Литературный обзор и патентная проработка

Погружной центробежный насос

Отечественной промышленностью выпускаются насосы с подачей, (м3/сут.):

• — модульные -10;20;30;50;80;125;160;200;250;320;400;500;800;1000;1250;
• — немодульные — 40;80;100;130;160;200;250;350;500;700;1000;

следующих напоров, (м):

• — модульные — 640;700;740;800;830;900;1000;1400;1700;1800;
• — немодульные — 750,950,1050,1150,1250,1350,1450,1550,1750,2000;

В зависимости от диаметра эксплуатационной колонны, максимального поперечного габарита погружного агрегата применяют ЭЦН различных групп — 5; 5а и 6.

Насосы по числу секций бывают:

• 5 — одно-, двух и трех секционные;
• 5а — двух-, трехи четырех секционные;
• 6 — одно-, двух и трех секционные.

Насос состоит из входного модуля, модуля-секции (модулей-секций), модуля-головки, обратного и спускного клапанов.

Для откачивания пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25% (по объему) свободного газа, к насосу следует подсоединить насосный модуль-газосепаратор. Газосепаратор устанавливается между входным модулем и модулем-секцией.

Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем — фланцевое. Соединения (кроме соединений входного модуля с двигателем и входного модуля с газосепаратором) уплотняются резиновыми кольцами.

Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом входного модуля, вала входного модуля с валом гидрозащиты двигателя осуществляется шлицевыми муфтами.

Отечественной промышленностью выпускаются однои двухопорные рабочие колеса.

При конструировании погружных насосов для добычи нефти к их ступеням предъявляются особые требования: несмотря на ограниченные размеры, они должны развивать высокие напоры, отличаться простотой сборки, обладать высокой надежностью.

В многоступенчатых погружных насосах принята конструкция ступени с «плавающим», свободно перемещаемся вдоль вала, рабочим колесом, закрепленным лишь при помощи шпонки для восприятия крутящего момента.

Осевое усилие, возникающее в каждом рабочем колесе передается соответствующему направляющему аппарату и воспринимается далее корпусом насоса. Такая конструкция ступени позволяет собрать на очень тонком валу (17−22 мм) большое количество рабочих колес.

Для уменьшения силы трения направляющий аппарат снабжен кольцевым буртиком необходимой высоты и ширины, а рабочее колесо — опорной шайбой (обычно из текстолита). Последняя, являясь еще и своего рода уплотнением, способствует уменьшению перетока жидкости в ступени. Учитывая, что на некоторых режимах работы насоса (например, во время запуска при открытой задвижке, при Нст близком к 0) осевые силы могут быть направлены вверх и колеса могут всплывать, для уменьшения силы трения между верхним диском рабочего колеса и направляющим аппаратом так же применяют промежуточную шайбу из текстолита, но меньшей толщины.

В зависимости от условий работы для изготовления ступеней применяют различные материалы. Обычные рабочие колеса и направляющие аппараты погружных электронасосов изготовляют путем отливки из специального легированного чугуна, с последующей механической обработкой. Состояние поверхностей и геометрия проточных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата существенно влияют на характеристику ступеней. С увеличением шероховатости значительно снижается напор и КПД ступеней, поэтому при отливке рабочих органов ЭЦН необходимо добиваться необходимого качества поверхностей проточных каналов. В настоящее время широкое применение находят рабочие органы, изготовленные по технологии порошковой металлургии (Новомет), качество поверхности которых очень высоко. Для увеличения износостойкости рабочих органов в настоящее время применяются рабочие колеса из композиционного материала на основе полиамидных смол, изготовленных по технологии КОМПОЗИТ. Но в наших условиях высоких температур и большого содержания КВЧ изделия, изготовленные по технологии КОМПОЗИТ не зарекомендовали себя с лучшей стороны.

Поскольку втулка каждого рабочего колеса, посаженной на вал вращается в ступице направляющего аппарата, как в подшипнике скольжения, вал насоса обычного исполнения не имеет других специальных опор, за исключением радиального подшипника скольжения сверху и снизу.

Осевые силы, действующие на рабочие колеса не передаются на вал. В этом случае вал насоса испытывает в основном осевое усилие от напора насоса, действующего на площадь поперечного сечения вала и от собственного веса.

Это усилие достигает величины порядка 400 кг и более. Основной опорой вала, воспринимающей осевое усилие, является узел пяты, расположенный в верхней части насоса. Пяту собирают с определенным зазором 1−0,5 мм., который устанавливают после монтажа ступеней в корпусе насоса. Дополнительной опорой вала, воспринимающей часть нагрузок, является узел пяты, расположенный в гидрозащите.

Модуль-головка предназначена для крепления насоса к НКТ, а также для подъема УЭЦН из скважины при полетах. В настоящее время чаще всего применяются ловильные головки только резьбового типа, в отличие от применявшихся ранее фланцевых модуль-головок. Это связано с тем, что основной процент полетов (обрыв установок с последующим уходом на забой) УЭЦН приходился на обрыв по болтам фланцевого соединения ловильной головки с НКТ. В этом сечении УЭЦН скапливается суммарное напряжение от вибрации всей установки. Ловильная головка состоит из корпуса, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения обратного клапана (НКТ), с другой стороны — цилиндрическая резьба для подсоединения к модулю-секции, двух ребер и резинового кольца.

Модуль-секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колес и направляющих аппаратов), верхнего подшипника, нижнего подшипника, верхней осевой опоры, головки, основания, двух ребер и резиновых колец. Соединение модулей-секций между собой, а также резьбовые соединения и зазор между корпусом и пакетом ступеней герметизируется резиновыми кольцами.

Ребра предназначены для защиты плоского кабеля с муфтой от механических повреждений о стенку обсадной колонны при спуске и подъеме насосного агрегата.

Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, подшипниковых втулок и сетки, вала с защитными втулками и шлицевой муфты для соединения вала модуля с валом гидрозащиты.

При помощи шпилек модуль верхним концом подсоединяется к модулю-секции. Нижний конец входного модуля присоединяется к гидрозащите двигателя.

Установки, предназначенные для откачки жидкости с повышенным содержанием газа, комплектуются модулями насосными — газосепараторами.

Газосепараторы предназначены для уменьшения объемного содержания свободного газа в откачиваемой пластовой жидкости на входе в погружные насосы УЭЦН.

скважинный центробежный электронасос клапан.