Установка погружных центробежных насосов

 

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано для добычи нефти из наклонно-направленных и искривленных скважин. Погружная центробежная насосная установка содержит насосный агрегат в виде модульных секций, соединенных между собой подвижным устройством. Устройство выполнено в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной модульной секции насосного агрегата, а со второго - со сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидной гайки с резьбой, соединяющей втулку-основание с другой модульной секцией. Валы модульных секций соединены между собой муфтами, обеспечивающими угловое смещение валов. Насосный агрегат спущен в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ), соединенных резьбовыми муфтами. Сферический сегмент с упругим уплотнительным элементом и со стопором подвижного устройства выполнен на головке, ввинченной в корпус одной модульной секции, соединен с основанием, ввинченным в корпус другой модульной секции, и скреплен посредством резьбы накидной гайкой, снабженной стопором от самоотвинчивания. Изобретение направлено на повышение надежности и долговечности путем уменьшения изгибающих напряжений в соединениях НКТ и модульных секциях агрегата. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в установках погружных центробежных насосов в модульном исполнении для добычи нефти из наклонно-направленных и искривленных скважин.

Известна установка погружных центробежных насосов в модульном исполнении, состоящая из насосного агрегата, содержащего погружной электродвигатель с гидрозащитой, входной модуль, модульные секции насосов и модуль-головку, соединенные между собой по корпусам модулей посредством соединений типа "Фланец - Корпус" и типа "Фланец - Фланец", по валам модулей - с помощью шлицевых муфт, кабельной линии, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах (далее по тесту - НКТ), соединенных между собой резьбовыми муфтами, и наземного оборудования. (Установки погружных центробежных насосов в модульном исполнении. Каталог. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990, с. 3-8).

Недостатком известной установки серийного производства является низкая ее надежность при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах, в которых: при спуске и подъеме насосный агрегат и колонна НКТ подвергаются изгибу при прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны и НКТ из-за недостаточного запаса прочности разрушаются в резьбовом соединении с модуль-головкой или муфтой и насосный агрегат с частью оторванных труб падает на дно скважины; при эксплуатации, когда в модулях насосного агрегата, размещенного в скважине с изгибом в месте его подвески, из-за дисбаланса вращающихся масс возникают вибрации, переходящие в резонанс, под действием которого многократно возрастает динамическая составляющая эксплуатационных напряжений и приводит к неизбежному разрушению соединений модулей, иногда корпусных деталей, и падению оторванных модулей и частей насосного агрегата на дно скважины.

Известна наиболее близкая к изобретению погружная насосная установка (RU 2136971 C1, F 04 D 13/10, 29/62, 13.05.97 г., прототип), содержащая погружной электродвигатель и модульные секции, соединенные между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной секции насоса, а со второго - со сферическим сегментом с уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидную гайку с резьбой, соединяющую втулку-основание с корпусом подвижного устройства, закрепленным фланцевой частью с другой секцией насоса, валы модульных секций соединены шлицевой муфтой, обеспечивающей угловое смещение валов.

Недостатком данной насосной установки является низкая ее надежность при эксплуатации в наклонно-направленных скважинах, когда насосный агрегат размещен в скважине в месте его подвески с изгибом при угловом смещении корпусов модульных секций изогнутые концы валов модулей, соединенные жесткой шлицевой муфтой при их вращении подвергаются циклическому изгибу, износу подшипников модулей, что приводит к возникновению поперечных вибраций, резонансу, последующему излому валов, иногда к расчленению модулей и падению их на дно скважины. Кроме того, дополнительное количество вводимых в корпус подвижного устройства деталей и элементов, в частности фланца, отверстий, канавки под уплотнительный элемент, уплотнительного элемента, усложняет конструкцию, снижает надежность и долговечность всей установки. Размещение накидной гайки и сферического сегмента на втулке-основании верхней насосной секции затрудняет при монтаже модульных секций на устье скважины визуальный контроль совмещения стопора на основании с пазами корпуса подвижного устройства, так как накидная гайка закрывает их от обзора.

Технической задачей является повышение надежности и долговечности погружного оборудования установок при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах: при проведении спуско-подъемных операций - путем уменьшения изгибающих напряжений в соединениях НКТ (в аналогах насосно-компрессорные трубы соединены между собой резьбовой муфтой, далее по тесту - соединения "НКТ - муфта - НКТ") и модульных секциях насосного агрегата при прохождении участков ствола скважины с большим темпом набора кривизны за счет повышения запаса прочности резьбовых соединений НКТ и за счет использования подвижных соединений, например шарнирных, модульных секций агрегата; при эксплуатации насосного агрегата путем вписывания без изгиба в ствол скважины в интервале подвески не всего насосного агрегата, а в 2-5 раз более коротких модульных секций, соединенных между собой подвижным соединением, например шарнирным.

Поставленная задача решается тем, что в установке погружных центробежных насосов, содержащей насосный агрегат в виде модульных секций, соединенных между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной модульной секции насосного агрегата, а со второго - со сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидной гайки с резьбой, соединяющей втулку-основание с другой модульной секцией, в которых валы модульных секций соединены между собой муфтами, обеспечивающими угловое смещение валов, согласно изобретению насосный агрегат спущен в скважину на НКТ, соединенных резьбовыми муфтами, сферический сегмент с упругим уплотнительным элементами и со стопором подвижного устройства выполнен на головке, ввинченной в корпус одной модульной секции, соединен с основанием, ввинченным в корпус другой модульной секции, и скреплен посредством резьбы накидной гайкой, снабженной стопором от самоотвинчивания, валы модульных секций соединены гибкой муфтой, обеспечивающей угловое смещение валов.

Гибкая муфта может быть выполнена из двух шлицевых полумуфт, соединенных между собой канатами из высокопрочной проволоки, размещенными в продольных отверстиях шлицевых полумуфт, обжатыми по наружным поверхностям шлицевых полумуфт обкаткой, или концы которых в виде расплетенных проволок каната размещены в конусных отверстиях, выполненных в каждой шлицевой полумуфте, и залиты расплавленным свинцом или припоем.

Причем на соединения "НКТ - муфта - НКТ" установлены муфты усиления, состоящие из корпуса и двух крышек, шарнирно соединенных и скрепленных между собой винтами с усиками, при этом шейки корпуса и крышек выполнены таким образом, что плотно охватывают каждую НКТ.

Предлагаемая установка погружных центробежных насосов поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено подвижное устройство модульных секций насосного агрегата, осевой разрез; на фиг.2 - гибкая муфта, осевой разрез; на фиг.3 - гибкая муфта, общий вид; на фиг.4 - муфта усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ", общий вид; на фиг 5 - разрез А-А фиг.4.

Установка погружных центробежных насосов состоит из погружного электродвигателя (не показано), гидрозащиты (не показано), глубинного насоса, состоящего из модульных секций 1 и 2, собранных между собой посредством подвижного устройства 3, модуль-головки (не показано), с одной стороны соединенной с головкой 4 модульной секцией 2 посредством шарового соединения, аналогичного шаровому соединению подвижного устройства 3, с другой стороны - с первой НКТ 5 на резьбе, кабельной линии 6, НКТ 5 и 7, резьбовой муфты 8, муфты 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ", совмещенной с протектором защиты кабельной линии 6 от повреждения, и наземного оборудования (не показано).

Подвижное устройство 3 состоит из головки 4 модульной секции 1 насосного агрегата, сферического сегмента 10, стопора 11, упругого уплотнительного элемента 12, втулки-основания 13 модульной секции 2 насосного агрегата, накидной гайки 14, снабженной стопором от самоотвинчивания 15, валов 16 модульных секций 1 и 2 насосного агрегата, гибкой муфты 17 и стопорного кольца 18.

Гибкая муфта 17 состоит из шлицевых полумуфт 19 и 20, канатов 21.

Муфта 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ" состоит из корпуса 22, крышек 23, осей 24 и винтов 25 с усиками 26.

Установка погружных центробежных насосов работает следующим образом.

Насосный агрегат с модульными секциями 1 и 2, скрепленными между собой подвижным устройством 3 и шаровым соединением, аналогичным шаровому соединению подвижного устройства 3 первой НКТ с модуль головкой, кабельной линией 6 спускают в скважину до места его подвески на насосно-компрессорных трубах 5 и 7, соединенных резьбовыми муфтами 8. На соединения "НКТ - муфта - НКТ" установлены муфты 9 усиления, корпус 22 и крышки 23 которых стянуты до плотного прилегания к каждой НКТ 5 и 7 винтами 25 с усиками 26 с последующим отгибанием усиков 26.

При прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны при проведении спуско-подъемных операций погружной электродвигатель (не показано), гидрозащита (не показано), модульные секции 1 и 2 и модуль-головка (не показано) насосного агрегата поворачиваются в подвижных устройствах 3 и шаровом соединении, аналогичном шаровому соединению подвижного устройства 3, следуя профилю скважины, одновременно поворачиваются концы валов 16 со шлицевыми полумуфтами 19 и 20 с последующим изгибом канатов 21, при этом перемещение шлицевой полумуфты 19 на валу 16 модульной секции 1 насосного агрегата ограничивается стопорным кольцом 18.

При прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны резьбовые соединения колонны НКТ установки погружных центробежных насосов с муфтами 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ" воспринимают значительную часть изгибающих нагрузок и разгружают соединения "НКТ - муфта - НКТ", увеличивая тем самым их запас прочности. Плотное прилегание корпуса 22 и крышек 23 к НКТ 5 и 7 за счет отгиба усиков 26 винтов 25 обеспечивают жесткость соединения, препятствуют вхождению соединения "НКТ - муфта - НКТ" в резонанс и самоотвинчиванию винтов 25 с усиками 26 под действием вибрации, возникающей при работе насосного агрегата.

В месте подвески насосного агрегата погружной электродвигатель (не показано), гидрозащита (не показано), модульные секции 1 и 2 насосного агрегата и модуль-головка (не показано) в изогнутой части скважины поворачиваются в подвижном устройстве 3 и шаровом соединении, аналогичном шаровому соединению подвижного устройства 3, следуя профилю скважины, размещаются в скважине без изгиба, после чего установка погружных центробежных насосов готова к запуску и выводу на режим эксплуатации.

Упругий уплотнительный элемент 12 обеспечивает герметичность подвижного устройства 3 и шарового соединения, аналогичного шаровому соединению подвижного устройства 3, модульных секций насосного агрегата, в т.ч. модульных секций 1 и 2, а стопор 11 предотвращает осевой поворот модульных секций насосного агрегата, в т.ч. модульных секций 1 и 2, относительно друг друга от реактивного момента погружного электродвигателя (не показано).

Изобретение позволяет при прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны уменьшить воздействие изгибающих сил на насосный агрегат, увеличить запас прочности соединений "НКТ - муфта - НКТ" колонны труб установки погружных центробежных насосов, в месте подвески насосного агрегата - разместить его модульные секции, соединенные шарнирно, в скважине без изгиба, в целом обеспечить надежную работу и увеличить наработку до отказа установок погружных центробежных насосов при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах.

Формула изобретения

1. Погружная центробежная насосная установка, содержащая насосный агрегат в виде модульных секций, соединенных между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной модульной секции насосного агрегата, а со второго - со сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидной гайки с резьбой, соединяющей втулку-основание с другой модульной секцией, в которых валы модульных секций соединены между собой муфтами, обеспечивающими угловое смещение валов, отличающаяся тем, что насосный агрегат спущен в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ), соединенных резьбовыми муфтами, сферический сегмент с упругим уплотнительным элементом и со стопором подвижного устройства выполнен на головке, ввинченной в корпус одной модульной секции, соединен с основанием, ввинченным в корпус другой модульной секции, и скреплен посредством резьбы накидной гайкой, снабженной стопором от самоотвинчивания.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гибкая муфта выполнена из двух шлицевых полумуфт, соединенных между собой канатами из высокопрочной проволоки, размещенными в продольных отверстиях шлицевых полумуфт, а концы расплетенных проволок каната размещены в конусных отверстиях, выполненных в каждой шлицевой полумуфте, и залиты расплавленным свинцом или припоем.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что шлицевые полумуфты соединены между собой канатами из высокопрочной проволоки, размещенными в продольных отверстиях шлицевых полумуфт и обжатыми по наружным поверхностям шлицевых полумуфт обкаткой.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на соединения “НКТ - муфта - НКТ” установлены муфты усиления, состоящие из корпуса и двух крышек, шарнирно соединенных и скрепленных между собой винтами с усиками, при этом шейки корпуса и крышек выполнены таким образом, что плотно охватывают каждую НКТ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5