробежных скважинных насосах для добычи нефти из скважин с высоким содержанием солей, свободного газа и механических примесей.

Изобретение относится к области добычи нефти с помощью электрических погружных насосов. Система подачи для перекачивания текучей среды из продуктивной зоны на поверхность скважины содержит обсадную трубу скважины.

Изобретение относится к центробежным многоступенчатым насосам и может быть использовано для подъема из скважин жидкости с высоким содержанием механических примесей.

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в насосных агрегатах, применяемых, например, в нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к погружным электроцентробежным насосам. Устройство для гидравлической защиты электродвигателя насоса выполнено в виде протектора, размещенного между электродвигателем и насосом, и содержит корпус, трубу, установленную коаксиально корпусу и валу привода, ниппели, кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной корпусом и трубой, и разделяющий камеру на два участка.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружному оборудованию для добычи нефти с высоким содержанием газа. Клапан содержит корпус 1, запорный элемент 10 в виде шара, неподвижно закрепленный внутри корпуса 1 полый шток 8 с седлом 11 в верхней части и сквозными радиальными каналами под седлом 11, ограничитель движения шара вверх, подпружиненный подвижный полый поршень 2, расположенный на внешней образующей полого штока 8 с возможностью перекрывать и открывать радиальные каналы 12 и 13 полого штока 8.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных погружных насосах для откачки пластовой жидкости с высоким содержанием газа.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах управления погружными электродвигателями как асинхронными, так и вентильными, применяемых при нефтедобыче, а также в других областях народного хозяйства.

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы, а также в процессе длительной эксплуатации скважины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к погружным электронасосным агрегатам, используемым для добычи нефти и откачки воды из скважин.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче нефти погружными насосами из скважин, продукция которых содержит твердые частицы - механические примеси. Обеспечивает повышение надежности эксплуатации насосной установки для добычи нефти из скважин с высокой концентрацией взвешенных твердых частиц. Погружная насосная установка для добычи нефти содержит спущенные в скважину насос с погружным электродвигателем, центробежный сепаратор твердых частиц и отстойник. Центробежный сепаратор твердых частиц расположен ниже погружного электродвигателя с возможностью передачи крутящего момента с вала погружного электродвигателя на вал центробежного сепаратора твердых частиц, при этом ротор центробежного сепаратора твердых частиц окружен неподвижной винтовой решеткой, ход нарезки лопаток которой противоположен направлению вращения ротора центробежного сепаратора твердых частиц. Внутри отстойника размещена труба, верхний конец которой расположен ниже центробежного сепаратора твердых частиц, а нижний конец сообщен с полостью скважины. Нижний конец трубы снабжен сужающимся соплом, при этом подача ротора центробежного сепаратора твердых частиц не менее чем на 20% превышает подачу насоса. 1 ил.
Наверх