RU2211956C2 - Modular construction immersion centrifugal pump plant - Google Patents
Modular construction immersion centrifugal pump plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211956C2 RU2211956C2 RU2001126334A RU2001126334A RU2211956C2 RU 2211956 C2 RU2211956 C2 RU 2211956C2 RU 2001126334 A RU2001126334 A RU 2001126334A RU 2001126334 A RU2001126334 A RU 2001126334A RU 2211956 C2 RU2211956 C2 RU 2211956C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bellows
- section
- submersible
- sections
- installation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано, в частности, в нефтедобывающей промышленности при создании установок погружных центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти и откачки воды из скважин, имеющих искривленные участки или наклонный профиль. The invention relates to hydraulic engineering and can be used, in particular, in the oil industry to create submersible centrifugal pump units designed for oil production and pumping water from wells that have curved sections or an inclined profile.
Широко известны установки погружных центробежных насосов российского производства типа УЭЦНМ и УЭЦНМК (см. Международный транслятор установки погружных центробежных насосов для добычи нефти, "Нефть и газ", М., 1999, с. 15-21) и аналогичные им установки, выпускаемые иностранными фирмами REDA, Centrilift и др., которые содержат наземное оборудование, колонну насосно-компрессорных труб, кабельную линию и погружной центробежный насосный агрегат, состоящий из последовательно соединенных модульных секций. Widely known are the submersible centrifugal pump installations of the Russian production type UETSNM and UETSNMK (see. International translator of the installation of submersible centrifugal pumps for oil production, "Oil and Gas", M., 1999, pp. 15-21) and similar installations manufactured by foreign firms REDA, Centrilift, etc., which contain ground equipment, tubing string, cable line and submersible centrifugal pump unit, consisting of series-connected modular sections.
Спускаемый в скважину погружной агрегат этих установок может иметь длину, превышающую 20 метров, при этом часто возникает необходимость проведения погружного агрегата через искривленные участки скважин с темпом набора кривизны больше 2o на 10 м или через наклонно направленные скважины, которые используются, в частности, при добыче нефти кустовым способом. При спуске погружного агрегата в искривленные или наклонно направленные скважины может произойти заклинивание одной или нескольких модулей погружного агрегата в обсадной колонне, но, даже если этого не происходит, во фланцевых соединениях и корпусах модулей возникают значительные напряжения изгиба и растяжения, приводящие к повреждениям (деформациям) соединений модульных секций и, как следствие, к нарушению их герметичности, а также повышенной вибрации при работе погружного агрегата, усиливающейся за счет одностороннего радиального износа подшипников. Кроме того, возникающие напряжения приводят к преждевременному усталостному разрушению соединений в процессе работы и падению погружного агрегата на дно скважины.The submersible unit of these units lowered into the well may have a length exceeding 20 meters, and often there is a need to conduct the submersible unit through the curved sections of the wells with a rate of curvature greater than 2 ° per 10 m or through directional wells, which are used, in particular, for bush oil production. When a submersible unit is lowered into curved or deviated wells, jamming of one or several submersible module modules in the casing may occur, but even if this does not occur, significant bending and tensile stresses will arise in the flange joints and module housings, leading to damage (deformation) connections of modular sections and, as a consequence, to a violation of their tightness, as well as increased vibration during operation of a submersible unit, amplified by a one-sided radial instal lment bearings. In addition, the resulting stresses lead to premature fatigue fracture of the joints during operation and the dip of the submersible assembly to the bottom of the well.
Известна установка погружного центробежного насоса, описанная в патенте RU 2076952 С1, 10.04.1997, F 04 В 47/02, содержащая наземное оборудование, колонну насосно-компрессорных труб, кабельную линию и погружной центробежный насосный агрегат, состоящий из модульных секций, которые последовательно соединены между собой и с нижней трубой насосно-компрессорной колонны посредством герметичных шарнирных узлов. A known installation of a submersible centrifugal pump, described in patent RU 2076952 C1, 04/10/1997, F 04 B 47/02, containing ground equipment, a tubing string, a cable line and a submersible centrifugal pump unit consisting of modular sections that are connected in series between each other and with the lower pipe of the tubing string by means of sealed hinged nodes.
Во время спускоподъемных операций шарнирное сочленение модульных секций позволяет проходить искривленные участки и наклонно направленные скважины без нарушений герметичности соединений или заклинивания модульных секций в обсадной колонне скважины, а также позволяет исключить значительные изгибающие нагрузки и деформацию соединений, что обеспечивает повышение надежности и долговечности погружного насосного агрегата. During tripping operations, the articulated joint of the modular sections allows the passage of curved sections and directional wells without compromising the tightness of the joints or jamming of the modular sections in the well casing, and also eliminates significant bending loads and deformation of the joints, which improves the reliability and durability of the submersible pump unit.
Недостатками описанных шарнирных соединений являются большие габариты, приводящие к снижению внутреннего проходного сечения, что значительно увеличивает гидравлическое сопротивление, снижая тем самым полезный напор насосного агрегата и уменьшая его кпд, кроме того, большую сложность представляет создание надежного и эффективного уплотнения сопрягаемых сферических поверхностей шарнирных узлов. The disadvantages of the described swivel joints are large dimensions, which lead to a decrease in the internal bore, which significantly increases the hydraulic resistance, thereby reducing the useful pressure of the pump unit and reducing its efficiency, in addition, the creation of a reliable and efficient sealing of the mating spherical surfaces of the hinge assemblies is of great difficulty.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) является погружной центробежный насосный агрегат, раскрытый в заявке RU 94025917 А1, 20.05.1996, F 04 D 13/10 и содержащий модульные секции, которые последовательно соединены между собой и с нижней трубой насосно-компрессорной колонны посредством гибких элементов, которые содержат по два сильфона, сформированных гофрированными участками стенок корпусов соединяемых модульных секций. The closest analogue of the claimed invention (prototype) is a submersible centrifugal pump assembly, disclosed in the application RU 94025917 A1, 05/20/1996, F 04
При проведении насосного агрегата через искривленный или наклонно направленный ствол скважины гибкие элементы обеспечивают возможность изгиба соединений в зоне сильфонов, при этом сохраняется прямолинейность корпусов модульных секций и предотвращается повреждение соединений, возникновение значительных напряжений в соединениях и односторонний износ подшипников. Кроме того, при эксплуатации насосного агрегата наличие гибких элементов снижает частоту собственных колебаний модульных секций, что дополнительно увеличивает срок наработки агрегата до усталостного разрушения соединений модульных секции. When a pumping unit is conducted through a curved or deviated borehole, flexible elements provide the possibility of bending the joints in the bellows zone, while maintaining the straightness of the housing of the modular sections and preventing damage to the joints, the occurrence of significant stresses in the joints and unilateral bearing wear. In addition, during operation of the pumping unit, the presence of flexible elements reduces the frequency of natural vibrations of the modular sections, which further increases the operating time of the unit to fatigue failure of the joints of the modular sections.
Основными недостатками прототипа являются недостаточный угол изгиба соединения модульных секций и недостаточная стойкость гибких элементов к усталостному разрушению. Это обусловлено большой толщиной и соответственно большой жесткостью стенок сильфонов, которые используются для восприятия осевых нагрузок и должны выдерживать значительные напряжения сжатия-растяжения при проводке насосного агрегата через скважину. Кроме того, при работе насосного агрегата происходит засорение внешних складок сильфона твердыми включениями, содержащимися в пластовой жидкости, что приводит к уменьшению допустимого угла изгиба соединения и повреждению наружных поверхностей стенок гофр сильфона в зоне перегиба за счет относительных перемещений стенок гофр из-за разной частоты вибрации модульных секций, а повреждение стенок гофр снижает стойкость сильфона к усталостному разрушению за счет появления концентраторов напряжений. The main disadvantages of the prototype are the insufficient bending angle of the connection of the modular sections and the insufficient resistance of the flexible elements to fatigue failure. This is due to the large thickness and accordingly high rigidity of the walls of the bellows, which are used to absorb axial loads and must withstand significant compressive-tensile stresses when pumping the pump unit through the well. In addition, during the operation of the pump unit, the external folds of the bellows are clogged with solid inclusions contained in the reservoir fluid, which leads to a decrease in the allowable bending angle of the connection and damage to the outer surfaces of the walls of the bellows corrugations in the bend zone due to relative movements of the walls of the corrugations due to different vibration frequencies modular sections, and damage to the walls of the corrugations reduces the resistance of the bellows to fatigue failure due to the appearance of stress concentrators.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании установки погружного модульного насоса, пригодной для добычи нефти и откачки воды из скважин с большим темпом набора кривизны. Thus, the problem to which the present invention is directed is to create an installation of a submersible modular pump suitable for oil production and pumping water from wells with a high rate of set of curvature.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в повышении стойкости гибкого соединения модульных секций к усталостному разрушению при одновременном увеличении допустимого угла изгиба соединения. The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the resistance of the flexible connection of the modular sections to fatigue failure while increasing the allowable bending angle of the connection.
Конструкция установки погружного модульного насоса, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, характеризуется следующей совокупностью существенных признаков. The design of the installation of a submersible modular pump, ensuring the achievement of the above technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies, is characterized by the following set of essential features.
Установка погружного модульного насоса содержит секцию насосно-компрессорных труб, соединенную с погружным насосным агрегатом, выполненным в виде последовательно соединенных модульных секций. По крайней мере одно из соединений между секциями установки погружного модульного насоса выполнено в виде гибкого узла. При этом дополнительно гибкий узел содержит разгружающий элемент и сильфонный элемент, выполненный в виде трубы, на части длины которой выполнены гофры, образующие сильфон. Первый конец сильфонного элемента закреплен в корпусе первой секции установки погружного модульного насоса с возможностью осевого перемещения, при этом на втором конце сильфонного элемента закреплен концевой элемент, состоящий из упорной и присоединительной секций. Присоединительная секция закреплена на втором конце сильфонного элемента с возможностью поворота и жестко соединена со второй секцией установки погружного модульного насоса. Часть наружной поверхности трубы сильфонного элемента и по меньшей мере часть торцевой поверхности присоединительной секций выполнены в виде сферических опорных поверхностей. Центры сфер, на которых расположены сферические поверхности, расположены на продольной оси гибкого узла вблизи середины сильфона. Installation of a submersible modular pump contains a section of tubing connected to a submersible pump unit made in the form of series-connected modular sections. At least one of the connections between the installation sections of the submersible modular pump is made in the form of a flexible unit. In this case, the additional flexible unit contains a discharging element and a bellows element made in the form of a pipe, on the part of the length of which corrugations are made that form the bellows. The first end of the bellows element is fixed in the housing of the first section of the installation of the submersible modular pump with the possibility of axial movement, while at the second end of the bellows element is fixed an end element consisting of a thrust and connecting sections. The connecting section is mounted on the second end of the bellows element with the possibility of rotation and is rigidly connected to the second installation section of the submersible modular pump. Part of the outer surface of the pipe of the bellows element and at least part of the end surface of the connecting sections are made in the form of spherical bearing surfaces. The centers of the spheres on which the spherical surfaces are located are located on the longitudinal axis of the flexible unit near the middle of the bellows.
При этом разгружающий элемент выполнен в виде трубы, жестко соединенной с корпусом первой секции установки погружного модульного насоса. Концевая часть разгружающего элемента, расположенная между опорными поверхностями сильфонного и концевого элементов, выполнена со сферическими опорными поверхностями, соответствующими опорным поверхностям сильфонного и концевого элементов, таким образом, что обеспечена возможность передачи осевых усилий от опорных поверхностей сильфонного и концевого элементов на корпус первой секции установки погружного модульного насоса при угловом смещении второго конца сильфонного элемента. Часть трубы сильфонного элемента, на которой выполнены гофры, расположена внутри разгружающего элемента. In this case, the unloading element is made in the form of a pipe rigidly connected to the housing of the first section of the installation of a submersible modular pump. The end part of the unloading element located between the supporting surfaces of the bellows and end elements is made with spherical supporting surfaces corresponding to the supporting surfaces of the bellows and end elements, so that it is possible to transmit axial forces from the supporting surfaces of the bellows and end elements to the housing of the first submersible installation section modular pump with angular displacement of the second end of the bellows element. The portion of the pipe of the bellows element on which the corrugations are made is located inside the unloading element.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, нижние, по отношению к устью скважины, изгибы гофр сильфона могут быть выполнены скругленными, а верхние изгибы представлять собой пересечение плоскости и цилиндра. In addition, in the particular case of the invention, the lower, relative to the wellhead, bends of the bellows corrugations can be made rounded, and the upper bends are the intersection of the plane and the cylinder.
На фиг. 1 изображена установка погружного центробежного насоса в модульном исполнении. In FIG. 1 shows the installation of a submersible centrifugal pump in a modular design.
На фиг.2 изображен погружной насосный агрегат. Figure 2 shows a submersible pump unit.
На фиг.3 изображен гибкий узел, установленный на насосной модуль-секции. Figure 3 shows a flexible unit mounted on the pump module section.
Установка 1 погружного центробежного насоса состоит из погружного насосного агрегата 2, кабельной линии 3 с муфтой кабельного ввода, насосно-компрессорной колонны 4, оборудования устья скважины 5 и комплектной трансформаторной подстанции 6. Installation 1 of a submersible centrifugal pump consists of a
Погружной насосный агрегат 2 состоит из модульной секции электродвигателя 7, газосепаратора 8 и модульных секций, образующих центробежный насос и гидрозащиту. Гидрозащита состоит из модульных секций протектора 9 и компенсатора 10. Центробежный насос состоит из входного модуля 11, насосных модуль-секций 12, число которых зависит от требуемого напора, но не превышает четырех, модуль-головки 13, обратного 14 и спускного 15 клапанов.
Первая насосная модуль-секция 12 и входной модуль 11 насоса герметично соединены между собой с помощью гибкого узла 16. Однако один или несколько гибких узлов могут быть установлены практически между любыми модульными секциями, в частности, с помощью гибкого узла могут быть соединены две насосные модуль-секции 12, модуль-головка 13 с нижней трубой насосно-компрессорной колонны 4, электродвигатель 7 с протектором 9, протектор с газосепаратором 8. The first
Гибкий узел 16 состоит из сильфонного 17, разгружающего 18 и концевого 19 элементов. The
Сильфонный элемент 17 выполнен в виде трубы, в центральной части которой выполнены гофры, образующие сильфон 20. Первый конец сильфонного элемента 17 закреплен в корпусе насосной модуль-секции 12 с возможностью осевого перемещения, а между ними размещено уплотнительное кольцо 23. На втором конце сильфонного элемента 17 закреплен концевой элемент 19. Концевой элемент состоит из упорной 21 и присоединительной 22 секций. Присоединительная секция 22 выполнена с фланцем для присоединения входного модуля 11 насоса и закреплена на втором конце сильфонного элемента 17 с возможностью поворота, что позволяет исключить передачу крутящих моментов, возникающих при взаимодействии модульных секций насосного агрегата, и уменьшить внутренние напряжения в сильфоне 20. The
Концевой элемент 19 закреплен с помощью четырех сухарей 24, размещенных в кольцевом канале, образованном кольцевыми проточками на наружной поверхности второго конца сильфонного элемента 17 и внутренней поверхности концевого элемента 19. Сухари 24 размещают в кольцевом канале через загрузочное отверстие, закрываемое пробкой 25. Между кольцевым элементом 19 и вторым концом сильфонного элемента 17 установлено уплотнительное кольцо 26. The
Часть наружной поверхности трубы сильфонного элемента между сильфоном 20 и входного модуля 11 насоса и часть торцевой поверхности присоединительной секций 22 концевого элемента 19 выполнены в виде сферических опорных поверхностей 27 и 28 соответственно. Центры сфер, на которых расположены сферические поверхности, расположены на продольной оси O-1O2 гибкого узла вблизи середины сильфона 20, что позволяет уменьшить внутренние напряжения, возникающие в сильфоне при прохождении искривленных участков скважины.Part of the outer surface of the pipe of the bellows element between the
Нижние, по отношению к устью скважины, изгибы А гофр сильфона 20 выполнены скругленными, а верхние изгибы В представляют собой пересечение плоскости и цилиндра. Экспериментально установлено, что описанная форма гофр сильфона 20 позволяет уменьшить внутренние напряжения, возникающие в сильфоне, и таким образом дополнительно увеличить допустимый угол изгиба и стойкость гибкого узла к усталостному разрушению. The lower, with respect to the wellhead, bends A of the
Разгружающий элемент 18 выполнен в виде трубы, первый конец которой закреплен посредством резьбового соединения на корпусе насосной модуль-секции 12. Второй конец (концевая часть) разгружающего элемента 18 с заданными зазорами расположена между опорными поверхностями 27 и 28 и выполнена со сферическими опорными поверхностями 29 и 30, соответствующими опорным поверхностям 27 и 28. The unloading
Наличие разгружающего элемента 18 позволяет уменьшить толщину стенок и ширину гофр сильфона 20, увеличив тем самым допустимый угол изгиба соединения и уменьшив внутренние напряжения в сильфоне. The presence of the
Сильфон 20 расположен внутри трубы разгружающего элемента 18 между уплотнениями 23 и 26, что позволяет защитить наружные складки гофр сильфона 20 от загрязнения посторонними включениями, содержащимися в пластовой жидкости, что особенно важно при малой ширине гофр и соответственно малой ширине складок сильфона. The
Внутри вала сильфонного элемента 17 размещен присоединительный вал 31, связанный с валом 32 насосной модуль-секции 12 шлицевой муфтой 33 с возможностью углового смещения. Inside the shaft of the
При транспортировке насосной модуль-секции с установленным гибким узлом 16 на фланце насадки устанавливается защитная крышка 34. When transporting the pump module section with the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
При проводке погружного насосного агрегата 2 через скважину сильфон 20 сжимается или растягивается под действием осевых нагрузок, при этом первый конец сильфонного элемента 17 перемещается по установочной поверхности корпуса модульной секции 12 на величину, равную зазору между опорными поверхностями. При растяжении сильфона опорная поверхность 27 сильфонного элемента 17 упирается в соответствующую опорную поверхность 29 разгружающего элемента 18, а при сжатии сильфона в другую опорную поверхность 30 разгружающего элемента упирается опорная поверхность 28 концевого элемента 19. Таким образом, осевые усилия любых направлений передаются на корпус насосной модуль-секции 12 без участия сильфона 20. При прохождении погружным насосным агрегатом 2 искривленных участков и наклонно направленных скважин сильфонный элемент 17 изгибается в зоне сильфона, при этом второй конец сильфонного элемента 17 с концевым элементом 19 поворачивается на соответствующий угол α относительно продольной оси насосной модуль-секции 12, а опорные поверхности проскальзывают относительно друг друга без нарушения контакта. When the
Таким образом, герметичность соединения не нарушается и не возникает значительных изгибающих и растягивающих усилий, а осевое усилие передается на корпус насосной модуль-секции при любом угле изгиба сильфонного элемента. Thus, the tightness of the connection is not broken and there are no significant bending and tensile forces, and the axial force is transmitted to the housing of the pump module section at any bending angle of the bellows element.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126334A RU2211956C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Modular construction immersion centrifugal pump plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126334A RU2211956C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Modular construction immersion centrifugal pump plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2211956C2 true RU2211956C2 (en) | 2003-09-10 |
Family
ID=29776953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001126334A RU2211956C2 (en) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | Modular construction immersion centrifugal pump plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2211956C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499915C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Submersible centrifugal unit |
-
2001
- 2001-09-28 RU RU2001126334A patent/RU2211956C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499915C1 (en) * | 2012-06-19 | 2013-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Submersible centrifugal unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5525146A (en) | Rotary gas separator | |
| US10753159B1 (en) | Flexible coupling | |
| US5421780A (en) | Joint assembly permitting limited transverse component displacement | |
| US6174001B1 (en) | Two-step, low torque wedge thread for tubular connector | |
| US9260924B2 (en) | Flexible joint connection | |
| CA3109847C (en) | Shaft couplings for high tensile loads in esp systems | |
| US20060245957A1 (en) | Encapsulated bottom intake pumping system | |
| CA2210592C (en) | Joint assembly | |
| US20090133880A1 (en) | Volumetric compensating annular bellows | |
| EA001702B1 (en) | Downhole motor assembly | |
| RU2211956C2 (en) | Modular construction immersion centrifugal pump plant | |
| CA2922565C (en) | Flexible electrical submersible pump and pump assembly | |
| US7624795B1 (en) | Bottom mount auxiliary pumping system seal section | |
| RU2136971C1 (en) | Submerged-type centrifugal pumping unit | |
| RU2230233C2 (en) | Flexible articulated coupling | |
| US20170219014A1 (en) | Soft Coating for Splined Connections Between Motor Shafts of Submersible Pump Assembly | |
| RU91118U1 (en) | HOLLOW PUMP BAR | |
| RU70924U1 (en) | PROTECTOR FOR PROTECTION AND FASTENING OF THE CABLE AND CAPILLARY TUBE ON THE TUBE PIPE COUPLING | |
| RU2398091C9 (en) | Hollow bucket rod | |
| RU2271430C2 (en) | Pipe string coupling | |
| RU2076952C1 (en) | Submersible pump unit | |
| RU2514457C1 (en) | Borehole pump assembly | |
| RU2693077C2 (en) | Multi-stage centrifugal pump with compression bulkheads | |
| WO2016053588A1 (en) | Low angle electric submersible pump with gravity sealing | |
| CA2452696C (en) | Universal pressure protector for a polish rod |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090623 |