RU2218481C2

RU2218481C2 - Submersible centrifugal pumping unit

Info

Publication number: RU2218481C2
Application number: RU2001123525/06A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Кудин; Ю.В. Рычков; Ш.М. Хамидов
Original assignee: Кудин Владимир Григорьевич; Рычков Юрий Васильевич; Хамидов Шамиль Мухаммадиевич
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: oil producing industry. SUBSTANCE: invention can be used in production of oil from slanted directional and purposely deviated wells. Proposed submersible centrifugal pumping unit contains pump set in form of modular sectional interconnected by movable device made in form of bushing-base connected by one end with housing of one modular section of pumping set through thread and at other end, connected with spherical segment with elastic sealing element and stop by means of threaded joint, by union nut with thread connecting bushing-base with other modular section. Shafts of modular sections are interconnected by clutches providing angular displacement of shafts. Pump set is lowered into well on tubings connected by threaded couplings. Spherical segment with elastic sealing element and stop of movable device is made on head turned into housing of one modular section, is connected with base turned into housing of other modular section and is connected by thread by union nut provided with lock to prevent self loosening. EFFECT: improved reliability and increase service life by decreasing bending stresses in connections of tubings and modular sections of set. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению и может быть использовано в установках погружных центробежных насосов в модульном исполнении для добычи нефти из наклонно-направленных и искривленных скважин. The invention relates to petroleum engineering and can be used in the installation of submersible centrifugal pumps in a modular design for oil production from directional and deviated wells.

Известна установка погружных центробежных насосов в модульном исполнении, состоящая из насосного агрегата, содержащего погружной электродвигатель с гидрозащитой, входной модуль, модульные секции насосов и модуль-головку, соединенные между собой по корпусам модулей посредством соединений типа "Фланец - Корпус" и типа "Фланец - Фланец", по валам модулей - с помощью шлицевых муфт, кабельной линии, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах (далее по тесту - НКТ), соединенных между собой резьбовыми муфтами, и наземного оборудования. (Установки погружных центробежных насосов в модульном исполнении. Каталог. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990, с. 3-8). A known installation of submersible centrifugal pumps in a modular design, consisting of a pump unit containing a submersible motor with hydraulic protection, an input module, modular sections of the pumps and a module head, interconnected by module housings through connections of the type "Flange - Case" and type "Flange - Flange ", on the shafts of the modules - with the help of splined couplings, a cable line, lowered into the well on tubing (hereinafter referred to as the tubing), interconnected by threaded couplings, and ground equipment. (Installations of submersible centrifugal pumps in a modular design. Catalog. M., TSINTIHIMNEFTEMASH, 1990, p. 3-8).

Недостатком известной установки серийного производства является низкая ее надежность при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах, в которых: при спуске и подъеме насосный агрегат и колонна НКТ подвергаются изгибу при прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны и НКТ из-за недостаточного запаса прочности разрушаются в резьбовом соединении с модуль-головкой или муфтой и насосный агрегат с частью оторванных труб падает на дно скважины; при эксплуатации, когда в модулях насосного агрегата, размещенного в скважине с изгибом в месте его подвески, из-за дисбаланса вращающихся масс возникают вибрации, переходящие в резонанс, под действием которого многократно возрастает динамическая составляющая эксплуатационных напряжений и приводит к неизбежному разрушению соединений модулей, иногда корпусных деталей, и падению оторванных модулей и частей насосного агрегата на дно скважины. A disadvantage of the known serial production installation is its low reliability during operation in directional and deviated wells, in which: during descent and ascent, the pump unit and tubing string are bent when passing sections of the well with a high rate of curvature and tubing set due to insufficient margin of safety are destroyed in a threaded connection with the module head or coupling and the pump unit with a part of the torn off pipes falls to the bottom of the well; during operation, when in the modules of a pumping unit located in a well with a bend in the place of its suspension, due to the imbalance of the rotating masses, vibrations occur, which turn into resonance, under the influence of which the dynamic component of operating stresses increases many times and leads to the inevitable destruction of the module connections, sometimes body parts, and the fall of torn modules and parts of the pump unit to the bottom of the well.

Известна наиболее близкая к изобретению погружная насосная установка (RU 2136971 C1, F 04 D 13/10, 29/62, 13.05.97 г., прототип), содержащая погружной электродвигатель и модульные секции, соединенные между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной секции насоса, а со второго - со сферическим сегментом с уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидную гайку с резьбой, соединяющую втулку-основание с корпусом подвижного устройства, закрепленным фланцевой частью с другой секцией насоса, валы модульных секций соединены шлицевой муфтой, обеспечивающей угловое смещение валов. Known closest to the invention is a submersible pump installation (RU 2136971 C1, F 04 D 13/10, 29/62, 05/13/97, prototype) containing a submersible motor and modular sections interconnected by a movable device made in the form of a sleeve - bases, connected at one end with a thread to the housing of one pump section, and at the other end with a spherical segment with a sealing element and with a stopper by means of a threaded connection, a union nut with a thread connecting the base sleeve with the housing of the movable device, fixed by a flange the central part with another pump section, the shafts of the modular sections are connected by a spline coupling, which provides an angular displacement of the shafts.

Недостатком данной насосной установки является низкая ее надежность при эксплуатации в наклонно-направленных скважинах, когда насосный агрегат размещен в скважине в месте его подвески с изгибом при угловом смещении корпусов модульных секций изогнутые концы валов модулей, соединенные жесткой шлицевой муфтой при их вращении подвергаются циклическому изгибу, износу подшипников модулей, что приводит к возникновению поперечных вибраций, резонансу, последующему излому валов, иногда к расчленению модулей и падению их на дно скважины. Кроме того, дополнительное количество вводимых в корпус подвижного устройства деталей и элементов, в частности фланца, отверстий, канавки под уплотнительный элемент, уплотнительного элемента, усложняет конструкцию, снижает надежность и долговечность всей установки. Размещение накидной гайки и сферического сегмента на втулке-основании верхней насосной секции затрудняет при монтаже модульных секций на устье скважины визуальный контроль совмещения стопора на основании с пазами корпуса подвижного устройства, так как накидная гайка закрывает их от обзора. The disadvantage of this pump installation is its low reliability when operating in directional wells, when the pump unit is placed in the well in the place of its suspension with a bend at angular displacement of the module section housings, the curved ends of the module shafts connected by a rigid spline coupling during their rotation are subjected to cyclic bending, wear of the bearings of the modules, which leads to the appearance of transverse vibrations, resonance, subsequent fracture of the shafts, sometimes to dismemberment of the modules and their fall to the bottom of the well. In addition, the additional number of parts and elements introduced into the housing of the mobile device, in particular the flange, holes, grooves for the sealing element, the sealing element, complicates the design, reduces the reliability and durability of the entire installation. The placement of a union nut and a spherical segment on the sleeve-base of the upper pump section makes it difficult to install the modular sections at the wellhead to visually control the alignment of the stopper on the base with the slots of the housing of the mobile device, since the union nut closes them from view.

Технической задачей является повышение надежности и долговечности погружного оборудования установок при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах: при проведении спуско-подъемных операций - путем уменьшения изгибающих напряжений в соединениях НКТ (в аналогах насосно-компрессорные трубы соединены между собой резьбовой муфтой, далее по тесту - соединения "НКТ - муфта - НКТ") и модульных секциях насосного агрегата при прохождении участков ствола скважины с большим темпом набора кривизны за счет повышения запаса прочности резьбовых соединений НКТ и за счет использования подвижных соединений, например шарнирных, модульных секций агрегата; при эксплуатации насосного агрегата путем вписывания без изгиба в ствол скважины в интервале подвески не всего насосного агрегата, а в 2-5 раз более коротких модульных секций, соединенных между собой подвижным соединением, например шарнирным. The technical task is to increase the reliability and durability of the submersible equipment of plants during operation in directional and deviated wells: during tripping operations - by reducing bending stresses in the tubing joints (in analogs, tubing pipes are connected by a threaded sleeve, then according to the test - "tubing - coupling - tubing" connections) and the modular sections of the pumping unit when passing sections of the wellbore with a high rate of set of curvature by increasing the supply firmly the threaded connections of the tubing and due to the use of movable joints, for example, articulated, modular sections of the unit; during operation of the pumping unit by fitting without bending into the wellbore in the suspension interval, not only the entire pumping unit, but 2-5 times shorter modular sections interconnected by a movable joint, for example a swivel.

Поставленная задача решается тем, что в установке погружных центробежных насосов, содержащей насосный агрегат в виде модульных секций, соединенных между собой подвижным устройством, выполненным в виде втулки-основания, с одного конца соединенной резьбой с корпусом одной модульной секции насосного агрегата, а со второго - со сферическим сегментом с упругим уплотнительным элементом и со стопором посредством резьбового соединения, накидной гайки с резьбой, соединяющей втулку-основание с другой модульной секцией, в которых валы модульных секций соединены между собой муфтами, обеспечивающими угловое смещение валов, согласно изобретению насосный агрегат спущен в скважину на НКТ, соединенных резьбовыми муфтами, сферический сегмент с упругим уплотнительным элементами и со стопором подвижного устройства выполнен на головке, ввинченной в корпус одной модульной секции, соединен с основанием, ввинченным в корпус другой модульной секции, и скреплен посредством резьбы накидной гайкой, снабженной стопором от самоотвинчивания, валы модульных секций соединены гибкой муфтой, обеспечивающей угловое смещение валов. The problem is solved in that in the installation of submersible centrifugal pumps containing a pump unit in the form of modular sections, interconnected by a movable device made in the form of a base sleeve, at one end connected by a thread to the housing of one modular section of the pump unit, and from the second - with a spherical segment with an elastic sealing element and with a stopper by means of a threaded connection, a union nut with a thread connecting the base sleeve to another modular section, in which the shafts are modular of the projections are interconnected by couplings providing an angular displacement of the shafts, according to the invention, the pump unit is lowered into the well on the tubing, connected by threaded couplings, a spherical segment with elastic sealing elements and a stopper of the movable device is made on a head screwed into the housing of one modular section, connected to the base screwed into the housing of another modular section and fastened by thread with a union nut provided with a self-unscrewing stop, the shafts of the modular sections are connected by a flexible coupling, ensuring Flowing angular displacement of the shafts.

Гибкая муфта может быть выполнена из двух шлицевых полумуфт, соединенных между собой канатами из высокопрочной проволоки, размещенными в продольных отверстиях шлицевых полумуфт, обжатыми по наружным поверхностям шлицевых полумуфт обкаткой, или концы которых в виде расплетенных проволок каната размещены в конусных отверстиях, выполненных в каждой шлицевой полумуфте, и залиты расплавленным свинцом или припоем. The flexible coupling can be made of two slotted half-couplings, interconnected by ropes of high-strength wire, placed in the longitudinal holes of the slotted half-couplings, crimped on the outer surfaces of the splined half-couplings by run, or the ends of which are in the form of braided wire ropes placed in conical holes made in each slotted coupling half, and filled with molten lead or solder.

Причем на соединения "НКТ - муфта - НКТ" установлены муфты усиления, состоящие из корпуса и двух крышек, шарнирно соединенных и скрепленных между собой винтами с усиками, при этом шейки корпуса и крышек выполнены таким образом, что плотно охватывают каждую НКТ. Moreover, reinforcement couplings are installed on the "tubing - coupling - tubing" joints, consisting of a body and two covers pivotally connected and fastened together by screws with antennae, while the necks of the body and covers are made in such a way that they tightly cover each tubing.

Предлагаемая установка погружных центробежных насосов поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено подвижное устройство модульных секций насосного агрегата, осевой разрез; на фиг.2 - гибкая муфта, осевой разрез; на фиг.3 - гибкая муфта, общий вид; на фиг.4 - муфта усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ", общий вид; на фиг 5 - разрез А-А фиг.4. The proposed installation of submersible centrifugal pumps is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a movable device of modular sections of a pumping unit, axial section; figure 2 - flexible coupling, axial section; figure 3 - flexible coupling, General view; figure 4 - coupling reinforcement of the connection "tubing - coupling - tubing", General view; Fig.5 is a section aa of Fig.4.

Установка погружных центробежных насосов состоит из погружного электродвигателя (не показано), гидрозащиты (не показано), глубинного насоса, состоящего из модульных секций 1 и 2, собранных между собой посредством подвижного устройства 3, модуль-головки (не показано), с одной стороны соединенной с головкой 4 модульной секцией 2 посредством шарового соединения, аналогичного шаровому соединению подвижного устройства 3, с другой стороны - с первой НКТ 5 на резьбе, кабельной линии 6, НКТ 5 и 7, резьбовой муфты 8, муфты 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ", совмещенной с протектором защиты кабельной линии 6 от повреждения, и наземного оборудования (не показано). Installation of submersible centrifugal pumps consists of a submersible motor (not shown), hydraulic protection (not shown), a deep pump, consisting of modular sections 1 and 2, assembled together by means of a movable device 3, a module head (not shown), connected on one side with the head 4 of the modular section 2 by means of a ball connection similar to the ball connection of the mobile device 3, on the other hand, from the first tubing 5 on the thread, cable line 6, tubing 5 and 7, the threaded sleeve 8, the coupling sleeve 9 of the connection "tubing - coupling -Tubing ", combined with the tread protector of the cable line 6 from damage, and ground equipment (not shown).

Подвижное устройство 3 состоит из головки 4 модульной секции 1 насосного агрегата, сферического сегмента 10, стопора 11, упругого уплотнительного элемента 12, втулки-основания 13 модульной секции 2 насосного агрегата, накидной гайки 14, снабженной стопором от самоотвинчивания 15, валов 16 модульных секций 1 и 2 насосного агрегата, гибкой муфты 17 и стопорного кольца 18. The movable device 3 consists of a head 4 of the modular section 1 of the pump unit, a spherical segment 10, a stopper 11, an elastic sealing element 12, a base sleeve 13 of the modular section 2 of the pump unit, a union nut 14 provided with a stopper for self-unscrewing 15, shafts 16 of the modular sections 1 and 2 pump units, a flexible coupling 17 and a lock ring 18.

Гибкая муфта 17 состоит из шлицевых полумуфт 19 и 20, канатов 21. Flexible coupling 17 consists of spline coupling halves 19 and 20, ropes 21.

Муфта 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ" состоит из корпуса 22, крышек 23, осей 24 и винтов 25 с усиками 26. The coupling 9 reinforcing the connection "tubing - coupling - tubing" consists of a housing 22, covers 23, axles 24 and screws 25 with antennae 26.

Установка погружных центробежных насосов работает следующим образом. Installation of submersible centrifugal pumps works as follows.

Насосный агрегат с модульными секциями 1 и 2, скрепленными между собой подвижным устройством 3 и шаровым соединением, аналогичным шаровому соединению подвижного устройства 3 первой НКТ с модуль головкой, кабельной линией 6 спускают в скважину до места его подвески на насосно-компрессорных трубах 5 и 7, соединенных резьбовыми муфтами 8. На соединения "НКТ - муфта - НКТ" установлены муфты 9 усиления, корпус 22 и крышки 23 которых стянуты до плотного прилегания к каждой НКТ 5 и 7 винтами 25 с усиками 26 с последующим отгибанием усиков 26. A pump unit with modular sections 1 and 2, fastened together by a movable device 3 and a ball connection, similar to the ball connection of the movable device 3 of the first tubing with the head module, cable line 6 is lowered into the well to the point of its suspension on the tubing 5 and 7, connected by threaded couplings 8. On the "tubing - coupling - tubing" joints, reinforcement couplings 9 are installed, the housing 22 and covers 23 of which are tightened to fit snugly to each tubing 5 and 7 with screws 25 with antennae 26, followed by bending of antennae 26.

При прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны при проведении спуско-подъемных операций погружной электродвигатель (не показано), гидрозащита (не показано), модульные секции 1 и 2 и модуль-головка (не показано) насосного агрегата поворачиваются в подвижных устройствах 3 и шаровом соединении, аналогичном шаровому соединению подвижного устройства 3, следуя профилю скважины, одновременно поворачиваются концы валов 16 со шлицевыми полумуфтами 19 и 20 с последующим изгибом канатов 21, при этом перемещение шлицевой полумуфты 19 на валу 16 модульной секции 1 насосного агрегата ограничивается стопорным кольцом 18. When passing sections of a well with a high rate of set of curvature during the round-trip operations, a submersible motor (not shown), hydraulic protection (not shown), modular sections 1 and 2 and the module head (not shown) of the pump unit are rotated in movable devices 3 and a ball a connection similar to the spherical connection of the movable device 3, following the well profile, the ends of the shafts 16 are rotated simultaneously with splined coupling halves 19 and 20, followed by bending of the ropes 21, while moving the splined coupling half 19 n and the shaft 16 of the modular section 1 of the pump unit is limited to the circlip 18.

При прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны резьбовые соединения колонны НКТ установки погружных центробежных насосов с муфтами 9 усиления соединения "НКТ - муфта - НКТ" воспринимают значительную часть изгибающих нагрузок и разгружают соединения "НКТ - муфта - НКТ", увеличивая тем самым их запас прочности. Плотное прилегание корпуса 22 и крышек 23 к НКТ 5 и 7 за счет отгиба усиков 26 винтов 25 обеспечивают жесткость соединения, препятствуют вхождению соединения "НКТ - муфта - НКТ" в резонанс и самоотвинчиванию винтов 25 с усиками 26 под действием вибрации, возникающей при работе насосного агрегата. When passing sections of a well with a high rate of set of curvature, the threaded connections of the tubing string of the installation of submersible centrifugal pumps with couplings 9 for reinforcing the tubing - coupling - tubing connections absorb a significant part of the bending loads and unload the tubing - coupling - tubing connections, thereby increasing their supply durability. The tight fit of the housing 22 and the covers 23 to the tubing 5 and 7 due to the bending of the antennae 26 of the screws 25 provide rigidity of the connection, prevent the connection of the tubing-coupling-tubing into resonance and self-loosening of the screws 25 with the antennae 26 under the influence of vibration that occurs when the pump unit.

В месте подвески насосного агрегата погружной электродвигатель (не показано), гидрозащита (не показано), модульные секции 1 и 2 насосного агрегата и модуль-головка (не показано) в изогнутой части скважины поворачиваются в подвижном устройстве 3 и шаровом соединении, аналогичном шаровому соединению подвижного устройства 3, следуя профилю скважины, размещаются в скважине без изгиба, после чего установка погружных центробежных насосов готова к запуску и выводу на режим эксплуатации. In the place of suspension of the pump unit, a submersible motor (not shown), hydraulic protection (not shown), modular sections 1 and 2 of the pump unit and the head module (not shown) in the curved part of the well are rotated in the movable device 3 and the ball joint, similar to the ball joint of the movable devices 3, following the profile of the well, are placed in the well without bending, after which the installation of submersible centrifugal pumps is ready to start and put into operation.

Упругий уплотнительный элемент 12 обеспечивает герметичность подвижного устройства 3 и шарового соединения, аналогичного шаровому соединению подвижного устройства 3, модульных секций насосного агрегата, в т.ч. модульных секций 1 и 2, а стопор 11 предотвращает осевой поворот модульных секций насосного агрегата, в т.ч. модульных секций 1 и 2, относительно друг друга от реактивного момента погружного электродвигателя (не показано). The elastic sealing element 12 ensures the tightness of the movable device 3 and the ball connection, similar to the ball connection of the mobile device 3, modular sections of the pump unit, including modular sections 1 and 2, and the stopper 11 prevents axial rotation of the modular sections of the pumping unit, including modular sections 1 and 2, relative to each other from the reactive moment of the submersible motor (not shown).

Изобретение позволяет при прохождении участков скважины с большим темпом набора кривизны уменьшить воздействие изгибающих сил на насосный агрегат, увеличить запас прочности соединений "НКТ - муфта - НКТ" колонны труб установки погружных центробежных насосов, в месте подвески насосного агрегата - разместить его модульные секции, соединенные шарнирно, в скважине без изгиба, в целом обеспечить надежную работу и увеличить наработку до отказа установок погружных центробежных насосов при эксплуатации в наклонно-направленных и искривленных скважинах. The invention allows for the passage of sections of the well with a high rate of set of curvature to reduce the effect of bending forces on the pump unit, to increase the safety margin of the tubing-coupling-tubing joints of the pipe string of the submersible centrifugal pumps, to place its modular sections in the place of suspension of the pumping unit , in a well without bending, in general, ensure reliable operation and increase the operating time to failure of submersible centrifugal pump installations during operation in directional and curved well.

Claims

1. Submersible centrifugal pumping unit containing a pumping unit in the form of modular sections, interconnected by a movable device made in the form of a sleeve-base, at one end connected by a thread to the housing of one modular section of the pumping unit, and from the second to a spherical segment with elastic a sealing element and with a stopper by means of a threaded connection, a union nut with a thread connecting the base sleeve to another modular section, in which the shafts of the modular sections are connected by couplings, providing angular displacement of the shafts, characterized in that the pump unit is lowered into the well on tubing connected by threaded couplings, a spherical segment with an elastic sealing element and with a stopper of the movable device is made on a head screwed into the housing of one modular section, connected with a base screwed into the housing of another modular section and fastened by thread with a union nut equipped with a self-unscrewing stop.

2. The installation according to claim 1, characterized in that the flexible coupling is made of two slotted coupling halves interconnected by ropes of high strength wire placed in the longitudinal holes of the slotted coupling, and the ends of the braided wire of the rope are placed in conical holes made in each slotted coupling , and filled with molten lead or solder.

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the spline coupling halves are interconnected by ropes of high-strength wire, placed in the longitudinal holes of the spline coupling halves and crimped on the outer surfaces of the spline coupling half by rolling.

4. The installation according to claim 1, characterized in that on the connection “tubing - coupling - tubing” mounted amplification couplings, consisting of a housing and two covers, articulated and fastened together by screws with antennae, while the necks of the housing and covers are made such in a way that tightly covers each tubing.