Скважинная насосная установка

 

Установка предназначена для извлечения нефти из скважины. Установка включает колонну насосно-компрессорных труб, винтовой насос, колонну штанг, двухступенчатый редуктор с герметичным кожухом, манжетное уплотнение и опорный подшипник. Шпиндель насоса, закрепленный на колонне штанг, соединен с ведомым зубчатым колесом редуктора. На ведущем валу редуктора размещен подвижный блок шестерен, а на промежуточном валу размещены ведомые зубчатые колеса быстроходной и тихоходной ступеней, установленные с возможностью взаимодействия с одним из зубчатых венцов подвижного блока шестерен. Значительно повышается надежность и долговечность установки. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к насосному, применяемому для извлечения нефти из скважин.

Известна установка [1], содержащая погружной винтовой насос, насосно-компрессорные трубы, колонну штанг, выполняющую роль приводного вала ротора насоса, и наземный привод насоса, включающий двигатель, ременную передачу, редуктор с вертикальными валами, автономные узлы подвески колонны штанг и герметизации линии нагнетания. Недостатками такой установки является сложность и большая трудоемкость регулирования подачи насоса изменением частоты вращения ротора, которая достигается сменой шкивов ременной передачи, большие габариты наземного оборудования за счет применения ременной передачи и автономных узлов подвески колонны штанг и узла герметизации линии нагнетания, надежность и недолговечность ременной передачи, ненадежность узла герметизации.

Наиболее близким техническим решением является погружная насосная установка [2], содержащая колонну насосно-компрессорных труб, винтовой насос, колонну штанг, редуктор с герметичным кожухом, манжетное уплотнение и кольцевой фильтр, установленный между полостью редуктора и линией нагнетания, и опорный подшипник. Недостатками такой установки является большая трудоемкость регулирования производительности насоса, осуществляемая сменой шкивов ременной передачи, большие габариты ременной передачи, ненадежность системы герметизации и сложность ее ремонта или замены, ненадежность системы смазки, т. к. смазывающая способность откачиваемой жидкости, используемой в качестве смазки для редуктора, зависит от ее состава, и в первую очередь от содержания воды, большие габариты, невысокая грузоподъемность и сложность конструктивного обеспечения равномерного распределения нагрузки по рядам подшипника, большие нагрузки на колонну штанг, особенно в верхней части, складывающиеся от веса столба жидкости и собственного веса колонны, большие силы трения штанг о трубы в местах искривления скважин, растущие с увеличением глубины скважин.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является расширение функциональных возможностей и повышение надежности и долговечности скважинной насосной установки.

Эта задача достигается тем, что в известной скважинной насосной установке, включающей колонну насосно-компрессорных труб, винтовой насос, колонну штанг, двухступенчатый редуктор с герметичным кожухом, монтажное уплотнение и опорный подшипник, шпиндель насоса, закрепленный на колонне штанг, соединен с ведомым зубчатым колесом редуктора, при этом на ведущем валу редуктора размещен подвижный блок шестерен, а на промежуточном валу размещены ведомые зубчатые колеса быстроходной и тихоходной ступеней, установленные с возможностью взаимодействия с одним из зубчатых венцов подвижного блока шестерен. Такое решение позволяет оперативно и с минимальными трудозатратами регулировать производительность насоса, а использование ведущей шестерни тихоходной ступени в качестве ведомого колеса быстроходной ступени позволяет уменьшить число зубчатых колес на промежуточном валу, а следовательно, длину валов и габариты редуктора в целом, уменьшить напряжение изгиба, прогибы и повороты концевых сечений валов, что повышает долговечность и надежность валов и подшипников. Установка снабжена, дополнительно к манжетному, щелевым уплотнением, образуемым внутренней поверхностью внутреннего прилива корпуса редуктора и шпинделем, и торцевым уплотнением, размещенным между буртом шпинделя и верхним торцом внутреннего прилива корпуса редуктора, который выполнен на уровне плоскости разъема редуктора, что позволило максимально увеличить длину щелевого уплотнения и облегчить доступ к манжетному уплотнению во время ремонта или замены его. Применение трех последовательно установленных уплотнений повышает надежность герметизации линии нагнетания и долговечность работы редуктора за счет исключения попадания откачиваемой жидкости во внутреннюю полость редуктора. Для соединения ведомого зубчатого колеса со шпинделем установка снабжена стяжным фланцем и двухпозиционным стяжным механизмом, с помощью которого обеспечивается подъем бурта шпинделя над верхним торцом внутреннего прилива корпуса редуктора на регламентированную величину (верхняя позиция) во время работы установки и посадка шпинделя буртом на торец прилива (нижняя позиция) во время ремонта манжетного уплотнения. Установка снабжена дискретно установленными на колонне штанг комплексами из радиально-упорных подшипников и компенсирующих муфт и соответственно дискретно установленными на насосно-компрессорных трубах упорами для радиально-упорных подшипников.

Такое исполнение позволяет снизить осевую нагрузку на упорный подшипник редуктора, уменьшить силы трения штанг о трубы, а следовательно, и износ, повысить надежность и долговечность колонны штанг за счет снижения напряжений растяжений.

На чертеже представлена скважинная насосная установка.

Скважинная насосная установка состоит из винтового насоса, включающего статор 1 и ротор 2, колонны насосно-компрессорных труб 3, колонны штанг 4, двигателя 5, редуктора, содержащего корпус 6 с внутренним приливом 7, крышку 8, ведущий вал 9, на котором размещен подвижный блок шестерен 10, промежуточный вал с ведомыми зубчатыми колесами 12 быстроходной ступени, и колесом-шестерней 13 тихоходной ступени, шпиндель 14, соединенный с ведомым зубчатым колесом 15 посредством стяжного фланца 16, двухпозиционного стяжного механизма 17 и винтов 18, упорный подшипник 19, манжетное уплотнение 20, торцевое уплотнение 21, щелевое уплотнение 22. В колонну штанг 4 включены дискретно установленные комплексы из компенсирующих муфт 23 и радиально-упорных подшипников 24, взаимодействующих с упорами 25, установленными в колонне насосно-компрессорных труб 3.

Скважинная насосная установка работает следующим образом. Крутящий момент от двигателя 5 поступает на ведущий вал 9 редуктора, затем через одну из сопряженных пар зубчатых венцов блока шестерен 10 и ведомых зубчатых колес быстроходной ступени промежуточному валу 11, затем через шестерню 13 ведомому колесу 15 тихоходной ступени и через стяжной фланец 16, шпиндель 14, которой находится в верхней (рабочей) позиции, колонну штанг 4 с компенсирующими муфтами 24 ротору 2 винтового насоса. Откачиваемая жидкость проходит через отверстия в упорах 25 и радиально-упорных подшипниках 24, поднимается по внутренней полости колонны насосно- компрессорных труб 3 до устья и поступает в приемный коллектор (не показан). Для изменения производительности насоса блок шестерен 12 с помощью механизма перемещения блока (не показан) перемещается в требуемом осевом направлении до вхождения в зацепление соответствующего зубчатого венца блока шестерен 10 с одним из ведомых зубчатых колес 12 быстроходной ступени или с шестерней 13 тихоходной ступени. В последнем случае передаточное отношение редуктора определяется только отношением числа зубьев ведомого колеса 15 к числу зубьев соответствующего венца блока шестерен, а промежуточный вал работает в режиме оси, т.е. не испытывает напряжений кручения. Радиальная нагрузка, возникающая в зацеплении блока шестерен 10 с шестерней 13, компенсируется радиальной нагрузкой в зацеплении шестерни с ведомым колесом 15, что повышает долговечность и надежность вала и подшипника.

Вес столба жидкости, действующей на ротор, передается через первый от насоса радиально-упорный подшипник 24 упору 25 и далее колонне труб 3. Муфты 23 компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения относительно друг друга двух соединяемых участков колонны штанг, причем благодаря запасу осевого хода нижний конец верхнего участка колонны штанг становится свободно подвешенным. Муфты 23 установлены непосредственно над радиально-упорными подшипниками, т.е. образуют с ними комплексы, благодаря чему исключается возможность потери устойчивости части колонны штанг между подшипником и муфтой под действием собственного веса.

Остальные комплексы, количество и место установки которых зависит от глубины и профиля скважины, служат для передачи веса колонны штанг насосно-компрессорным трубам, благодаря чему регулируются напряжения растяжения в колонне штанг и повышается ее надежность и долговечность. Применение комплексов из радиально-упорных подшипников и компенсирующих муфт позволяет свести к минимуму осевую нагрузку на упорный подшипник 19 редуктора, что повышает его надежность и долговечность, а т.к. размеры этого подшипника в основном определяют размеры редуктора, то уменьшаются габариты и металлоемкость привода. Для замены элементов манжетного уплотнения 20 шпиндель 14 с помощью двухпозиционного стяжного механизма 17 осаживается вниз до посадки его бурта на верхний торец внутреннего прилива 7 корпуса 6, затем раскрепляются винты 18 и снимается стяжной фланец 16. В это время герметизация линии нагнетания от дневной поверхности осуществляется за счет щелевого уплотнения 22 и торцевого уплотнения 21, работающего в статистическом режиме.

Положительный эффект достигается за счет нетрудоемкого оперативного регулирования производительности насоса изменением частоты вращения ротора насоса, а следовательно, выбором оптимального режима работы пласта, сокращением частоты и длительности простоев установок, вызываемых необходимостью ремонта деталей редуктора и элементов уплотнения, повышением экологической безопасности за счет сведения к минимуму вероятности излива жидкости за счет повышения надежности и долговечности установки.

Предлагаемое изобретение может быть использовано на месторождениях с любыми технико-технологическими параметрами, скважины которого оснащены глубинными насосами с наземными вращателями колонны штанг.

Формула изобретения

1. Скважинная насосная установка, включающая колонну насосно-компрессорных труб, винтовой насос, колонну штанг, двухступенчатый редуктор с герметичным кожухом, манжетное уплотнение и опорный подшипник, отличающаяся тем, что шпиндель насоса, закрепленный на колонне штанг, соединен с ведомым зубчатым колесом редуктора, при этом на ведущем валу редуктора размещен подвижный блок шестерен, а на промежуточном валу размещены ведомые зубчатые колеса быстроходной и тихоходной ступеней, установленные с возможностью взаимодействия с одним из зубчатых венцов подвижного блока шестерен.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительно щелевым уплотнением, образуемым внутренней поверхностью внутреннего прилива корпуса редуктора и шпинделем, и торцевым уплотнением, размещенным между буртом шпинделя и верхним торцом внутреннего прилива корпуса редуктора, который выполнен на уровне плоскости разъема редуктора.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена стяжным фланцем, соединяющим ведомое колесо редуктора со шпинделем, и двухпозиционным стяжным механизмом, обеспечивающим ремонтное и рабочее положение шпинделя.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дискретно установленными на колонне штанг комплексами, состоящими каждая из радиально-упорного подшипника и компенсирующей муфты, установленной непосредственно над радиально-упорным подшипником, и соответственно дискретно установленными на колонне насосно-компрессорных труб упорами для радиально-упорных подшипников.

РИСУНКИ

Рисунок 1