RU2516753C1 - Submersible pump for viscous fluid pumping - Google Patents

Submersible pump for viscous fluid pumping Download PDF

Info

Publication number
RU2516753C1
RU2516753C1 RU2012142383/06A RU2012142383A RU2516753C1 RU 2516753 C1 RU2516753 C1 RU 2516753C1 RU 2012142383/06 A RU2012142383/06 A RU 2012142383/06A RU 2012142383 A RU2012142383 A RU 2012142383A RU 2516753 C1 RU2516753 C1 RU 2516753C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impeller
blades
channel
angle
guide apparatus
Prior art date
Application number
RU2012142383/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012142383A (en
Inventor
Самир Джамалевич Абархи
Сергей Николаевич Пещеренко
Марина Петровна Пещеренко
Александр Исаакович Рабинович
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority to RU2012142383/06A priority Critical patent/RU2516753C1/en
Publication of RU2012142383A publication Critical patent/RU2012142383A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516753C1 publication Critical patent/RU2516753C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: pump contains a variety of in-series pumping steps inside the case. An impeller of each step is axial and made as a barrel with spiral blades. The angle between a line tangent to structural line of blades and the plane perpendicular to the rotation axis is permanent or increasing monotonously from the input to output. Initial value of this angle being the entrance blade angle decreases monotonously from the barrel towards peripherals. Guide vanes of each step are made with a double curvature and the direction of twist opposite to the twist direction of the impeller blades. The ratio of radial width of the flowing channel in the impeller and the guide vanes towards the external radius of the channel lies in the range from 0.2 up to 0.6.
EFFECT: pumping of fluids with large range of viscosity without head loss.
2 cl, 6 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к нефтяному машиностроению, в частности к многоступенчатым скважинным насосам для откачки пластовой жидкости высокой вязкости.The present invention relates to petroleum engineering, in particular to multi-stage well pumps for pumping high-viscosity formation fluid.

Известен многоступенчатый погружной насос для перекачки нефти, состоящий из ступеней центробежного типа, содержащих рабочие колеса и направляющие аппараты, последовательно расположенные на общем валу, заключенные в корпус и снабженные концевыми элементами (см., например, Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструирование). М.: Недра, 1968, С.21).Known multi-stage submersible pump for pumping oil, consisting of centrifugal type steps containing impellers and guide vanes, sequentially located on a common shaft, enclosed in a housing and equipped with end elements (see, for example, A. A. Bogdanov. Submersible centrifugal electric pumps for production oil (calculation and design), Moscow: Nedra, 1968, p.21).

Недостатком данного насоса является существенное снижение развиваемого напора и КПД при повышении вязкости перекачиваемой жидкости, что приводит к вынужденному увеличению числа насосных ступеней, т.е. удорожанию установки в целом, а также к завышенным затратам мощности в процессе эксплуатации.The disadvantage of this pump is a significant decrease in the developed head and efficiency with an increase in the viscosity of the pumped liquid, which leads to a forced increase in the number of pump stages, i.e. rise in the cost of the installation as a whole, as well as to overstated power costs during operation.

Наиболее близким к заявляемому является скважинный погружной насос для перекачки вязкой жидкости с твердыми включениями (такими, как водоросли, кусочки древесины, обломки металла, пластика, галька, частицы твердых нефтепродуктов), состоящий из одной ступени и применяемый при сборе разливов нефти из поврежденных нефтяных танкеров (патент US №5385447А, F04D 3/00, заявл. 26.03.1993, опубл. 31.01.1995). Насос включает в себя входной канал, спрофилированный по типу трубки Вентури для того, чтобы уменьшить кавитацию и рост вязкого погранслоя в этой области, рабочее колесо диагонального типа, установленное в расширении входного канала, осевой направляющий аппарат, расположенный непосредственно после рабочего колеса, и электродвигатель, вращающий рабочее колесо. Для сохранения необходимого уровня напора внешний диаметр насоса выполнен большим (12.5 дюймов). Конфигурация входного канала и проточных каналов рабочего колеса обусловлена требованием к необходимому кавитационному запасу описанного насоса, работающего в условиях низких входных давлений.Closest to the claimed is a well submersible pump for pumping viscous liquids with solid inclusions (such as algae, pieces of wood, fragments of metal, plastic, pebbles, particles of solid oil products), consisting of one stage and used in the collection of oil spills from damaged oil tankers (US patent No. 5385447A, F04D 3/00, declared. 26.03.1993, publ. 31.01.1995). The pump includes an inlet channel shaped like a venturi in order to reduce cavitation and the growth of a viscous boundary layer in this area, a diagonal impeller installed in the expansion of the inlet channel, an axial guide device located immediately after the impeller, and an electric motor, rotating impeller. To maintain the required pressure level, the outer diameter of the pump is large (12.5 inches). The configuration of the input channel and the flow channels of the impeller is due to the requirement for the required cavitation reserve of the described pump operating at low inlet pressures.

Однако для перекачки вязкой нефти из нефтяных скважин, когда входное давление составляет порядка 30-50 атм, это требование становится несущественным, поэтому конструкция ступени, состоящей из рабочего колеса диагонального типа и направляющего аппарата осевого типа, не будет эффективно работать в скважинных условиях. Основным недостатком описанного изобретения является значительное падение напора насоса при повышении вязкости перекачиваемой жидкости, характерное для ступеней центробежного и диагонального типов. Кроме того, большие размеры насоса не позволяют использовать его в скважинах с ограниченным диаметром обсадной колонны.However, for pumping viscous oil from oil wells, when the inlet pressure is about 30-50 atm, this requirement becomes insignificant, therefore the design of the stage, consisting of a diagonal impeller and an axial type guide apparatus, will not work effectively in downhole conditions. The main disadvantage of the described invention is a significant drop in the pump head with increasing viscosity of the pumped liquid, typical for centrifugal and diagonal stages. In addition, the large size of the pump does not allow its use in wells with a limited diameter of the casing.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания скважинного погружного насоса для добычи вязкой жидкости, сохраняющего напор в широком диапазоне вязкостей.The basis of the present invention is the task of creating a borehole submersible pump for the production of a viscous fluid that retains pressure in a wide range of viscosities.

Для достижения указанного технического результата скважинный погружной насос для перекачки вязкой нефти, содержащий насосную ступень, состоящую из осевого направляющего аппарата и рабочего колеса, согласно изобретению выполнен из множества ступеней, последовательно расположенных на общем валу и помещенных в общий корпус, а рабочее колесо выполнено осевым в виде втулки со спиральными лопастями.To achieve the technical result, a well submersible pump for pumping viscous oil, comprising a pump stage consisting of an axial guide apparatus and an impeller, according to the invention, is made of a plurality of steps sequentially located on a common shaft and placed in a common housing, and the impeller is axially form of a sleeve with spiral blades.

В меридианном сечении проточный канал рабочего колеса выполнен конфузорным, а направляющего аппарата - диффузорным, при этом отношение площади проточного кольцевого канала рабочего колеса на входе (Sвх) к площади проточного кольцевого канала на выходе (Sвых), а для направляющего аппарата - обратное отношение Sвых/Sвх лежит в интервале от 1.0 до 1.5.In the meridian section, the flow channel of the impeller is made confuser, and the guide vane is diffuser, while the ratio of the area of the flow annular channel of the impeller at the inlet (S in ) to the area of the flow annular channel at the outlet (S out ), and for the guide vane, the inverse ratio S o / S in lies in the range from 1.0 to 1.5.

Кроме того, в рабочем колесе и направляющем аппарате отношение радиальной ширины проточного кольцевого канала к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6.In addition, in the impeller and guide vane, the ratio of the radial width of the flowing annular channel to the outer radius of the channel lies in the range from 0.2 to 0.6.

В любом из сечений проточного канала цилиндрической поверхностью, коаксиальной оси вращения, угол между касательной к скелетной линии лопасти рабочего колеса и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, может быть выполнен постоянным либо монотонно увеличивающимся от входа к выходу, начальное значение этого угла, являющееся входным углом лопасти, - монотонно уменьшающимся от втулки к периферии. Лопасти в направляющем аппарате могут иметь двойную кривизну и направление закрутки, противоположное направлению закрутки лопастей рабочего колеса.In any section of the flow channel with a cylindrical surface, coaxial to the axis of rotation, the angle between the tangent to the skeletal line of the impeller blade and the plane perpendicular to the axis of rotation can be made constant or monotonically increasing from entrance to exit, the initial value of this angle, which is the input angle of the blade , - monotonously decreasing from the sleeve to the periphery. The blades in the guide vane may have double curvature and a swirl direction opposite to the swirl direction of the impeller blades.

Сущность заявляемого погружного насоса для перекачки вязких жидкостей поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема насоса; на фиг.2 - рабочее колесо в аксонометрии; на фиг.3 - направляющий аппарат в аксонометрии.The essence of the inventive submersible pump for pumping viscous liquids is illustrated by drawings, where figure 1 presents a General diagram of the pump; figure 2 - the impeller in a perspective view; figure 3 is a guide apparatus in a perspective view.

Погружной насос для перекачки вязкой жидкости содержит множество ступеней 1, последовательно размещенных в корпусе 2, каждая из которых состоит из установленных неподвижно осевых направляющих аппаратов 3 и рабочих колес осевого типа 4, установленных с возможностью вращения на общем валу 5 (фиг.1). Рабочее колесо 4 содержит втулку 6, на боковой поверхности которой на равном расстоянии друг от друга установлены спиральные лопасти 7 (фиг.2). Отношение радиальной ширины проточного канала к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6, в меридианном сечении канал рабочего колеса 4 выполнен конфузорным таким образом, чтобы отношение площади проточного кольцевого канала на входе 8 в рабочее колесо 4 к площади проточного кольцевого канала на выходе 9 из рабочего колеса 4 S в х Р К / S в ы х Р К

Figure 00000001
лежало в интервале от 1.0 до 1.5. Угол β между касательной к скелетной линии лопасти 7 и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, монотонно увеличивается от входа 8 к выходу 9. Начальное значение угла β, являющееся входным углом лопасти, монотонно уменьшается от втулки 6 к периферии. В некоторых вариантах исполнения угол β может быть одинаков по всей длине лопасти 7.Submersible pump for pumping viscous liquid contains many stages 1, sequentially placed in the housing 2, each of which consists of fixed axially mounted guide rails 3 and impellers of axial type 4 mounted for rotation on a common shaft 5 (figure 1). The impeller 4 contains a sleeve 6, on the lateral surface of which at an equal distance from each other, spiral blades 7 are installed (figure 2). The ratio of the radial width of the flow channel to the outer radius of the channel lies in the range from 0.2 to 0.6, in the meridian section the channel of the impeller 4 is made confuser so that the ratio of the area of the flow annular channel at the entrance 8 to the impeller 4 to the area of the flow ring channel at the exit 9 from the impeller 4 S at x R TO / S at s x R TO
Figure 00000001
lay in the range from 1.0 to 1.5. The angle β between the tangent to the skeletal line of the blade 7 and the plane perpendicular to the axis of rotation monotonously increases from input 8 to output 9. The initial value of the angle β, which is the input angle of the blade, decreases monotonically from the sleeve 6 to the periphery. In some embodiments, the angle β may be the same along the entire length of the blade 7.

Осевой направляющий аппарат 3 (фиг.3) имеет втулку 10 с лопастями 11, размещенными на ее боковой поверхности. Лопасти 11 могут быть выполнены двойной кривизны и имеют направление закрутки, противоположное направлению закрутки лопастей 7 рабочего колеса 4. В меридианном сечении проточный канал направляющего аппарата 3 выполнен диффузорным, причем отношение площади проточного канала на выходе 12 из направляющего аппарата 3 к площади проточного канала на его входе 13 S в ы х Н А / S в х Н А

Figure 00000002
лежит в интервале от 1.0 до 1.5. Такие параметры рабочего колеса 4 и направляющего аппарата 3 минимизируют вероятность отрывных и вихревых течений в проточных каналах ступени в целом, а значит способствуют сохранению напора и КПД насоса. Скважинный погружной насос работает следующим образом. Перекачиваемая вязкая жидкость поступает в проточные каналы рабочего колеса 4, приводимого в движение валом 5, ,и обтекая лопасти 7, приобретает кинетическую энергию, которая преобразуется в потенциальную энергию напора, при переходе жидкости в направляющий аппарат 3, с выхода 12 которого поток жидкости далее попадает в рабочее колесо 4 следующей ступени 1.The axial guide apparatus 3 (Fig. 3) has a sleeve 10 with blades 11 placed on its side surface. The blades 11 can be made of double curvature and have a swirl direction opposite to the swirl direction of the blades 7 of the impeller 4. In the meridian section, the flow channel of the guide apparatus 3 is made diffuser, and the ratio of the area of the flow channel at the outlet 12 of the guide apparatus 3 to the area of the flow channel on it inlet 13 S at s x N BUT / S at x N BUT
Figure 00000002
lies in the range from 1.0 to 1.5. Such parameters of the impeller 4 and the guiding apparatus 3 minimize the likelihood of separated and eddy flows in the flow channels of the stage as a whole, and therefore contribute to the preservation of the pressure and efficiency of the pump. Well submersible pump operates as follows. The pumped viscous liquid enters the flow channels of the impeller 4, driven by the shaft 5, and flowing around the blades 7, acquires kinetic energy, which is converted into potential energy of the head, when the liquid passes into the guide apparatus 3, from the output of which 12 the liquid flow then enters into the impeller 4 of the next stage 1.

На фиг.4, 5, 6 приведены результаты стендовых испытаний заявляемого насоса и насосов-аналогов при повышении вязкости перекачиваемой жидкости. На фиг.4 показаны напорно-расходные характеристики ступени заявляемого насоса осевого типа, полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-300 сСт, 2-200 сСт, 3-100 сСт 4-1 сСт.; на фиг.5 - показаны напорно-расходные характеристики ступени насоса диагонального типа (прототипа), полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-300 сСт, 2-60 сСт, 3-40 сСт, 4-1 сСт; на фиг.6 - напорно-расходные характеристики ступени насоса центробежного типа, полученные для жидкостей с разными вязкостями: 1-450 сСт, 2-220 сСт, 3-55 сСт, 4-40 сСт, 5-1 сСт.Figure 4, 5, 6 shows the results of bench tests of the inventive pump and analog pumps with increasing viscosity of the pumped liquid. Figure 4 shows the pressure-flow characteristics of the stage of the inventive axial type pump obtained for liquids with different viscosities: 1-300 cSt, 2-200 cSt, 3-100 cSt 4-1 cSt .; figure 5 - shows the discharge characteristics of the pump stage of the diagonal type (prototype) obtained for liquids with different viscosities: 1-300 cSt, 2-60 cSt, 3-40 cSt, 4-1 cSt; figure 6 - pressure-flow characteristics of the centrifugal pump stage obtained for liquids with different viscosities: 1-450 cSt, 2-220 cSt, 3-55 cSt, 4-40 cSt, 5-1 cSt.

Из рисунков видно, что заявляемые осевые ступени сохраняют значение напора в широком диапазоне вязкостей, в то время как диагональные и центробежные ступени с увеличением вязкости жидкости значительно теряют в напоре.From the figures it can be seen that the inventive axial stages retain the pressure value in a wide range of viscosities, while diagonal and centrifugal stages significantly decrease in pressure with an increase in the viscosity of the liquid.

Таким образом, заявляемая конструкция по сравнению с аналогами позволяет эффективно перекачивать жидкости в широком диапазоне вязкостей без потери напора.Thus, the claimed design in comparison with analogues can effectively pump liquids in a wide range of viscosities without loss of pressure.

Claims (2)

1. Скважинный погружной насос для перекачки вязкой нефти, содержащий насосную ступень, состоящую из осевого направляющего аппарата и рабочего колеса, отличающийся тем, что насос состоит из множества ступеней, последовательно расположенных на общем валу и помещенных в общий корпус, рабочее колесо выполнено осевым в виде втулки со спиральными лопастями, угол между касательной к скелетной линии которых и плоскостью, перпендикулярной оси вращения, выполнен постоянным либо монотонно увеличивающимся от входа к выходу, начальное значение этого угла, являющееся входным углом лопасти, - монотонно уменьшающимся от втулки к периферии, при этом лопасти направляющего аппарата изготовлены с двойной кривизной и направлением закрутки, противоположным направлению закрутки лопастей рабочего колеса, а отношение радиальной ширины проточного канала в рабочем колесе и направляющем аппарате к наружному радиусу канала лежит в интервале от 0.2 до 0.6.1. A downhole submersible pump for pumping viscous oil, comprising a pumping stage consisting of an axial guide apparatus and an impeller, characterized in that the pump consists of a plurality of stages sequentially located on a common shaft and placed in a common housing, the impeller is made axial in the form bushings with spiral blades, the angle between the tangent to the skeletal line of which and the plane perpendicular to the axis of rotation, is made constant or monotonically increasing from input to output, the initial value is about the angle, which is the input angle of the blade, monotonously decreasing from the sleeve to the periphery, while the blades of the guide apparatus are made with double curvature and the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the blades of the impeller, and the ratio of the radial width of the flow channel in the impeller and guide apparatus to the outer the radius of the channel lies in the range from 0.2 to 0.6. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что в меридианном сечении проточный канал рабочего колеса выполнен конфузорным, а направляющего аппарата - диффузорным, при этом отношение площади проточного кольцевого канала рабочего колеса на входе к площади проточного кольцевого канала на выходе S в х Р К
Figure 00000003
/S в ы х Р К
Figure 00000004
и отношение площади проточного канала направляющего аппарата на выходе к площади проточного канала на входе S в ы х Н А
Figure 00000005
/ S в х Н А
Figure 00000006
не превышает 1.5.
2. The pump according to claim 1, characterized in that in the meridian section the flow channel of the impeller is made confuser and the guide apparatus is diffuser, while the ratio of the area of the flow annular channel of the impeller at the entrance to the area of the flow annular channel at the output S at x R TO
Figure 00000003
/ S at s x R TO
Figure 00000004
and the ratio of the area of the flow channel of the guide apparatus at the outlet to the area of the flow channel at the inlet S at s x N BUT
Figure 00000005
/ S at x N BUT
Figure 00000006
does not exceed 1.5.
RU2012142383/06A 2012-10-04 2012-10-04 Submersible pump for viscous fluid pumping RU2516753C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142383/06A RU2516753C1 (en) 2012-10-04 2012-10-04 Submersible pump for viscous fluid pumping

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142383/06A RU2516753C1 (en) 2012-10-04 2012-10-04 Submersible pump for viscous fluid pumping

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012142383A RU2012142383A (en) 2014-04-10
RU2516753C1 true RU2516753C1 (en) 2014-05-20

Family

ID=50435926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142383/06A RU2516753C1 (en) 2012-10-04 2012-10-04 Submersible pump for viscous fluid pumping

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516753C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786546C1 (en) * 2022-01-10 2022-12-22 Акционерное общество "Новомет-Пермь" Topping gas stabilizing device (variants)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB211848A (en) * 1923-02-24 1924-05-29 Sulzer Ag Improvements in or relating to multistage axial flow pumps
US4280793A (en) * 1978-02-23 1981-07-28 Mono Pumps Limited Bore hole pumps
SU1483096A1 (en) * 1987-06-17 1989-05-30 Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Multistage blower
RU2244164C1 (en) * 2002-06-27 2005-01-10 Анатолий Александрович Евтушенко Multistage submerged axial pump
RU2368812C1 (en) * 2008-03-03 2009-09-27 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Deep-well multiphase pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB211848A (en) * 1923-02-24 1924-05-29 Sulzer Ag Improvements in or relating to multistage axial flow pumps
US4280793A (en) * 1978-02-23 1981-07-28 Mono Pumps Limited Bore hole pumps
SU1483096A1 (en) * 1987-06-17 1989-05-30 Туркменский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Multistage blower
RU2244164C1 (en) * 2002-06-27 2005-01-10 Анатолий Александрович Евтушенко Multistage submerged axial pump
RU2368812C1 (en) * 2008-03-03 2009-09-27 Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" Deep-well multiphase pump

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786546C1 (en) * 2022-01-10 2022-12-22 Акционерное общество "Новомет-Пермь" Topping gas stabilizing device (variants)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012142383A (en) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9624930B2 (en) Multiphase pumping system
CA2557098C (en) Two phase flow conditioner for pumping gassy well fluid
RU2409767C2 (en) Procedure for double-phase well fluid pumping out and device for its implementation (versions)
CA2419458C (en) Electric submersible pump with specialized geometry for pumping viscous crude oil
RU2591754C2 (en) Blade profile diffuser with local bulge
US6406277B1 (en) Centrifugal pump with inducer intake
US9133849B2 (en) Impeller vane with leading edge enhancement
US9046090B2 (en) High efficiency impeller
CA2863373A1 (en) Submersible disk-type pump for viscous and solids-laden fluids having helical inducer
RU2244164C1 (en) Multistage submerged axial pump
RU2368812C1 (en) Deep-well multiphase pump
RU2516753C1 (en) Submersible pump for viscous fluid pumping
RU2428588C1 (en) Submerged multi-phase pump
RU170839U1 (en) ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP STEP
RU2122653C1 (en) Submersible electric pumping unit
RU113794U1 (en) SCREW CENTRIFUGAL PUMP
RU2586801C1 (en) Submersible multi-phase pump blade
RU2750079C1 (en) Pump-compressor for oil production with high free gas content at pump intake
RU68613U1 (en) SUBMERSIBLE PUMP LEVEL OPERATING WHEEL GUIDING DEVICE FOR SUBMERSIBLE PUMP STEPS AND SUBMERSIBLE PUMP STEPS
RU2789141C1 (en) Method for pumping a gas-liquid mixture and multiphase stage for implementation thereof
RU2622578C1 (en) Multiphase step of submersible multiple centrifugal pump
RU2442909C2 (en) Multi-stage high-speed immersed impeller pump
RU2099602C1 (en) Multistage pump
RU119823U1 (en) MULTI-STAGE CENTRIFUGAL PUMP
CA2363620C (en) Centrifugal pump with inducer intake