RU179853U1

RU179853U1 - Borehole screw pump

Info

Publication number: RU179853U1
Application number: RU2017146028U
Authority: RU
Inventors: Юрий Апполоньевич Сазонов; Михаил Альбертович Мохов; Михаил Александрович Франков; Эльза Разиновна Шайхлисламова
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2018-05-28

Abstract

Полезная модель относится к области нефтяной промышленности и может быть использована при создании скважинных насосов для добычи нефти в осложненных условиях, в том числе для добычи высоковязкой нефти. Сущность: скважинный винтовой насос содержит корпус с входным и выходным каналами, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах, секции обоймы установлены последовательно с возможностью углового смещения их относительно друг друга, и каждая секция обоймы выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями, при этом каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе, и цилиндрическим промежуточным стержнем, размещенным вдоль ротора в разгрузочной канавке, выполненной в роторе, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня относительно ротора, при этом длина разгрузочной канавки превышает длину промежуточного стержня, причем на нижнем конце корпуса установлен трубный хвостовик, проточный канал которого сообщается с входным каналом корпуса, а на боковой стенке верхнего конца корпуса перед выходным каналом выполнен радиальный отводной канал с установленным на его входе дистанционно управляемым клапаном с образованием при его открытом положении дополнительного контура циркуляции между выходным каналом корпуса и проточным каналом трубного хвостовика. Полезная модель позволяет расширить диапазон регулирования подачи и мощности за счет обеспечения гибкого регулирования в широком диапазоне гидравлических сопротивлений в области спиралевидных камер и в контуре циркуляции жидкости от входа до выхода насоса. 7 ил.The utility model relates to the field of the oil industry and can be used to create well pumps for oil production in difficult conditions, including for the production of highly viscous oil. SUBSTANCE: borehole screw pump comprises a housing with inlet and outlet channels, a sectional cage with screw-like channels and a screw-like rotor eccentrically placed in the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the rotor located on the supports, cage sections are installed in series with the possibility of angular displacement of them relative to each other friend, and each section of the cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the body, with the possibility of the formation of the following after each other spiral chambers separated by gap seals, each section of the cage equipped with a locking element made on the rotor and a cylindrical intermediate rod placed along the rotor in the discharge groove made in the rotor, with the possibility of radial displacement of the intermediate rod relative to the rotor while the length of the discharge groove exceeds the length of the intermediate rod, and at the lower end of the housing is installed a pipe shank, the flow channel of which is in communication with the input m channel housing, and the side wall of the upper end of the housing to the outlet passage is formed with a radial discharge channel established at its input a remotely operated valve to form in its open position, additional circulation circuit between the output channel of the housing and the tubular flow passage of the shank. The utility model allows to expand the range of supply and power regulation by providing flexible regulation in a wide range of hydraulic resistances in the area of spiral chambers and in the liquid circulation circuit from the inlet to the outlet of the pump. 7 ill.

Description

Полезная модель относится к области нефтяной промышленности и может быть использована при создании скважинных насосов для добычи нефти в осложненных условиях, в том числе для добычи высоковязкой нефти.The utility model relates to the field of the oil industry and can be used to create well pumps for oil production in difficult conditions, including for the production of highly viscous oil.

Известна винтовая машина, содержащая корпус с входом и выходом, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах. Обойма выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями. Обойма состоит из отдельных секций, следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций друг относительно друга и каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе (RU №124931, 2012).Known screw machine, comprising a housing with input and output, a sectional cage with helical channels and a screw-shaped rotor eccentrically placed in the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the rotor placed on the supports. The cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the housing, with the possibility of forming inside the housing of successive spiral-shaped chambers separated from each other by gap seals. The clip consists of separate sections following each other, with the possibility of angular displacement of the individual sections relative to each other and each section of the clip is equipped with a locking element made on the rotor (RU No. 124931, 2012).

Недостатком известного устройства является ускоренный износ деталей щелевого уплотнения при работе винтовой машины на загрязненных жидкостях.A disadvantage of the known device is the accelerated wear of the parts of the gap seal during operation of the screw machine on contaminated liquids.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является винтовая машина, содержащая корпус с входом и выходом, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах, обойма выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями, обойма выполнена из отдельных секций, следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций относительно друг друга, и каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе, а каждая секция обоймы оснащена промежуточным стержнем, размещенным вдоль ротора в разгрузочной канавке, выполненной в роторе, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня относительно ротора, при этом длина разгрузочной канавки превышает длину промежуточного стержня (RU №165039, 2016).Of the known devices, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a screw machine containing a housing with input and output, a sectional cage with screw-like channels and a screw-like rotor eccentrically placed in the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the rotor placed on the supports, the cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the body, with the possibility of the formation of spiral-shaped chambers following each other inside the body , separated from each other by gap seals, the cage is made of separate sections, following each other, with the possibility of angular displacement of the individual sections relative to each other, and each section of the cage is equipped with a locking element made on the rotor, and each section of the cage is equipped with an intermediate rod placed along the rotor in the discharge groove made in the rotor, with the possibility of radial displacement of the intermediate rod relative to the rotor, while the length of the discharge groove exceeds the length of the intermediate the rod (RU No. 165039, 2016).

Недостатком известного устройства является относительно узкий диапазон регулирования подачи и мощности при перекачке высоковязких сред из-за ограничений скорости течения вязкой среды на входе в насос.A disadvantage of the known device is the relatively narrow range of flow and power control during the pumping of highly viscous media due to the limitations of the flow rate of a viscous medium at the pump inlet.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является расширение диапазона регулирования подачи и мощности.The technical problem to which the proposed utility model is directed is to expand the range of feed and power regulation.

Указанная проблема решается тем, что в скважинный винтовой насос, содержащий корпус с входным и выходным каналами, секционную обойму с винтообразными каналами и винтообразный ротор, эксцентрично размещенный в обойме, с возможностью радиального смещения обоймы относительно ротора, размещенного на опорах, секции обоймы установлены последовательно с возможностью углового смещения их относительно друг друга, и каждая секция обоймы выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке корпуса, с возможностью образования внутри корпуса следующих друг за другом спиралевидных камер, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями, при этом каждая секция обоймы оснащена стопорным элементом, выполненным на роторе, и цилиндрическим промежуточным стержнем, размещенным вдоль ротора в разгрузочной канавке, выполненной в роторе, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня относительно ротора, при этом длина разгрузочной канавки превышает длину промежуточного стержня, согласно полезной модели, снабжен установленным на нижнем конце корпуса трубным хвостовиком, проточный канал которого сообщается с входным каналом корпуса, а на боковой стенке верхнего конца корпуса перед выходным каналом выполнен радиальный отводной канал с установленным на его входе дистанционно управляемым клапаном с образованием при его открытом положении дополнительного контура циркуляции между выходным каналом корпуса и проточным каналом трубного хвостовика.This problem is solved in that in a borehole screw pump containing a housing with inlet and outlet channels, a sectional cage with screw-like channels and a screw-like rotor eccentrically placed in the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the rotor located on the bearings, the cage sections are installed in series with the possibility of angular displacement of them relative to each other, and each section of the cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the housing, with the possibility of inside the case of successive spiral-shaped chambers, separated from each other by gap seals, each section of the cage is equipped with a locking element made on the rotor and a cylindrical intermediate rod placed along the rotor in the discharge groove made in the rotor, with the possibility of radial displacement the intermediate rod relative to the rotor, while the length of the discharge groove exceeds the length of the intermediate rod, according to a utility model, equipped with mounted on the lower end of the housing a shank, the flow channel of which communicates with the input channel of the housing, and on the side wall of the upper end of the housing in front of the output channel there is a radial outlet channel with a remotely controlled valve installed at its input with the formation of an additional circulation circuit between the output channel of the housing and the flow channel when it is open pipe shank.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении гибкого регулирования в широком диапазоне гидравлических сопротивлений в области спиралевидных камер и в контуре циркуляции жидкости от входа до выхода насоса.The technical result achieved is the provision of flexible regulation in a wide range of hydraulic resistances in the area of spiral chambers and in the liquid circulation circuit from the inlet to the outlet of the pump.

Гибкое регулирование гидравлических сопротивлений обеспечит в свою очередь расширение диапазона регулирования подачи и мощности при перекачке высоковязких сред и расширение области применения предлагаемой конструкции насоса.Flexible regulation of hydraulic resistance will in turn provide an extension of the range of flow and power control when pumping highly viscous media and expand the scope of the proposed pump design.

Для удобства описания полезной модели на фигурах 1-7, с применением приемов трехмерного моделирования, представлен заявляемый скважинный винтовой насос и его отдельные узлы и детали.For the convenience of describing the utility model in figures 1-7, using the methods of three-dimensional modeling, the inventive borehole screw pump and its individual components and parts are presented.

На фиг. 1 представлен продольный разрез рабочей камеры скважинного теплогенерирующего насоса.In FIG. 1 is a longitudinal section through a working chamber of a downhole heat generating pump.

На фиг. 2 представлена схема скважинного теплогенерирующего насоса.In FIG. 2 is a diagram of a downhole heat generating pump.

На фиг. 3 в изометрии представлен ротор со спиралевидной обоймой, выполненной из отдельных секций, следующих друг за другом.In FIG. 3, a rotor with a spiral cage made of separate sections following each other is shown in isometric view.

На фиг. 4 представлена одна секция обоймы, которая оснащена промежуточным стержнем.In FIG. 4 presents one section of the cage, which is equipped with an intermediate rod.

На фиг. 5 представлен ротор, в котором выполнены разгрузочные канавки.In FIG. 5 shows a rotor in which discharge grooves are made.

На фиг. 6 представлена схема скважинного теплогенерирующего насоса, при его размещении в горизонтальной скважине.In FIG. 6 is a diagram of a downhole heat generating pump when placed in a horizontal well.

На фиг. 7 представлена схема дистанционно управляемого клапана (вариант).In FIG. 7 is a diagram of a remote-controlled valve (option).

Скважинный винтовой насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, секционную обойму 4 с винтообразными каналами и винтообразный ротор 5, эксцентрично размещенный в обойме 4, с возможностью радиального смещения обоймы 4 относительно ротора 5, размещенного на опорах 6 и 7. Обойма 4 выполнена по форме спиральной пружины, концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1.A downhole screw pump comprises a housing 1 with input 2 and output 3 channels, a sectional cage 4 with screw-shaped channels and a screw-shaped rotor 5 eccentrically placed in the cage 4, with the possibility of radial displacement of the cage 4 relative to the rotor 5, placed on the bearings 6 and 7. Cage 4 made in the form of a spiral spring concentrically placed in the bore 8 of the housing 1.

Ротор 5 размещен вблизи от поверхности расточки 8 корпуса 1 с образованием щелевого уплотнения 9 в зазоре между наружной поверхностью ротора 5 и поверхностью расточки 8 в корпусе 1, с возможностью образования внутри корпуса 1 следующих друг за другом спиралевидных камер 10, отделенных друг от друга щелевыми уплотнениями 9. Ротор 5 оснащен стопорными элементами 11, ограничивающими перемещение обоймы 4 относительно ротора 5. Обойма 4 выполнена из отдельных секций 12, 13 следующих друг за другом, с возможностью углового смещения отдельных секций 12, 13 друг относительно друга. Каждая секция обоймы 4, например, секция 13 оснащена стопорным элементом 11, выполненным на роторе 5. Стопорный элемент 11 может представлять собой плоскую опорную поверхность, выполненную на роторе 5. Секции в обойме 4 расположены вдоль винтовой линии с образованием ступенчатой структуры, подобно ступеням на винтовой лестнице.The rotor 5 is placed close to the surface of the bore 8 of the housing 1 with the formation of a gap seal 9 in the gap between the outer surface of the rotor 5 and the surface of the bore 8 in the housing 1, with the possibility of the formation inside the housing 1 of successive spiral chambers 10 separated by gap seals 9. The rotor 5 is equipped with locking elements 11, restricting the movement of the cage 4 relative to the rotor 5. The cage 4 is made of separate sections 12, 13 successive, with the possibility of angular displacement of the individual sections 12, 13 d yr other. Each section of the holder 4, for example, section 13 is equipped with a locking element 11 made on the rotor 5. The locking element 11 can be a flat supporting surface made on the rotor 5. The sections in the holder 4 are arranged along a helical line with the formation of a stepped structure, similar to steps on spiral staircase.

В полости спиралевидных камер 10 может быть размещена дополнительная опора 14 для ротора 5, и в дополнительной опоре выполнены проточные каналы 15, сообщающиеся через щелевые уплотнения 9 с входным каналом 2 и с выходным 3 корпуса 1. В конструкции может быть использован фиксатор 16, который исключает поворот опоры 6, 7, 14 внутри корпуса 1.An additional support 14 for the rotor 5 can be placed in the cavity of the spiral-shaped chambers 10, and flow channels 15 are made in the additional support, communicating via slotted seals 9 with the input channel 2 and the output 3 of the housing 1. A latch 16 can be used in the design, which eliminates rotation of the support 6, 7, 14 inside the housing 1.

Ротор 5 установлен на опорах 6, 7 и 14, которые обеспечивают условия, чтобы ротор 5 был эксцентрично размещен в обойме 4, и, соответственно, эксцентрично размещен внутри расточки 8 в корпусе 1. При этом обойма 4 выполнена концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1.The rotor 5 is mounted on supports 6, 7 and 14, which ensure that the rotor 5 is eccentrically placed in the holder 4, and, accordingly, eccentrically placed inside the bore 8 in the housing 1. In this case, the holder 4 is made concentrically placed in the bore 8 of the housing 1 .

Каждая секция обоймы 12 оснащена промежуточным стержнем 17, расположенным вдоль ротора 5 в разгрузочной канавке 18, выполненной в роторе 5, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5, при этом длина разгрузочной канавки 18 превышает длину промежуточного стержня 17. Промежуточный стержень 17 может быть установлен с зазором в разгрузочной канавке 18, для обеспечения возможности радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5.Each section of the cage 12 is equipped with an intermediate rod 17 located along the rotor 5 in the discharge groove 18 made in the rotor 5, with the possibility of radial displacement of the intermediate rod 17 relative to the rotor 5, while the length of the discharge groove 18 exceeds the length of the intermediate rod 17. The intermediate rod 17 may be installed with a gap in the discharge groove 18, to allow radial displacement of the intermediate rod 17 relative to the rotor 5.

К корпусу 1 присоединен трубный хвостовик 19, а входной канал 2 корпуса 1 сообщается с внутренним проточным каналом 20 хвостовика 19, при этом на боковой стенке верхнего конца корпуса 1 перед выходным каналом 3 выполнен радиальный отводной канал 21, на входе которого установлен дистанционно управляемый клапан 22, обеспечивающий возможность при его открытом положении сообщения выходного канала 3 корпуса 1 с входом 23 во внутренний проточный канал 20 хвостовика 19, и далее через внутренний проточный канал 20 с входным каналом 2 корпуса 1.A pipe shank 19 is attached to the housing 1, and the input channel 2 of the housing 1 is in communication with the internal flow channel 20 of the shank 19, while a radial outlet channel 21 is made on the side wall of the upper end of the housing 1 in front of the output channel 3, at the input of which a remote-controlled valve 22 is installed , providing the possibility when it is in the open position of the message of the output channel 3 of the housing 1 with the input 23 into the internal flow channel 20 of the shank 19, and then through the internal flow channel 20 with the input channel 2 of the housing 1.

Приводной вал 24 соединен с винтообразным ротором 5, с возможностью передачи вращательного движения и энергии от двигателя (на фиг. не показан) к винтообразному ротору 5. Возможно размещение двигателя на глубине в скважине рядом с насосом. Также можно располагать двигатель на устье скважины, когда энергия передается через длинный вал, состоящий из насосных штанг.The drive shaft 24 is connected to a helical rotor 5, with the possibility of transmitting rotational motion and energy from the engine (not shown in Fig.) To the helical rotor 5. It is possible to place the engine at a depth in the well next to the pump. It is also possible to locate the engine at the wellhead when energy is transmitted through a long shaft consisting of sucker rods.

Возможно расположение насоса в горизонтальном участке 25 добывающей нефтяной скважины, когда горизонтальный участок ствола скважины проходит непосредственно через продуктивный пласт 26.Perhaps the location of the pump in the horizontal section 25 of the producing oil well, when the horizontal section of the wellbore passes directly through the reservoir 26.

Дистанционно управляемый клапан 22 может иметь электрическую систему управления или гидравлическую систему управления. На фигурах представлен вариант с гидравлической системой управления, где, через гидравлическую трубопроводную линию 27, гидравлический цилиндр 28 соединен с наземной станцией управления (эта станция на фигурах не показана), с возможностью продольного перемещения поршня 29 и запорного узла 30 в клапане 22. Как в известных технических решениях, может быть использована возвратная пружина 31. Если дистанционно управляемый клапан 22 находится в закрытом положении, то обеспечивается возможность для гидравлической связи выходного канала 3 с полостью колонны насосно-компрессорных труб 32, которые формируют проточный канал до устья скважины и до системы сбора нефти и газа. Если дистанционно управляемый клапан 22 находится в открытом положении, то также обеспечивается возможность для гидравлической связи выходного канала 3 с входом 23 во внутренний проточный канал 20 хвостовика 19, и далее через внутренний проточный канал 20 - с входным каналом 2 корпуса 1.Remote-controlled valve 22 may have an electrical control system or a hydraulic control system. The figures show a variant with a hydraulic control system, where, through a hydraulic pipe line 27, a hydraulic cylinder 28 is connected to a ground control station (this station is not shown in the figures), with the possibility of longitudinal movement of the piston 29 and the locking unit 30 in the valve 22. As in known technical solutions, a return spring 31 can be used. If the remotely controlled valve 22 is in the closed position, it is possible for the hydraulic connection of the output channel 3 to the cavity tubing string 32, which form a flow channel to the wellhead and to the oil and gas collection system. If the remotely controlled valve 22 is in the open position, then it is also possible for the hydraulic connection of the output channel 3 to the inlet 23 to the internal flow channel 20 of the shank 19, and then through the internal flow channel 20 to the input channel 2 of the housing 1.

Скважинный насос работает следующим образом.The downhole pump operates as follows.

От приводного вала 24 двигателя (на фигурах двигатель не показан) механическая энергия передается на ротор 5, установленный на опорах 6, 7 и 14. При вращении ротора 5 во вращательное движение вовлекается и обойма 4. При вращении ротора 5 в спиралевидных камерах 10 обеспечивается силовое воздействие на жидкость, заполняющую полости в камерах 10. Таким образом, формируется поток жидкости в направлении от входа 2 к выходу 3. Щелевые уплотнения 9 уменьшают объемные потери, поскольку ротор 5 размещен вблизи от поверхности расточки 8 корпуса 1 с образованием щелевого уплотнения 9 в зазоре между наружной поверхностью ротора 5 и поверхностью расточки 8 в корпусе 1. Внутри корпуса 1 следующие друг за другом спиралевидные камеры 10, отделены друг от друга щелевыми уплотнениями 9 и элементами секционной обоймы - секциями 12, 13.From the drive shaft 24 of the engine (the engine is not shown in the figures), mechanical energy is transmitted to the rotor 5 mounted on the supports 6, 7 and 14. When the rotor 5 is rotated, the cage 4 is also involved in the rotational movement. When the rotor 5 is rotated, spiral power chambers 10 are provided the effect on the fluid filling the cavities in the chambers 10. Thus, a fluid flow is formed in the direction from the inlet 2 to the outlet 3. Slotted seals 9 reduce volume losses, since the rotor 5 is placed close to the surface of the bore 8 of the housing 1 with m gap seal 9 in the gap between the outer surface of the rotor 5 and the surface of the bore 8 in the housing 1. Inside the housing 1, successive spiral chambers 10 are separated from each other by gap seals 9 and sectional cage elements - sections 12, 13.

При таком движении ротора 5 и обоймы 4 относительно расточки 8 в корпусе 1 осуществляется смещение спиралевидных камер 10 в направлении от входного канала 2 к выходному 3. Щелевые уплотнения 9 ограничивают значение объемных потерь мощности и обеспечивают плавное (равномерное) изменение давления по камерам 10, следующим друг за другом. Равномерное распределение (изменение) давления по камерам 9 достигается за счет частичного возвратного перетекания части перекачиваемой среды через каналы щелевых уплотнений 9. Максимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с выходным каналом 3, что соответствует давлению на выходе насоса. Соответственно минимальное давление обеспечивается в спиральной камере 10, сообщающейся с входным каналом 2, что соответствует давлению на входе насоса. Поскольку для каждой секции 11 имеется свой отдельный стопорный элемент 11, удается распределить нагрузку на большей площади при уменьшенных контактных напряжениях, что открывает возможности для создания более мощных машин, для перекачки высоковязких сред.With this movement of the rotor 5 and the holder 4 relative to the bore 8 in the housing 1, the spiral chambers 10 are displaced in the direction from the input channel 2 to the output 3. Slot seals 9 limit the value of volumetric power losses and provide a smooth (uniform) pressure change along the chambers 10, as follows one after another. A uniform distribution (change) of pressure over the chambers 9 is achieved due to the partial return flow of part of the pumped medium through the channels of the gap seals 9. The maximum pressure is provided in the spiral chamber 10, which communicates with the output channel 3, which corresponds to the pressure at the pump outlet. Accordingly, the minimum pressure is provided in the spiral chamber 10, which communicates with the inlet channel 2, which corresponds to the pressure at the pump inlet. Since each section 11 has its own separate locking element 11, it is possible to distribute the load over a larger area with reduced contact stresses, which opens up the possibility of creating more powerful machines for pumping highly viscous media.

Ротор 5 установлен на опорах 6, 7 и 14, которые обеспечивают условия, чтобы ротор 5 был эксцентрично размещен в обойме 4, и, соответственно, эксцентрично размещен внутри расточки 8 в корпусе 1. При этом обойма 4 выполнена концентрично размещенной в расточке 8 корпуса 1. С использованием нескольких промежуточных опор 14 открывается возможность для дальнейшего увеличения длины ротора 5, что позволяет создавать более мощные машины для перекачки высоковязких сред.The rotor 5 is mounted on supports 6, 7 and 14, which ensure that the rotor 5 is eccentrically placed in the holder 4, and, accordingly, eccentrically placed inside the bore 8 in the housing 1. In this case, the holder 4 is made concentrically placed in the bore 8 of the housing 1 Using several intermediate supports 14, it is possible to further increase the length of the rotor 5, which allows you to create more powerful machines for pumping highly viscous media.

Поскольку в полости спиралевидных камер 10 размещена, по крайней мере, одна дополнительная опора 14 для ротора 5, и в дополнительной опоре выполнены проточные каналы 15, сообщающиеся через щелевые уплотнения 9 с входом 2 и с выходом 3, то перекачиваемая среда проходит через проточные каналы 15, в направлении от входного канала 2 к выходному 3 насоса. В конструкции может быть использован фиксатор 16, который исключает поворот опоры 14 внутри корпуса 1. Фиксатор 16 может быть выполнен на основе механической системы (штифтовое или шпоночное соединение).Since at least one additional support 14 for the rotor 5 is placed in the cavity of the spiral chambers 10, and flow channels 15 are made in the additional support, communicating through slotted seals 9 with an input 2 and an output 3, the pumped medium passes through the flow channels 15 , in the direction from input channel 2 to output 3 of the pump. The latch 16 can be used in the design, which eliminates the rotation of the support 14 inside the housing 1. The latch 16 can be made on the basis of a mechanical system (pin or key connection).

Каждая секция обоймы 12 оснащена промежуточным стержнем 17, размещенным вдоль ротора 5 в разгрузочной канавке 18, выполненной в роторе 5, с возможностью радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5, при этом длина разгрузочной канавки 18 превышает длину промежуточного стержня 17, что обеспечивает гидравлическую связь разгрузочной канавки 18 со спиралевидной камерой 10. При радиальном смещении промежуточного стержня 17, в направлении от центра ротора 5, жидкость поступает в разгрузочную канавку 18 из спиралевидной камеры 10. При радиальном смещении промежуточного стержня 17, в направлении к центру ротора 5, жидкость поступает из разгрузочной канавки 18 в спиралевидную камеру 10. При такой работе винтовой машины в режиме насоса, часть перекачиваемой среды, находящейся под промежуточным стержнем 17, движется через разгрузочные канавки 18, что способствует снижению гидравлических сопротивлений в спиралевидных камерах 10. Такое техническое решение позволяет увеличивать скорость вращения ротора, обеспечивая дополнительные возможности для создания более мощных насосов с расширением области их практического применения для перекачки высоковязких сред. Таким образом, площадь сечения разгрузочной канавки 18 влияет на гидравлические сопротивления в спиралевидной камере 10, а гидравлические сопротивления, в свою очередь, способствуют преобразованию гидравлической энергии в тепловую энергию. Предварительный подбор площади сечения разгрузочной канавки 18 позволяет распределять энергию по двум направлениям, одна часть энергии расходуется на перекачку жидкости, а вторая часть энергии преобразуется в тепловую энергию.Each section of the cage 12 is equipped with an intermediate rod 17 located along the rotor 5 in the discharge groove 18, made in the rotor 5, with the possibility of radial displacement of the intermediate rod 17 relative to the rotor 5, while the length of the discharge groove 18 exceeds the length of the intermediate rod 17, which provides hydraulic connection discharge groove 18 with a spiral chamber 10. With a radial displacement of the intermediate rod 17, in the direction from the center of the rotor 5, the fluid enters the discharge groove 18 from the spiral chamber 10. With a radial displacement of the intermediate rod 17, towards the center of the rotor 5, the liquid enters from the discharge groove 18 into the spiral chamber 10. During this operation of the screw machine in pump mode, part of the pumped medium located under the intermediate rod 17 moves through the discharge grooves 18, which helps to reduce hydraulic resistance in spiral chambers 10. This technical solution allows to increase the speed of rotation of the rotor, providing additional opportunities for creating a more powerful pump s with the expansion of the field of their practical application for pumping highly viscous media. Thus, the cross-sectional area of the discharge groove 18 affects the hydraulic resistance in the spiral chamber 10, and the hydraulic resistance, in turn, contribute to the conversion of hydraulic energy into thermal energy. Preliminary selection of the cross-sectional area of the discharge groove 18 allows you to distribute energy in two directions, one part of the energy is spent on pumping liquid, and the second part of the energy is converted into thermal energy.

Промежуточный стержень 17 может быть установлен с зазором в разгрузочной канавке 18, для обеспечения возможности радиального смещения промежуточного стержня 17 относительно ротора 5. В этом случае, промежуточный стержень 17 за счет перепада давления в спиралевидных камерах 10 прижимается к плоскости стопорного элемента 11, разобщая соседние спиралевидные камеры 10.The intermediate rod 17 can be installed with a gap in the discharge groove 18, to allow radial displacement of the intermediate rod 17 relative to the rotor 5. In this case, the intermediate rod 17 due to the pressure drop in the spiral chambers 10 is pressed against the plane of the locking element 11, separating adjacent spiral cameras 10.

Помимо жидкой среды, заявляемый насос может обеспечить перекачку газожидкостных смесей и других многофазных сред. Длина промежуточных стержней 17, расположенных ближе к выходу 3, может быть меньше длины промежуточных стержней 17, расположенных ближе к входу 2, для обеспечения условий перекачки сжимаемых сред, по аналогии с известными многоступенчатыми компрессорными машинами объемного типа.In addition to the liquid medium, the inventive pump can provide pumping of gas-liquid mixtures and other multiphase media. The length of the intermediate rods 17 located closer to the outlet 3 may be less than the length of the intermediate rods 17 located closer to the inlet 2 to provide conditions for pumping compressible media, by analogy with the well-known multi-stage compressor type machines.

Рассматриваются два основных режима работы заявляемого насоса: первый режим работы при закрытом дистанционно управляемом клапане 22, и второй режим - при открытом дистанционно управляемом клапане 22.Two main modes of operation of the inventive pump are considered: the first mode of operation with the remote valve 22 closed, and the second mode with the remote valve 22 open.

Если дистанционно управляемый клапан 22 находится в закрытом положении, то обеспечивается возможность для гидравлической связи выходного канала 3 с полостью колонны насосно-компрессорных труб 32, которые формируют проточный канал до устья скважины и до системы сбора нефти и газа. В этом режиме добываемая нефть из продуктивного пласта 26 поступает на вход 23 во внутренний проточный канал 20 хвостовика 19, и далее через внутренний проточный канал 20 жидкость поступает во входной канал 2 корпуса 1. После прохода через спиралевидные камеры 10 нефть из выходного канала 3 через полость колонны насосно-компрессорных труб 32, движется до устья скважины и далее направляется в систему сбора нефти и газа. В спиралевидных камерах 10 обеспечивается подогрев нефти с соответствующим уменьшением ее вязкости, поскольку площадь сечения разгрузочной канавки 18 влияет на гидравлические сопротивления в спиралевидной камере 10, а гидравлические сопротивления, в свою очередь, способствуют преобразованию гидравлической энергии в тепловую энергию.If the remotely controlled valve 22 is in the closed position, it is possible for the hydraulic connection of the output channel 3 with the cavity of the tubing string 32, which form the flow channel to the wellhead and to the oil and gas collection system. In this mode, the produced oil from the reservoir 26 enters the inlet 23 into the inner flow channel 20 of the liner 19, and then through the internal flow channel 20, the liquid enters the inlet channel 2 of the housing 1. After passing through the spiral chambers 10, the oil from the outlet channel 3 through the cavity tubing string 32, moves to the wellhead and then goes to the oil and gas collection system. In the spiral chambers 10, oil is heated with a corresponding decrease in its viscosity, since the cross-sectional area of the discharge groove 18 affects the hydraulic resistance in the spiral chamber 10, and the hydraulic resistance, in turn, helps to convert hydraulic energy into thermal energy.

Если дистанционно управляемый клапан 22 находится в открытом положении, то образуется дополнительный контур циркуляции в призабойной зоне скважины, на фигуре 6 представлен пример с расположением хвостовика 19 в горизонтальном участке 25 добывающей нефтяной скважины, когда горизонтальный участок ствола скважины проходит непосредственно через продуктивный пласт 26. Для открытия дистанционно управляемого клапана 22, через гидравлическую трубопроводную линию 27 в гидравлический цилиндр 28 подают рабочую жидкость от наземной станцией управления (эта станция на фигурах не показана), при этом в цилиндре 28 увеличивается давление и обеспечивается продольное перемещение поршня 29 и запорного узла 30 в клапане 22 (соответственно для закрытия клапана 22 снижают давление в линии 27, и возвратная пружина 31 возвращает поршень 29 и запорный узел 30 в исходное состояние). Если дистанционно управляемый клапан 22 находится в открытом положении, то обеспечивается возможность для гидравлической связи выходного канала 3 с входом 23 во внутренний проточный канал 20 хвостовика 19, и далее через внутренний проточный канал 20 - с входным каналом 2 корпуса 1. Нефть циркулирует по замкнутому контуру: из выходного канала 3 через дополнительный отводной канал 21 на вход 23 и далее во внутренний проточный канал 20 хвостовика 19 и на входной канал 2 корпуса 1. При этом гидравлическая энергия в таком замкнутом контуре циркуляции преобразуется в тепловую энергию, которая способствует разогреву всей призабойной зоны и продуктивного пласта 26. Повышение температуры нефти способствует снижению вязкости нефти и интенсификации процесса фильтрации нефти из продуктивного пласта 26 к забою скважины, в данном примере - из пласта в горизонтальный участок 25 скважины.If the remotely controlled valve 22 is in the open position, an additional circulation loop is formed in the bottomhole zone of the well, Figure 6 shows an example with the location of the liner 19 in the horizontal section 25 of the producing oil well, when the horizontal section of the wellbore passes directly through the reservoir 26. For opening the remote-controlled valve 22, through the hydraulic pipe line 27 into the hydraulic cylinder 28 serves the working fluid from the ground station is controlled (this station is not shown in the figures), while the pressure in cylinder 28 is increased and the piston 29 and the locking assembly 30 in the valve 22 are longitudinally moved (respectively, to close valve 22, the pressure in line 27 is reduced, and the return spring 31 returns the piston 29 and locking node 30 in the initial state). If the remotely controlled valve 22 is in the open position, it is possible for the hydraulic connection of the output channel 3 with the inlet 23 to the internal flow channel 20 of the shank 19, and then through the internal flow channel 20 with the input channel 2 of the housing 1. The oil circulates in a closed circuit : from the output channel 3 through an additional outlet channel 21 to the input 23 and then to the inner flow channel 20 of the shank 19 and to the input channel 2 of the housing 1. Moreover, the hydraulic energy in such a closed loop is generated into thermal energy, which contributes to the heating of the entire bottomhole zone and the reservoir 26. An increase in oil temperature helps to reduce the viscosity of oil and intensifies the process of filtering oil from the reservoir 26 to the bottom of the well, in this example, from the reservoir to the horizontal section 25 of the well.

Предложенное техническое решение позволяет в широком диапазоне регулировать гидравлические сопротивления в области спиралевидных камер и в контуре циркуляции жидкости от входа до выхода насоса. Заявляемый скважинный теплогенерирующий насос представляет собой многорежимную гидравлическую машину, способную работать как в режиме насоса, так и в режиме теплового генератора. Универсальность нового насоса позволит создавать новые экологически чистые и эффективные технологии добычи высоковязкой нефти, применительно к осложненным условиям разработки нефтяных месторождений.The proposed technical solution allows a wide range of hydraulic resistance to be controlled in the area of the spiral chambers and in the fluid circuit from the inlet to the outlet of the pump. The inventive borehole heat generating pump is a multi-mode hydraulic machine capable of operating both in pump mode and in a heat generator mode. The versatility of the new pump will create new environmentally friendly and efficient technologies for the production of high-viscosity oil, in relation to the complicated conditions for the development of oil fields.

Для каждого из рассмотренных режимов работы заявляемого насоса (первый режим работы при закрытом дистанционно управляемом клапане 22, и второй режим - при открытом дистанционно управляемом клапане 22) подбирают оптимальную продолжительность работы (во времени), и подбирают оптимальную частоту вращения ротора 5, с учетом свойств продуктивного пласта 26 и свойств добываемой нефти. Для контроля за условиями работы насоса могут использоваться известные датчики температуры. При открытом дистанционно управляемом клапане 22, часть нефти может перекачиваться через колонну насосно-компрессорных труб 32 до устья скважины, если соблюдать условие, когда подача насоса на выходе 3 выше объемного расхода через дополнительный отводной канал 21. Представленное техническое решение легко поддается автоматизации и компьютеризации, что весьма важно для расширения области применения такой техники.For each of the considered modes of operation of the inventive pump (the first mode of operation with the remote valve 22 closed, and the second mode with the remote valve 22 open), the optimal operation time (in time) is selected and the optimal rotor speed 5 is selected, taking into account the properties reservoir 26 and the properties of the produced oil. Well-known temperature sensors can be used to monitor pump operating conditions. When the remote-controlled valve 22 is open, part of the oil can be pumped through the tubing string 32 to the wellhead, provided that the supply of the pump at the outlet 3 is higher than the volumetric flow rate through the additional branch channel 21. The presented technical solution can be easily automated and computerized, which is very important for expanding the scope of such a technique.

Предложенное решение позволяет в широком диапазоне регулировать гидравлические сопротивления в области спиралевидных камер и в контуре циркуляции жидкости от входа до выхода насоса, а это обеспечит расширение диапазона регулирования подачи и мощности при перекачке высоковязких сред и обеспечит расширение области применения предлагаемой конструкции насоса.The proposed solution allows a wide range of control of hydraulic resistance in the area of spiral chambers and in the fluid circuit from the inlet to the outlet of the pump, and this will provide an extension of the range of regulation of supply and power when pumping highly viscous media and will expand the scope of the proposed pump design.

Организованное гибкое бесступенчатое регулирование насоса дает возможность решить задачу по расширению диапазона регулирования подачи и мощности и по созданию многорежимного универсального насоса с широкой областью применения.Organized flexible stepless pump control makes it possible to solve the problem of expanding the range of flow and power control and creating a multi-mode universal pump with a wide range of applications.

Claims

A downhole screw pump comprising a housing with inlet and outlet channels, a sectional cage with screw-shaped channels and a screw-shaped rotor eccentrically placed in the cage, with the possibility of radial displacement of the cage relative to the rotor placed on the bearings, sections of the cage are mounted in series with the possibility of angular displacement of them relative to each other , and each section of the cage is made in the form of a spiral spring, concentrically placed in the bore of the housing, with the possibility of forming inside the housing following each other corner of the spiral chambers separated by gap seals, each section of the cage equipped with a locking element made on the rotor, and a cylindrical intermediate rod placed along the rotor in the discharge groove made in the rotor, with the possibility of radial displacement of the intermediate rod relative to the rotor, with this length of the discharge groove exceeds the length of the intermediate rod, characterized in that it is equipped with a pipe shank installed on the lower end of the housing, the flow channel of which It communicates with the inlet channel of the housing, and on the side wall of the upper end of the housing in front of the outlet channel, a radial outlet channel is installed with a remotely controlled valve installed at its inlet with the formation of an additional circulation circuit between the outlet channel of the housing and the flow channel of the pipe shank when it is open.