глубинно-насосная установка

Формула изобретения

ГЛУБИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА, содержащая наземный привод, колонну насосно-компрессорных труб, размещенную в ней колонну насосных штанг, связанную с наземным приводом, одновинтовой насос, соединенный с нижними концами колонн и имеющий статор и эксцентрично размещенный в нем винтовой ротор, отличающаяся тем, что она снабжена по меньшей мере одним дополнительным статором, который установлен соосно и ниже основного, а ротор размещен с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с дополнительным статором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к глубинно-насосным установкам с наземным приводом через колонну штанг, и может быть использовано в различных областях горного дела, например, при механизированной добыче нефти и других пластовых жидкостей.

Известна одновинтовая гидромашина в виде винтового героторного механизма, содержащего статор с упругой резиновой обкладкой, имеющей полость, заполненную газом под давлением, и ротор.

При эксплуатации за счет давления в полости резиновой обкладки статора происходит компенсация износа рабочих органов. Однако недостатком данного способа компенсации является необходимость создания высокого давления в резиновой обкладке статора для поддержания достаточного натяга в паре ротор-статор, что для высоконапорных одновинтовых насосных установок является технически трудно осуществимой задачей.

Известен героторный винтовой механизм, содержащий корпус, винтовой ротор и статор, причем рабочие поверхности последних выполнены коническими.

В данном случае компенсация износа рабочих органов происходит при перемещении ротора относительно статора в сторону изменения диаметра последнего, что обеспечивает постоянство натяга в паре ротор-статор. Однако существенным недостатком данного метода является технически сложно выполнимое изготовление требуемых конических поверхностей винтового героторного механизма.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности к достигаемому эффекту является глубинно-насосная установка, содержащая наземный привод, колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в ней колонну насосных штанг, связанную с приводом, и соединенный с нижними концами указанных колонн одновинтовой насос, имеющий статор и ротор.

При эксплуатации одновинтового насоса в абразивосодержащих жидкостях происходит интенсивный износ рабочих поверхностей ротора и статора, что приводит к изменению натяга между ними, падению производительности и в дальнейшем к потере работоспособности насоса и установки в целом.

Изобретение направлено на снижение влияния износа рабочих органов одновинтового насоса на его производительность, т.е. на обеспечение стабильного режима работы установки в целом, на повышение надежности, а также на сокращение трудозатрат по переборке установки для устранения износа рабочих органов насоса.

Для этого в глубинно-насосной установке, содержащей наземный привод, колонну насосно-компрессорных труб, расположенную в ней колонну насосных штанг, связанную с приводом, и соединенный с нижними концами указанных колонн одновинтовой насос, имеющий статор и ротор, последний установлен с возможностью перемещения вдоль оси статора, а установка снабжена дополнительным статором, установленным ниже основного.

Наряду с этим установка может быть снабжена вторым или более дополнительными статорами, установленными последовательно ниже первого.

При эксплуатации одновинтовых насосов в абразивосодержащих жидкостях, а также вследствие особенностей рабочего процесса происходит интенсивный износ поверхности ротора и статора, что приводит к изменению натяга между ними и, как следствие, к падению производительности насоса, отрицательно сказываясь на работоспособности установки в целом.

Предложенное техническое решение позволяет компенсировать износ рабочих органов одновинтового насоса путем перемещения вниз его ротора до ввода в зацепление с дополнительным статором насоса, что обеспечивает восстановление первоначального натяга пары ротор-статор и требуемых эксплуатационных параметров. В результате этого стабилизируется режим работы насосной установки, повышается надежность, снижаются затраты на техническое обслуживание.

На фиг.1 изображена глубинно-насосная установка, общий вид; на фиг.2 показан одновинтовой насос глубинно-насосной установки; на фиг.3 дано сечение А-А на фиг. 2; на фиг.4 поперечное сечение ротора насоса; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.2.

Глубинно-насосная установка содержит наземный привод 1, понижающую передачу 2 (например, клиноременную), опорно-сальниковое устройство 3 со шпинделем 4 и устьевую арматуру 5 с устьевой колонной головкой 6, составляющими наземное оборудование.

Скважинное оборудование включает подвешенную к устьевой колонной головке 6 колонну насосно-компрессорных труб 7, расположенную в последней колонну насосных штанг 8, соединенную со шпинделем 4, и одновинтовый насос, имеющий статор 9 и ротор 10. Ниже статора 9 установлен связанный с ним дополнительный статор 11. Последний соединен с компенсатором реактивного момента, например, в виде упругого центратора 12, взаимодействующего со стенками обсадной колонны 13 (фиг.1). Колонна насосных штанг 8 имеет центраторы 14, центрирующие насосные штанги 8 в компрессорных трубах 7. Одновинтовой насос соединен своим статором 9 с низом колонны насосно-компрессорных труб 7, а ротором 10 через удлинитель 15 с колонной насосных штанг 8 (фиг.2). Основной статор 9 имеет внутреннюю эластичную обкладку 16, а дополнительный статор 11 эластичную обкладку 17. Число дополнительных статоров может быть несколько, при этом они располагаются последовательно один под другим.

Глубинно-насосная установка работает следующим образом.

Крутящий момент от наземного привода 1 через понижающую передачу 2, шпиндель 4 и колонну насосных штанг 8 передается на ротор 10 одновинтового насоса.

Рабочим органом одновинтового насоса является винтовой героторный механизм зубчатая косозубая пара внутреннего циклоидального зацепления, состоящая из Z₁ заходного статора 9 и Z₂ заходного ротора 10 (Z₂ Z₁-1), между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры.

Одновинтовой насос выполняет свои технологические функции при определенном натяге в рабочих органах, обеспечивающем разделение областей высокого и низкого давлений. Требуемый натяг обуславливается соответствующим соотношением средних диаметров d и D винтовых поверхностей ротора 10 и статора 9 (фиг.4 и 5).

В процессе вращения насосных штанг 8 ротор 10 совершает планетарное движение внутри основного статора 9, вытесняя пластовую жидкость в полость насосно-компрессорных труб 7 и перемещая ее к устью скважины.

Если в процессе функционирования основной рабочей пары ротор 10 статор 9 подача одновинтового насоса при заданной частоте вращения насосных штанг 8 снижается ниже допустимого уровня, глубинно-насосную установку останавливают. После этого опускают ротор 10, т.е. выводят его из зацепления с изношенным основным статором 9 и вводят в зацепление с дополнительным статором 11. Операция опускания ротора 10 может быть осуществлена, например, присоединением к верхней части колонны насосных штанг 8 дополнительной штанги определенной длины. После проведения этой операции вновь устанавливается необходимый натяг в рабочей паре ротор 10 статор 11, обеспечивающий требуемый уровень подачи одновинтового насоса.

В зависимости от сочетания физико-механических свойств материалов ротора и статора, геометрических параметров зацепления, параметров откачиваемой пластовой жидкости и содержания в ней абразивных веществ, а также давления и частоты вращения насоса возможны два основных случая, обуславливающих характер износа рабочей пары.

Если износ рабочих органов насоса происходит только по внутренней винтовой поверхности статора, геометрические параметры основного статора 9 и дополнительного статора 11 идентичны, в частности их средние диаметры D равны.

Если износ рабочих органов происходит как по внутренней поверхности статора 9 (его эластичной обкладки 16), так и по наружной металлической поверхности ротора 10, то для поддержания требуемого натяга дополнительный статор 11 должен иметь меньший средний диаметр D, чем основной статор 9. При наличии нескольких дополнительных статоров их средний диаметр D должен последовательно уменьшаться.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет с помощью простых технических средств обеспечить стабильные эксплуатационные характеристики глубинно-насосной установки в течение длительного периода работы.