RU2209346C2

RU2209346C2 - Stge of multistage sbmersible centrifugal oil-wellpump

Info

Publication number: RU2209346C2
Application number: RU2001117153A
Authority: RU
Inventors: Я.А. Глускин; А.Б. Кулигин; В.М. Лысенко; С.М. Мешалкин; А.В. Трулев; С.Ф. Штельмах
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Борец"
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: oil producing industry; oil well machinery. SUBSTANCE: proposed stage of oil-well centrifugal multistage pump contains guide-vane assembly, open impeller installed in guide-vane assembly on lover surface of impeller driving disk blades are installed. Holes are made in impeller driving disk in spaces between blades. Lower edges of blades are provided with horizontal section, and distance from lower edge of each blade to upper surface of upper disk of guide-vane assembly formed by concave surface decreases in direction from inner edge to outer of horizontal section. Invention is aimed at decreasing wear of friction pairs owing to effectively dividing-gas bubbles and dirt inclusions and prevention of wedging of impeller in operation. EFFECT: increased efficiency and head of stage. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в многоступенчатых центробежных скважинных насосах для откачки пластовой жидкости. The invention relates to petroleum engineering and can be used in multistage centrifugal borehole pumps for pumping formation fluid.

Известен центробежный насос-диспергатор, в котором рабочее колесо выполнено содержащим ведущий диск с лопастями, а в направляющем аппарате имеются верхний и нижний диски с лопатками [1]. Насос-диспергатор известной конструкции предназначен для формирования эмульсии из смеси жидкостей и не может быть эффективно использован для формирования газожидкостных смесей, так как активное воздействие на рабочую среду осуществляется на выходе насоса. Known centrifugal dispersant pump, in which the impeller is made containing a driving disk with blades, and in the guide apparatus there are upper and lower disks with blades [1]. A dispersant pump of known design is designed to form an emulsion from a mixture of liquids and cannot be effectively used to form gas-liquid mixtures, since the active influence on the working medium is carried out at the pump outlet.

Известна ступень скважинного центробежного многоступенчатого насоса [2], содержащая рабочее колесо с ведущим диском и расположенными на нем лопастями, а также направляющий аппарат с верхним диском и с лопатками, диаметр расположения входных кромок которых больше диаметра наружного диска направляющего аппарата. Причем на краю верхней поверхности ведущего диска рабочего колеса выполнены трехгранные выемки. A well-known step of a borehole centrifugal multistage pump [2], comprising an impeller with a driving disk and blades located on it, as well as a guiding device with an upper disk and blades, the diameter of the arrangement of the input edges of which is larger than the diameter of the outer disk of the guide apparatus. Moreover, on the edge of the upper surface of the driving disk of the impeller, trihedral recesses are made.

Известное устройство при его использовании в многоступенчатых центробежных насосах обеспечивает повышение напора при малых подачах и повышение стабильности при работе с жидкими смесями, содержащими включения в виде свободного газа. The known device when used in multistage centrifugal pumps provides increased pressure at low flows and increased stability when working with liquid mixtures containing inclusions in the form of free gas.

Недостатком известного технического решения является снижение надежности работы при наличии в перекачиваемой жидкости значительных по объему газовых включений, так как при этом формируются застойные зоны, препятствующие измельчению газовых пузырей, в результате чего насос блокируется газовыми пробками. A disadvantage of the known technical solution is the decrease in reliability when there is a significant amount of gas inclusions in the pumped liquid, since this forms stagnant zones that prevent the grinding of gas bubbles, as a result of which the pump is blocked by gas plugs.

Также известное техническое решение имеет низкую надежность работы при наличии в перекачиваемой жидкости грязевых (твердых) включений, способных привести к закупориванию сужающихся каналов рабочего колеса, образованных лопастями рабочего колеса, а также ведущим и ведомым дисками. Also, the known technical solution has low reliability in the presence of mud (solid) inclusions in the pumped liquid that can lead to clogging of the narrowing channels of the impeller formed by the impeller blades, as well as the driving and driven disks.

Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является ступень скважинного центробежного многоступенчатого насоса [3], содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо. Причем в закрытом рабочем колесе такой ступени имеется ведомый диск, а также ведущий диск, с которым жестко связаны лопасти рабочего колеса, в промежутках между которыми в ведущем диске закрытого рабочего колеса выполнены отверстия. The device closest in technical essence to the claimed invention is a step of a borehole centrifugal multistage pump [3] containing a guiding apparatus and an impeller. Moreover, in a closed impeller of such a stage there is a driven disk, as well as a driving disk, with which the blades of the impeller are rigidly connected, in the spaces between which holes are made in the driving disk of the closed impeller.

Недостатком такой ступени является то, что лопасти рабочего колеса не воздействуют на пластовую жидкость, протекающую под рабочим колесом, в связи с чем ступень известной конструкции не обеспечивает достаточно эффективное дробление находящихся в пластовой жидкости газовых пузырей и грязевых включений. Кроме того, при работе насоса возможно его заклинивание за счет накопления грязевых включений под рабочим колесом. The disadvantage of this stage is that the impeller blades do not affect the reservoir fluid flowing under the impeller, and therefore the stage of the known design does not provide sufficiently effective crushing of gas bubbles and mud inclusions in the reservoir fluid. In addition, when the pump is running, it is possible to jam due to the accumulation of mud inclusions under the impeller.

Настоящее изобретение позволяет устранить указанные выше недостатки известных технических решений. Кроме того, при работе ступени в составе насоса газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском через отверстия в ведущем диске и проходящие между ведущим диском и боковым кольцом направляющего аппарата, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками лопастей открытого рабочего колеса, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, за счет чего снижается износ пар трения в насосе, исключается возможность заклинивания насоса при работе. При повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений в пластовой жидкости уменьшается количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом. Причем дробление крупных пузырей газа начинается внутренним участком нижней кромки. Это облегчает прохождение через указанные отверстия образующихся более мелких пузырьков газа, а также растворение газа, содержащегося в них, в жидкости при ее сжатии в периферийной зоне, в которой сближаются поверхности аппарата и рабочего колеса. Такому растворению газа может способствовать наклон нижней кромки в зоне между ее переходной и внешней точками. The present invention eliminates the above disadvantages of the known technical solutions. In addition, when the stage in the pump is operated, gas inclusions removed from the space above the drive disk through the openings in the drive disk and passing between the drive disk and the side ring of the guide apparatus are subjected to additional grinding by the lower edges of the blades of the open impeller, which ensures a more efficient crushing of gas bubbles, at the same time, effective crushing of mud inclusions is carried out, due to which the wear of friction pairs in the pump is reduced, the possibility is eliminated l jamming the pump during operation. With an increase in the efficiency of crushing of gas bubbles and mud inclusions in the reservoir fluid, the number of dispersing steps necessary for the smooth operation of the pump while maintaining the dimensions decreases, while the efficiency and pressure of the pump as a whole increase. Moreover, the crushing of large gas bubbles begins with the inner portion of the lower edge. This facilitates the passage through these openings of the formed smaller gas bubbles, as well as the dissolution of the gas contained in them in the liquid when it is compressed in the peripheral zone in which the surfaces of the apparatus and the impeller come closer. Such a dissolution of the gas can contribute to the inclination of the lower edge in the zone between its transition and external points.

Указанный технический результат достигается за счет того, что ступень скважинного центробежного многоступенчатого насоса, содержащая направляющий аппарат, дополнительно содержит установленное в направляющем аппарате открытое рабочее колесо, на нижней поверхности ведущего диска которого расположены лопасти, в промежутках между местами закрепления которых, в ведущем диске рабочего колеса выполнены отверстия, нижние кромки лопастей выполнены с горизонтальным участком, а расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата, образованной вогнутой конической поверхностью, уменьшается в направлении от внутреннего края к внешнему краю горизонтального участка. The specified technical result is achieved due to the fact that the stage of the borehole centrifugal multistage pump, containing the guiding apparatus, additionally contains an open impeller installed in the guiding apparatus, on the lower surface of the drive disk of which there are blades, in the spaces between the fastening points of which, in the driving wheel of the impeller holes are made, the lower edges of the blades are made with a horizontal section, and the distance from the lower edge of each of the blades to the upper NOSTA upper disk guide apparatus formed concave tapered surface decreases from the inner edge to the outer edge of the horizontal portion.

Кроме того, расстояние от внешней точки нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть меньше половины расстояния от указанной точки до нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса. Расстояние от внешней точки нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата может быть больше 2 мм. При этом горизонтальный участок лопасти может быть расположен между внутренней точкой нижней кромки лопасти и внешней точкой указанной кромки. Горизонтальный участок лопасти может быть расположен между внутренней точкой нижней кромки лопасти и переходной точкой указанной кромки. Нижняя кромка лопасти в зоне между переходной точкой и внешней точкой указанной кромки может быть отделена от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата равномерным зазором. In addition, the distance from the outer point of the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide apparatus may be less than half the distance from the specified point to the lower surface of the driving disk of the impeller. The distance from the outer point of the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane can be more than 2 mm. In this case, the horizontal section of the blade can be located between the internal point of the lower edge of the blade and the external point of the specified edge. The horizontal portion of the blade may be located between the inner point of the lower edge of the blade and the transition point of the specified edge. The lower edge of the blade in the area between the transition point and the outer point of the specified edge can be separated from the upper surface of the upper disk of the guide apparatus by a uniform gap.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением, у которых часть нижней кромки лопасти рабочего колеса выполнена горизонтальной;
на фиг.2 - две установленные последовательно ступени, выполненные в соответствии с заявленным изобретением, у которых нижние кромки лопасти рабочего колеса выполнены горизонтальными по всей длине;
на фиг.3 - вид снизу ведущего диска рабочего колеса, выполненного согласно изобретению.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 - two sequentially installed steps made in accordance with the claimed invention, in which part of the lower edge of the impeller blades is made horizontal;
figure 2 - two sequentially installed steps made in accordance with the claimed invention, in which the lower edges of the impeller blades are made horizontal along the entire length;
figure 3 is a bottom view of the driving disk of the impeller, made according to the invention.

Ступень скважинного центробежного многоступенчатого насоса (фиг.1 и 2) содержит направляющий аппарат 1 и установленное в направляющем аппарате 1 открытое рабочее колесо 2, на нижней (в рабочем положении насоса) поверхности 3 ведущего диска 4 которого расположены лопасти 5. Рабочее колесо 2 выполнено с втулкой 6, предназначенной для сопряжения через шпонку с общим валом насоса (не изображен). Таким образом в рабочем колесе сформированы пазы, ограниченные лопастями 5, жестко связанными с ведущим диском 4. Направляющий аппарат 1 содержит верхний диск 7, нижний диск 8 и лопатки 9, между входными кромками 10 которых и боковым кольцом 11 (боковой стенкой корпуса аппарата) имеются промежутки. Диски 7, 8 и лопатки 9 направляющего аппарата 1 образуют каналы. Верхний диск 7 жестко связан с боковым кольцом 11, нижним диском 8 (через лопатки 9) и цапфой 12, сопряженной с втулкой 6 рабочего колеса 2. На диске 4 закреплены антифрикционные шайбы 13, выполненные, например, из текстолита. The step of a borehole centrifugal multistage pump (FIGS. 1 and 2) contains a guiding apparatus 1 and an open impeller 2 installed in the guiding apparatus 1, on the lower (in the working position of the pump) surface 3 of the drive disk 4 of which the blades 5. The impeller 2 is made sleeve 6, designed to interface through a key with a common pump shaft (not shown). Thus, grooves are formed in the impeller, limited by the blades 5, rigidly connected with the drive disk 4. The guide device 1 contains an upper disk 7, a lower disk 8 and a blade 9, between the input edges 10 of which and the side ring 11 (side wall of the apparatus body) intervals. Disks 7, 8 and vanes 9 of the guide apparatus 1 form channels. The upper disk 7 is rigidly connected with the side ring 11, the lower disk 8 (through the blades 9) and the journal 12, which is paired with the impeller bushing 6. The antifriction washers 13 are mounted on the disk 4, for example, made of textolite.

В промежутках (фиг. 3) между местами закрепления лопастей 5 в ведущем диске 4 рабочего колеса 2 выполнены отверстия 14. Нижние кромки 15 (фиг.1 и 2) лопастей 5 выполнены с горизонтальным участком 17. Расстояние от нижней кромки 15 каждой из лопастей 5 открытого рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1, образованной вогнутой конической поверхностью, уменьшается в направлении от внутреннего края к внешнему краю горизонтального участка 17. In the gaps (Fig. 3) between the places of fastening of the blades 5 in the drive disk 4 of the impeller 2, holes 14 are made. The lower edges 15 (Figs. 1 and 2) of the blades 5 are made with a horizontal section 17. The distance from the lower edge 15 of each of the blades 5 open impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1, formed by a concave conical surface, decreases in the direction from the inner edge to the outer edge of the horizontal section 17.

Горизонтальный участок 17 указанной лопасти 5 может быть расположен между внутренней точкой 18 нижней кромки 15 лопасти 5 и переходной точкой 19 указанной кромки 15. Причем нижняя кромка 15 лопасти 5 в зоне между переходной точкой 19 и внешней точкой 20 указанной кромки 15 может быть отделена от верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1 равномерным зазором. При этом внутренний край горизонтального участка 17 связан с точкой 18, а внешний край указанного участка 17 - с точкой 19 (фиг.1). The horizontal section 17 of the specified blade 5 can be located between the inner point 18 of the lower edge 15 of the blade 5 and the transition point 19 of the specified edge 15. Moreover, the lower edge 15 of the blade 5 in the area between the transition point 19 and the outer point 20 of the specified edge 15 can be separated from the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1 with a uniform gap. In this case, the inner edge of the horizontal section 17 is connected with the point 18, and the outer edge of the specified section 17 - with the point 19 (figure 1).

Горизонтальный участок 17 лопасти 5 может быть расположен между внутренней точкой 18 нижней кромки 15 лопасти 5 и внешней точкой 20 указанной кромки 15. При этом внутренний край горизонтального участка 17 связан с точкой 18, а внешний край указанного участка 17 - с точкой 20 (фиг.2). The horizontal section 17 of the blade 5 can be located between the internal point 18 of the lower edge 15 of the blade 5 and the external point 20 of the indicated edge 15. The inner edge of the horizontal section 17 is connected with the point 18, and the outer edge of the specified section 17 is connected with the point 20 (Fig. 2).

Нижняя кромка 15 (фиг.1, 2) расположена между внутренним участком лопасти 5, связанным с кромкой 21, и внешним участком лопасти 5, связанным с кромкой 22, т.е. между точками 18 и 20. The lower edge 15 (FIGS. 1, 2) is located between the inner portion of the blade 5 connected to the edge 21 and the outer portion of the blade 5 connected to the edge 22, i.e. between points 18 and 20.

Расстояние от внешней точки 20 нижней кромки 15 лопасти 5 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1, образованной вогнутой конической поверхностью, может быть меньше половины расстояния от указанной точки 20 до нижней поверхности 3 ведущего диска 4 рабочего колеса 2 (или до плоскости ее расположения). Расстояние от внешней точки 20 нижней кромки 15 рабочего колеса 2 до верхней поверхности 16 верхнего диска 7 направляющего аппарата 1, образованной вогнутой конической поверхностью, может быть больше 2 мм. При этом внешний участок поверхности 3 выполнен плоским (горизонтальным). Ось поверхности 16 совмещена с осью поверхности бокового кольца 11. The distance from the outer point 20 of the lower edge 15 of the blade 5 of the impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1 formed by a concave conical surface may be less than half the distance from the specified point 20 to the lower surface 3 of the driving disk 4 of the impeller 2 (or to the plane of its location). The distance from the outer point 20 of the lower edge 15 of the impeller 2 to the upper surface 16 of the upper disk 7 of the guide apparatus 1, formed by a concave conical surface, may be more than 2 mm. In this case, the outer surface portion 3 is made flat (horizontal). The axis of the surface 16 is aligned with the axis of the surface of the side ring 11.

На внешнем краю верхней части ведущего диска 4 рабочего колеса 2 может быть выполнен уступ 23, а отверстия 14 выполнены на указанном уступе 23. Диаметр ведущего диска 4 рабочего колеса 2 может быть больше диаметра окружности, на которой расположены центры 24 указанных отверстий 14, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий 14. On the outer edge of the upper part of the driving disk 4 of the impeller 2, a step 23 can be made, and the holes 14 are made on the specified step 23. The diameter of the driving disk 4 of the impeller 2 can be larger than the diameter of the circle on which the centers 24 of these holes 14 are located, by equal to or greater than 1.5 diameters of said holes 14.

При работе насоса пластовая жидкость протекает по пазам рабочего колеса 2, приводимого в движение валом насоса, и, при прохождении потока жидкости по пазам рабочих колес, формируется напор пластовой жидкости как за счет центробежных сил, так и за счет действия лопастей рабочего колеса на поток жидкости. Далее жидкость поступает в каналы направляющего аппарата 1 следующей ступени, в которых осуществляется создание дополнительного напора и направление потока на рабочее колесо следующей ступени. Вместе с пластовой жидкостью по пазам открытого рабочего колеса 2 перемещаются газовые пузыри и грязевые включения. When the pump is operating, the formation fluid flows through the grooves of the impeller 2, driven by the pump shaft, and, when the fluid flows through the grooves of the impellers, the formation fluid pressure is formed both due to centrifugal forces and due to the action of the impeller blades on the fluid flow . Next, the fluid enters the channels of the guide apparatus 1 of the next stage, in which the creation of additional pressure and the flow direction to the impeller of the next stage are performed. Together with the reservoir fluid, gas bubbles and mud inclusions move along the slots of the open impeller 2.

Газовые включения, вынесенные из пространства над ведущим диском 4 через отверстия 14 в ведущем диске и проходящие между ведущим диском 4 и боковым кольцом 11 направляющего аппарата 1, подвергаются дополнительному измельчению нижними кромками 15 лопастей 5 открытого рабочего колеса 2, за счет чего обеспечивается более эффективное дробление газовых пузырей, одновременно с этим осуществляется эффективное дробление грязевых включений, за счет чего снижается износ пар трения, исключается возможность заклинивания насоса. Наличие уступа 23, при расположении на нем центров 24 отверстий 14, повышает эффективность выноса газовых включений через указанные отверстия 14. Кроме того, при повышении эффективности дробления газовых пузырей и грязевых включений в пластовой жидкости возможно уменьшить количество диспергирующих ступеней, необходимых для бесперебойной работы насоса при сохранении габаритов, при этом повышается КПД и напор насоса в целом. Причем дробление крупных пузырей газа начинается внутренним участком нижней кромки 15. Это облегчает прохождение через указанные отверстия 14 образующихся более мелких пузырьков газа, а также растворение газа, содержащегося в них, в жидкости при ее сжатии в периферийной зоне, в которой сближаются поверхности 16 и 3 аппарата 1 и рабочего колеса 2. Такому растворению газа может способствовать наклон нижней кромки 15 в зоне между ее переходной 19 и внешней 20 точками. Gas inclusions removed from the space above the drive disk 4 through openings 14 in the drive disk and passing between the drive disk 4 and the side ring 11 of the guide apparatus 1 are subjected to additional grinding by the lower edges 15 of the blades 5 of the open impeller 2, thereby providing more efficient crushing gas bubbles, at the same time effective crushing of mud inclusions is carried out, due to which the wear of friction pairs is reduced, the possibility of pump jamming is excluded. The presence of ledge 23, with the centers of 24 holes 14 located on it, increases the efficiency of removal of gas inclusions through the indicated openings 14. In addition, with an increase in the efficiency of crushing of gas bubbles and mud inclusions in the formation fluid, it is possible to reduce the number of dispersing steps necessary for the smooth operation of the pump during maintaining dimensions, while increasing the efficiency and pressure of the pump as a whole. Moreover, the crushing of large gas bubbles begins with the inner portion of the lower edge 15. This facilitates the passage through these openings 14 of the formed smaller gas bubbles, as well as the dissolution of the gas contained in them in the liquid when it is compressed in the peripheral zone in which the surfaces 16 and 3 approach each other apparatus 1 and the impeller 2. Such a dissolution of the gas can contribute to the inclination of the lower edge 15 in the zone between its transition 19 and the outer 20 points.

Таким образом обеспечивается достижение указанного выше технического результата. This ensures the achievement of the above technical result.

Источники информации
1. Патент РФ 2116516, кл. F 04 D 7/04, 1998.Sources of information
1. RF patent 2116516, cl. F 04 D 7/04, 1998.

2. Патент РФ 2138691, кл. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999. 2. RF patent 2138691, cl. F 04 D 13/10, 1/06, 31/00, 1999.

3. Патент США 5628616, кл. 415/58.2, 1997. 3. US patent 5628616, CL. 415 / 58.2, 1997.

Claims

1. The stage of the borehole centrifugal multistage pump, containing a guide apparatus, characterized in that it contains an open impeller installed in the guide apparatus, on the lower surface of the drive disk of which there are blades, in the spaces between the fastening points of which, holes are made in the drive wheel of the impeller, the lower edges of the blades are made with a horizontal section, and the distance from the lower edge of each of the blades to the upper surface of the upper disk of the guide apparatus, Call concave tapered surface decreases from the inner edge to the outer edge of the horizontal portion.

2. The stage according to claim 1, characterized in that the distance from the outer point of the lower edge of the impeller blades to the upper surface of the upper disk of the guide apparatus is less than half the distance from the specified point to the lower surface of the driving disk of the impeller.

3. The stage according to claim 1, characterized in that the distance from the outer point of the lower edge of the impeller blades to the upper surface of the upper disk of the guide vane is more than 2 mm.

4. The step according to claim 1, characterized in that the horizontal portion of the blade is located between the inner point of the lower edge of the blade and the outer point of the specified edge.

5. The step according to claim 1, characterized in that the horizontal section of the blade is located between the inner point of the lower edge of the blade and the transition point of the specified edge.

6. The step according to claim 5, characterized in that the lower edge of the blade in the area between the transition point and the outer point of the specified edge is separated from the upper surface of the upper disk of the guide apparatus by a uniform gap.