RU73042U1

RU73042U1 - OPERATING WHEEL OF DISPERSING STEP OF SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMP FOR OIL PRODUCTION

Info

Publication number: RU73042U1
Application number: RU2007143581/22U
Authority: RU
Inventors: Артем Савельевич Говберг; Владимир Витальевич Герасимов
Original assignee: "Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно)"
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2008-05-10

Abstract

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъма пластовой жидкости из сважин с повышенным содержанием попутного газа. Рабочее колесо диспергирующей ступени состоит из нижнего диска, верхнего диска с отверстиями, и лопастей, которые размещены между дисками и формируют проточные полости рабочего колеса. Каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала. Канал проходит через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяет одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса. Количество цилиндрических каналов равно или кратно числу лопастей рабочего колеса. Каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно или под углом к осевой линии рабочего колеса. При этом рабочее колесо может быть выполнено радиального или диагонального типа. 7 з.п. ф-лы., 2 ил.The utility model relates to hydraulic engineering and can be used in submersible pumping units designed to lift formation fluid from wells with a high content of associated gas. The impeller of the dispersing stage consists of a lower disk, an upper disk with holes, and blades, which are located between the disks and form the flow cavities of the impeller. Each hole on the upper impeller disk is formed with the formation of a cylindrical channel. The channel passes through the upper disk and the impeller blade and connects one of the flowing cavities of the impeller simultaneously with the region above the upper disk and with the adjacent flowing cavity of the impeller. The number of cylindrical channels is equal to or a multiple of the number of impeller blades. Each cylindrical channel is made with an axial line running parallel or at an angle to the axial line of the impeller. In this case, the impeller can be made radial or diagonal type. 7 c.p. f-ly., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к гидромашиностроению и может быть использована в погружных насосных агрегатах, предназначенных для подъма пластовой жидкости из сважин с повышенным содержанием попутного газа.The utility model relates to hydraulic engineering and can be used in submersible pumping units designed to lift formation fluid from wells with a high content of associated gas.

Присутствие попутного газа в перекачиваемой жидкости отрицательно влияет на всасывающую способность рабочего колеса ступени погружного центробежного насоса, значительно ухудшая его основные характеристики, приводящие к снижению напора, подачи и КПД. При этом работа насоса становится неустойчивой, малоэффективной и часто сопровождается срывами подачи.The presence of associated gas in the pumped liquid negatively affects the suction capacity of the impeller of the stage of a submersible centrifugal pump, significantly worsening its main characteristics, leading to a decrease in pressure, flow and efficiency. At the same time, the operation of the pump becomes unstable, ineffective and is often accompanied by supply disruptions.

Для снижения вредного влияния попутного газа на работу погружного центробежного насоса используются диспергаторы, которые путем измельчения пузырьков газа и перемешивания их с жидкостью обеспечивают создание однородной газожидкостной смеси, поступающей затем на прием рабочей ступени насоса (см., например, международный транслятор «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти» под To reduce the harmful effect of associated gas on the operation of a submersible centrifugal pump, dispersants are used that, by grinding gas bubbles and mixing them with a liquid, ensure a homogeneous gas-liquid mixture, which then arrives at the pump stage (see, for example, the international translator “Installing submersible centrifugal pumps” for oil production "under

научной редакцией акад. РАЕН В.Ю.Алекперова и акад. РИА В.Я.Кершенбаума, М., 1999 г., с.309). При этом диспергатор должен обеспечивать высокую степень дисперсности газовой фазы для того, чтобы не допустить скопления газовых пузырьков в каналах рабочего колеса насоса, превышающего величину расходного газосодержания. В противном случае потери энергии на устранение сепарационных процессов в рабочих каналах приводят к снижению напора рабочей ступени насоса.scientific editor of Acad. RANS V.Yu. Alekperova and Acad. RIA V.Ya. Kershenbaum, M., 1999, p.309). In this case, the dispersant should provide a high degree of dispersion of the gas phase in order to prevent the accumulation of gas bubbles in the channels of the impeller of the pump, exceeding the value of the gas flow rate. Otherwise, energy losses due to elimination of separation processes in the working channels lead to a decrease in the pressure of the working stage of the pump.

Известен диспергатор погружной центробежной насосной установки, в котором ведущий диск рабочего колеса диспергирующей ступени выполнен со сквозными отверстиями или отверстием в виде сквозной кольцевой проточки (см., например, описание к патенту RU №2192560 С2, F04D 13/10, от 17.01.2001). Благодоря наличию отверстий в данной канструкции диспергатора улучшается перемешивание газожидкостной смеси и снижается градиент давления в проточной части рабочего колеса.Known dispersant of a submersible centrifugal pump installation in which the driving disk of the impeller of the dispersing stage is made with through holes or an opening in the form of a through annular groove (see, for example, the description of patent RU No. 2192560 C2, F04D 13/10, from 01/17/2001) . Due to the presence of holes in this dispersant canister, mixing of the gas-liquid mixture is improved and the pressure gradient in the flow part of the impeller is reduced.

Однако изготовление рабочих колес с указанными отверстиями в ведущем диске, технологически трудно выполнимо и требует при литье рабочих колес использования специальной оснастки.However, the manufacture of impellers with the indicated holes in the drive disk is technologically difficult and requires the use of special equipment when casting the impellers.

Кроме того, выполнение сквозной кольцевой проточки на ведущем диске диспергирующего колеса приводит к тому, что колесо практически не создает напора, а его функция сводится исключительно к перемешиванию газожидкостной смеси, что снижает производительность насосной установки в целом.In addition, the implementation of a through annular groove on the drive disk of the dispersing wheel leads to the fact that the wheel practically does not create pressure, and its function is reduced exclusively to mixing the gas-liquid mixture, which reduces the performance of the pump unit as a whole.

Известно также выполнение диспергатора, который состоит из нижнего диска, верхнего диска и лопастей, размещенных между дисками с образованием проточных полостей рабочего колеса. В известном диспергаторе в верхнем диске рабочего колеса и в лопастях методом сверления выполнены отверстия (см., например, патент US 5,628,616, F04D 29/22 от 13.05.1997). При работе насоса под воздействием циркуляции жидкости и газа поступающих через отверстия в проточные каналы, создаются высокие градиенты давления и локальные вихри. В результате этого значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью.It is also known the implementation of the dispersant, which consists of a lower disk, upper disk and blades placed between the disks with the formation of flowing cavities of the impeller. Holes are made in the known dispersant in the upper disk of the impeller and in the blades by a drilling method (see, for example, US Pat. No. 5,628,616, F04D 29/22 of 05/13/1997). When the pump is operating under the influence of liquid and gas circulating through openings into the flow channels, high pressure gradients and local vortices are created. As a result, a significant portion of the gas bubbles burst and mix with the liquid.

Недостатком известной конструкции является то, что, для обеспечения более интенсивной циркуляции жидкости и газа, внутри рабочего колеса необходимо выполнять две технологические операции, одна из которых связана со сверлением отверстий на верхнем диске, а другая в лопастях колеса. Это приводит к усложнению технологического процесса и удлинению срока изготовления рабочего колеса.A disadvantage of the known design is that, to ensure a more intensive circulation of liquid and gas, two technological operations must be performed inside the impeller, one of which is associated with drilling holes on the upper disk, and the other in the blades of the wheel. This leads to a complication of the process and lengthening the manufacturing time of the impeller.

Задачей предложенного технического решения является упрощение технологического процесса и сокращение срока изготовления рабочего колеса диспергирующей ступени.The objective of the proposed technical solution is to simplify the process and reduce the manufacturing time of the impeller of the dispersing stage.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти, состоящем из нижнего диска, верхнего диска, имеющего отверстия, и лопастей, размещенных между дисками, формирующих The specified technical result is achieved due to the fact that in the impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump for oil production, consisting of a lower disk, an upper disk having holes, and blades placed between the disks forming

проточные полости рабочего колеса, согласно полезной модели, каждое отверстие на верхнем диске рабочего колеса выполнено с образованием цилиндрического канала, проходящего через верхний диск и лопасть рабочего колеса и соединяющего одну из проточных полостей рабочего колеса одновременно с областью над верхним диском и с соседней проточной полостью рабочего колеса.according to the utility model, each hole on the upper disk of the impeller is formed with the formation of a cylindrical channel passing through the upper disk and the blade of the impeller and connecting one of the flow cavities of the impeller simultaneously with the region above the upper disk and the adjacent flow cavity of the impeller wheels.

При этом цилиндрические каналы в рабочем колесе выполнены в количестве равном или кратном количеству лопастей рабочего колеса, а каждый цилиндрический канал выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса.Moreover, the cylindrical channels in the impeller are made in an amount equal to or a multiple of the number of impeller blades, and each cylindrical channel is made with an axial line running parallel to the axial line of the impeller or at an angle to the axial line of the impeller.

Причем рабочее колесо может быть использовано как радиального, так и диагонального типа.Moreover, the impeller can be used both radial and diagonal type.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса диагонального типа, а на фиг.2 представлено сечение А-А на фиг.1.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows the impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump of a diagonal type, and Fig. 2 shows a section A-A in Fig. 1.

Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти состоит из верхнего диска 1 и нижнего диска 2. Между дисками 1 и 2 размещены лапасти 3, образующие проточные полости 4 рабочего колеса. В верхнем диске 1 методом сверления выполнены отверстия 5 с образованием цилиндрического канала 6, который проходит через лопасть 3 и соединяет одну из проточных полостей 4а рабочего колеса The impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump for oil production consists of an upper disk 1 and a lower disk 2. Between the disks 1 and 2 there are blades 3 forming the flow cavities 4 of the impeller. In the upper disk 1, holes 5 are made by drilling by forming a cylindrical channel 6, which passes through the blade 3 and connects one of the flow cavities 4a of the impeller

одновременно с полостью 7 над верхним диском 1 и с соседней проточной полостью 4b (фиг.2). При этом каждый цилиндрический канал 6 может быть выполнен с осевой линией, проходящей параллельно осевой линии рабочего колеса или расположенной под углом к осевой линии рабочего колеса. Количество цилиндрических каналов 6 может соответствовать или быть кратно числу лопастей 3.simultaneously with the cavity 7 above the upper disk 1 and with the adjacent flow cavity 4b (figure 2). Moreover, each cylindrical channel 6 can be made with an axial line running parallel to the axial line of the impeller or located at an angle to the axial line of the impeller. The number of cylindrical channels 6 may correspond to or be a multiple of the number of blades 3.

В диспергирующей ступени рабочее колесо может быть использовано радиального или диагонального типа, причем диагональное рабочее колесо может быть размещено в ступени, как с верхним торцевым уплотнением, так и без него.In the dispersing stage, the impeller can be used of radial or diagonal type, and the diagonal impeller can be placed in the stage, both with the upper mechanical seal and without it.

Рабочее колесо диспергирующей ступени погружного центробежного насоса установлено на валу 9 насоса с помощью ступицы 10.The impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump is installed on the shaft 9 of the pump using the hub 10.

Работа рабочего колеса диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти осуществляется следующим образом.The work of the impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump for oil production is as follows.

При вращении вала 9 насоса жидкость вместе с газовыми включениями под воздействием вращающихся лопастей 3 перемещается в межлопастном пространстве по проточным полостям 4 рабочего колеса и приобретает скорость и давление. При этом внутри каждой проточной полости рабочего колеса, например, полости 4а, за счет разницы давлений по цилиндрическим каналам 6 осуществляется циркуляция потока жидкости и газа, поступающих одновременно из полости 7 над верхним диском 1 и из соседней проточной полости 4b рабочего колеса. Под воздействием циркулирующего потока, When the shaft 9 of the pump rotates, the liquid together with gas inclusions under the influence of the rotating blades 3 moves in the inter-blade space along the flow cavities 4 of the impeller and acquires speed and pressure. At the same time, inside each flowing cavity of the impeller, for example, cavity 4a, due to the pressure difference through the cylindrical channels 6, the flow of liquid and gas flows simultaneously from the cavity 7 above the upper disk 1 and from the adjacent flowing cavity 4b of the impeller. Under the influence of the circulating flow,

вытекающего из области с большим давлением в область с меньшим давлением, в проточной полости 4а происходит выталкивание газовых пузырьков, скопившихся у тыльной стороны лопасти 3. Одновременно циркуляция потока через канал 6 приводит к вскипанию жидкости в проточной полости 4а. В результате значительная часть пузырьков газа разрывается и перемешивается с жидкостью до квазигомогенного состояния газожидкостной смеси. При этом, выполняя каналы 6 с разными диаметрами отверстий и располагая их на разном расстоянии от осевой линии рабочего колеса и под разным углом к осевой линии рабочего колеса, можно изменять степень диспергации газа в проточной полости 4а, изменением сопротивлений потокам, поступающих из полостей 7 и 4b.flowing out of the area with high pressure to the area with lower pressure, gas bubbles are accumulated in the flowing cavity 4a, which have accumulated at the back of the blade 3. Simultaneously, the circulation of the flow through the channel 6 leads to boiling of the liquid in the flowing cavity 4a. As a result, a significant part of the gas bubbles breaks and mixes with the liquid to the quasi-homogeneous state of the gas-liquid mixture. Moreover, by performing channels 6 with different diameters of the holes and placing them at different distances from the axial line of the impeller and at different angles to the axial line of the impeller, it is possible to change the degree of dispersion of gas in the flow cavity 4a, by changing the resistance to flows coming from cavities 7 and 4b.

Таким образом, в предложенном рабочем колесе диспергирующей ступени погружного центробежного насоса для добычи нефти достигается высокая степень диспергирования газа за счет выдавливания из проточных полостей рабочего колеса нерастворенных пузырьков скопившегося газа и перемешивания их с жидкостью, что обеспечивает работу насоса без срыва подачи. При этом сокращается в два раза количество производимых сверлений, связанных с образованием канала, обеспечивающего циркуляцию потока газожидкостной смеси в рабочем колесе, что значительно упрощает и сокращает технологический процесс изготовления рабочего колеса.Thus, in the proposed impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump for oil production, a high degree of gas dispersion is achieved by squeezing out undissolved bubbles of accumulated gas from the flow cavities of the impeller and mixing them with liquid, which ensures the pump works without interruption of supply. At the same time, the number of drilling operations associated with the formation of a channel providing a circulation of the gas-liquid mixture flow in the impeller is halved, which greatly simplifies and shortens the technological process of manufacturing the impeller.

Claims

1. The impeller of the dispersing stage of a submersible centrifugal pump, consisting of a lower disk, an upper disk having holes, and blades placed between the disks and forming the flow cavities of the impeller, characterized in that each hole on the upper disk of the impeller is made with the formation of a cylindrical channel passing through the upper disk and the impeller blade and connecting one of the flowing cavities of the impeller simultaneously with the region above the upper disk and the adjacent flow cavity what wheels.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that the number of cylindrical channels is equal to the number of impeller blades.

3. The impeller according to claim 1, characterized in that the number of cylindrical channels is a multiple of the number of impeller blades.

4. The impeller according to claim 1, characterized in that each cylindrical channel is made with an axial line running parallel to the axial line of the impeller.

5. The impeller according to claim 1, characterized in that each cylindrical channel is made with an axial line located at an angle to the axial line of the impeller.

6. The impeller according to claim 1, characterized in that the impeller is made of a radial type.

7. The impeller according to claim 1, characterized in that the impeller is made of a diagonal type.