Электрический погружной насос с общим кожухом

Изобретение относится к электрическим погружным насосам, обычно используемым для обеспечения механизированной добычи в нефтяных скважинах с недостаточным давлением для подъема нефти на поверхность. Электрический погружной насос содержит секцию насоса, впускную секцию, секцию защитного устройства и секцию электродвигателя, включающего в себя блок питания и блок связи, и общий кожух, проходящий поверх всех секций насоса. Изобретение направлено на создание компактного насоса за счет объединения функций кожухов секции насоса, кожуха впускной секции и множества кожухов секции защитного устройства в один общий кожух, что уменьшает проблемы со стыками, перекосом подшипников, снижает ошибку концентричности. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к электрическим погружным насосам, которые обычно используются для обеспечения механизированной добычи в нефтяных скважинах с недостаточным давлением для подъема нефти на поверхность. В частности, настоящее изобретение относится к кожухам, используемым в таких насосах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На фиг. 1 показан известный электрический погружной насос. Такие насосы хорошо известны в нефтедобывающей промышленности, их устанавливают с погружением в нефтяные скважины и эксплуатируют для перекачки нефти на поверхность. Электрический погружной насос, показанный на фиг. 1, содержит секцию 10 контрольно-измерительного устройства с электронными схемами, одну или более секций 12 электродвигателя (показаны две), каждая из которых содержит статор и ротор, установленный на приводном валу, секцию 14 защитного устройства, включающую в себя четыре отдельных кожуха, входное отверстие 16 насоса и ряд секций 18 насоса (здесь показаны четыре, хотя количество секций может быть выбрано в соответствии с высотой подачи и объемом жидкости, откачиваемой насосом). Для каждой секции предусмотрен отдельный кожух, что означает, что в обычной системе электрического погружного насоса может быть до 11 кожухов (четыре кожуха секции насоса, два кожуха секции электродвигателя, один кожух впускной секции и четыре кожуха секции защитного устройства).

В узле обычного электрического погружного насоса кожухи насоса обеспечивают размещение секций насоса и подшипников, а также обеспечивает силы противодействия для сжатия ряда диффузоров насоса. Впускная секция насоса обычно является отдельным устройством, которое устанавливается между секцией насоса и секцией защитного устройства (в существующих насосах имеется целостная конструкция впускной секции насоса, но секция защитного устройства выполнена отдельно от нее). Такая секция защитного устройства выполнена из нескольких корпусов с внутренними компонентами, присоединенными к ним, которые разделены частями кожуха защитного устройства, все это объединяется в секцию защитного устройства на заводе. Секции насоса, впускная секция и секция защитного устройства собираются на месте, используя конструкции с фланцевым или болтовым соединением, в законченный узел электрического погружного насоса вместе с электродвигателем.

С известными системами связаны многие проблемы, включая ошибки концентричности в узле из-за накопления производственных допусков, проблемы, связанные со стыками, вызванные заводскими дефектами, и вибрации, являющиеся, например, результатом перекоса подшипника в объединенных корпусах. Однако избежать этих проблем простым образом сложно вследствие способа изготовления таких насосов, предусматривающего изготовление каждой секции отдельно со своим кожухом.

Целью настоящего изобретения является создание системы, которая менее подвержена указанным проблемам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создан электрический погружной насос, содержащий секцию насоса, впускную секцию, секцию защитного устройства и секцию электродвигателя, включающую в себя блок питания и блок связи, и общий кожух, проходящий поверх всех секций насоса.

Предпочтительно общий кожух содержит первую часть, вмещающую секцию насоса, впускную секцию и секцию защитного устройства, вторую часть, вмещающую блок питания секции электродвигателя, и третью часть, вмещающую блок связи секции электродвигателя

Обычно секция насоса содержит набор диффузоров, удерживаемый при сжатии посредством первой части кожуха. Компоненты впускной секции и секции защитного устройства также удерживаются при сжатии посредством первой части кожуха.

Обычно кожух в области впускной секции содержит входные отверстия, закрытые экраном.

Третья часть кожуха, покрывающая блок связи, обычно соединена со второй частью кожуха, покрывающей блок питания, посредством штифтового соединения. Это обеспечивает точное вращательное выравнивание. Остальные секции могут быть соединены резьбовыми соединениями.

Насос может дополнительно содержать паз, выполненный в кожухе для размещения силового кабеля.

Другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан известный электрический погружной насос.

На фиг. 2 показан электрический погружной насос в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 показан подробный вид варианта осуществления, показанного на фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 2 показан вариант осуществления электрического погружного насоса в соответствии с настоящим изобретением. Электрический погружной насос содержит одну секцию 20 двигателя, секцию 22 защитного устройства с переходной трубой и впуском насоса и одну секцию 24 насоса. Полная длина насоса составляет менее 12 м.

На фиг. 3 показан вид в разрезе электрического погружного насоса, показанного на фиг. 2, содержащий (слева направо) секцию 20 связи, секцию 23 двигателя, секцию 21 переходной трубы, присоединенную к верхней части секции 23 двигателя, секцию защитного устройства, соединенную с секцией переходной трубы, и секцию 24 насоса, присоединенную к верхней части секции 22 защитного устройства. Цельный вал 26 проходит через все эти секции.

Секция 20 двигателя содержит блок 30 связи, расположенный на его нижнем конце для управления двигателем, расположенным внутри части 31 кожуха блока связи. Самый дальний конец вала 26 выполнен со стопорным кольцом 32, на котором удерживаются различные вращающиеся компоненты насоса. Блок питания двигателя включает в себя кожух 34 со статором 36, закрепленным на его внутренней поверхности. Ротор 38 установлен на валу 26 внутри статора 36. Двигатель предпочтительно представляет собой двигатель постоянного тока с множеством магнитных полюсов ротора.

Вал проходит от секции 20 двигателя через секцию 21 переходной трубы в секцию 22 защитного устройства, предназначенную для отделения секции двигателя от секции насоса, которые расположены в части 39 кожуха. Секция защитного устройства содержит три мешка 40 компенсации давления, при этом каждый из них соединен с высокоскоростным торцевым уплотнителем 42. Секция защитного устройства также включает в себя впуск насоса с впускными отверстиями 43, расположенный в кожухе 39 и закрытый экраном, и другие уплотнители и фильтры для предотвращения проникновения жидкости в кожух 34 двигателя.

Вал 26 проходит от секции защитного устройства в секцию 24 насоса. Насос содержит продолжение кожуха 39, имеющего набор прикрепленных к нему диффузоров 46. Набор 46 диффузоров и внутренние компоненты впуска, секция защитного устройства и секция переходной трубы удерживаются при сжатии кожухом 39. Рабочие колеса 48, соответствующие диффузорам 46, установлены на валу 26 с возможностью их размещения рядом с диффузорами и образуют элементы центробежного насоса. На верхней части вала в секции насоса предусмотрена стяжная гайка 50. При затягивании стяжной гайки 50 рабочие колеса и другие компоненты, установленные на валу 26, сжимаются друг с другом и удерживаются в результате прижима к стопорному кольцу 32.

Компактная конструкция электрического погружного насоса в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить общее количество отдельных кожухов от 11 кожухов в известной системе электрического погружного насоса до трех кожухов (кожух секции насоса/впускной секции/секции защитного устройства, кожух секции двигателя, кожух блока связи). Это уменьшение количества кожухов может быть достигнуто несколькими следующими свойствами компактной конструкции насоса согласно изобретению:

1) уменьшенная длина секций насоса благодаря уменьшению ступеней насоса в результате увеличения рабочих скоростей до 6000 об/мин;

2) уменьшенная длина секций двигателя благодаря использованию конструкции электродвигателя постоянного тока высокой мощности;

3) объединение функций кожухов секции насоса, кожуха впускной секции и множества кожухов секции защитного устройства объединены в один кожух.

Уменьшенное количество стыков кожуха в общем узле означает снижение ошибки концентричности в узле из-за накопленных производственных допусков, уменьшение рисков, связанных со стыками проблем, вызванных заводскими дефектами, и более низкие уровни колебаний (меньше возможностей для перекоса подшипника в объединенных корпусах).

В узле электрического погружного насоса в соответствии с настоящим изобретением диффузоры насоса корпус впускной секции и корпусы защитного устройства могут быть удержаны при сжатии силой противодействия, которую оказывает объединенный одиночный кожух. Укомплектованный узел может быть изготовлен на заводе, а не собран на месте. Функции корпуса впускной секции насоса (поступление скважинной жидкости в секцию насоса и защита от скважинной осыпи) объединены в кожухе компактного насоса.

В случае, если компактный насос с большим диаметром (например, c внешним диаметром 111 мм секции насоса) установлен в небольшой общей обсадной трубе (например, с внутренним диаметром 120), может потребоваться частичное введение силового кабеля в разгрузочный паз, выполненный в наружной периферии кожуха насоса/защитного устройства. Данный разгрузочный паз может изменяться в глубину от нуля на нагнетательной стороне (верх) секции насоса, где наиболее высокий перепад давления между внутренней и внешней частями насоса, до 4 мм глубины на входном отверстии насоса, где перепад давления самый низкий, и сохранять эту глубину по всей длине секции защитного устройства. Целью такой разгрузки является обеспечение дополнительного пространства внутри обсадной трубы с внутренним диаметром в 120 мм для размещения силового кабеля.

В описанном выше компактном электрическом погружном насосе как соединения кожуха в секции насоса/впускной секции/защитного устройства, так и верхнее соединение кожуха в секции двигателя обычно выполнены как резьбовые соединения. Стыки кожуха на основании двигателя и верха блока связи предпочтительно имеют штифтовое соединение для обеспечения точного углового выравнивания между статором двигателя и блоком связи.

Другие изменения в пределах объема настоящего изобретения являются очевидными.

1. Электрический погружной насос, содержащий секцию насоса, впускную секцию, секцию защитного устройства и секцию электродвигателя, включающую в себя силовой блок питания и блок связи, и общий кожух, проходящий поверх всех секций насоса.

2. Насос по п.1, в котором общий кожух содержит первую часть, вмещающую секцию насоса, впускную секцию и секцию защитного устройства, вторую часть, вмещающую блок питания секции электродвигателя, и третью часть, вмещающую блок связи секции электродвигателя.

3. Насос по п.2, в котором секция насоса содержит набор диффузоров, удерживаемый при сжатии посредством первой части кожуха.

4. Насос по п.3, в котором компоненты впускной секции и секции защитного устройства также удерживаются при сжатии посредством первой части кожуха.

5. Насос по любому из предыдущих пунктов, в котором кожух в области впускной секции содержит входные отверстия, закрытые экраном.

6. Насос по п.2, в котором третья часть кожуха соединена со второй частью кожуха посредством штифтового соединения.

7. Насос по п.1, дополнительно содержащий паз, выполненный в кожухе для размещения силового кабеля.