Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА СКВАЖИННОГО ВИНТОВОГО НАСОСА

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к установкам скважинных винтовых насосов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин.

Известна скважинная насосная установка (Пат. 2123137 RU, МПК⁷ F04B 47/02, опубл. 1998.12.10).

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.

Известная скважинная насосная установка позволяет осуществлять регулирование частоты вращения и момента винта насоса.

Недостатком данной скважинной насосной установки является малый диапазон редуцирования и использование малооборотистых электродвигателей для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин, в том числе с большим содержанием механических примесей (например, песка), когда требуется малая частота вращения винта.

Наиболее близким к предлагаемому решению является погружной электронасосный агрегат (Пат. 363814, МПК F04d 13/10, опубл. 25.12.1972), содержащий многоступенчатый лопастной насос, погружной электродвигатель и расположенный между ними многозаходный одновинтовой насос, используемый в качестве редуктора. Всасывающая полость, расположенная между насосом и электродвигателем, сообщена с затрубным пространством скважины, а напорная полость, расположенная выше насоса, - с приемом лопастного насоса.

Данная установка позволяет осуществлять значительное редуцирование частоты вращения вала насоса, однако многозаходный одновинтовой насос, используемый в качестве редуктора, обладает ограниченной нагрузочной способностью и не может быть использован для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин.

Задача изобретения - снижение частоты вращения ротора погружного винтового насоса для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин при обеспечении высокой нагрузочной способности приводной части установки.

Технический результат - расширение кинематических возможностей погружного привода винтового насоса, а именно возможность использования в приводной части установки высокооборотистых электродвигателей путем применения редуцирующего модуля, обладающего высокой нагрузочной способностью.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке скважинного винтового насоса, содержащей электродвигатель, ротор и статор винтового насоса, кабель, насосно-компрессорные трубы, обсадные трубы, расположенный между протектором электродвигателя и приемом винтового насоса редуцирующий модуль, применен редуцирующий модуль, состоящий из корпуса, приводного эксцентрикового вала, плоскоконической передачи, выходного вала, причем колесо плоскоконической передачи является двухвенцовым, шестерня, соосная эксцентриковому валу, соединена с корпусом и сопряжена с венцом двухвенцового колеса со стороны приводного эксцентрикового вала, а зубчатая муфта, обеспечивающая соосность приводного эксцентрикового вала и выходного вала, соединена с выходным валом и сопряжена с венцом двухвенцового колеса со стороны выходного вала.

На фиг.1 изображена установка скважинного винтового насоса.

На фиг.2 - кинематическая схема редуцирующего модуля.

Установка скважинного винтового насоса состоит из электродвигателя 1, редуцирующего модуля 3, расположенного между протектором 2 и приемом 4 винтового насоса 5 с ротором 6 и статором 7. Установка на колонне насосно-компрессорных труб 9 спускается в колонну обсадных труб 10. Питание электродвигателя 1 подводится по кабелю 8. Редуцирующий модуль 3 установки состоит из двухвенцового колеса 13 с парой зубчатых венцов z₂ и z₃, свободно вращающегося на подшипниках вокруг приводного эксцентрикового вала 12, неподвижно закрепленной к корпусу 11 шестерни 14 с числом зубьев z₁, зубчатой муфты 15 с числом зубьев z₄, соединенной с выходным валом 16.

Установка скважинного винтового насоса работает следующим образом.

Установка спускается в колонну обсадных труб 10 на колонне насосно-компрессорных труб 9. Энергия к электродвигателю 1 подается по кабелю 8. При включении электродвигателя 1 вращение через протектор 2 передается на приводной эксцентриковый вал 12 редуцирующего модуля 3. Двухвенцовое плоское колесо 13 совершает сложное движение - вращение вокруг своей оси и вместе с приводным эксцентриковым валом 12 вокруг оси 0-0, вызывая вращение зубчатой муфты 15. При этом образуются две пары противоположно расположенных под углом 180° зон зацепления z₁-z₂ и z₃-z₄ конических зубчатых венцов. Вращение от зубчатой муфты 15 передается на выходной вал 16, соединенный с ротором 6 винтового насоса 5 установки.

Общее передаточное число редуцирующего модуля 3 реализуется парой зубчатых венцов z₁ и z₂ и определяется следующей формулой:

,

где z₁ - число зубьев шестерни;

z₂ - число зубьев двухвенцового колеса.

Диапазон возможных передаточных чисел редуцирующего модуля находится в широких пределах. Например, при значениях чисел зубьев z₁=22; z₂=20; z₃=20; z₄=19 и применении в установке электродвигателя с частотой вращения 2950 об/мин, частота вращения ротора винтового насоса составит 295 об/мин. Такие частоты вращения ротора позволяют использовать винтовой насос для подъема высоковязких пластовых жидкостей с высокой концентрацией песка и процентом свободного газа.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит снизить частоты вращения ротора погружного винтового насоса для подъема высоковязких пластовых жидкостей из скважин при обеспечении высокой нагрузочной способности приводной части установки. Следовательно, оно обеспечивает технический эффект и может быть осуществлено с помощью известных в технике средств, т.е. обладает промышленной применимостью. Кроме этого использование винтовых насосов с нижним приводом позволяет использовать установки винтовых насосов в искривленных стволах скважин и исключает необходимость применения приводных штанг.