насосная система и скважинный насос, предназначенные для работы в многофазной окружающей среде, и способ защиты используемых в них подшипников

Формула изобретения

1. Насосная система, предназначенная для работы в многофазной окружающей среде, представляющая собой погружную вращательную насосную систему, содержащую погружной насос, имеющий вал и множество ступеней, каждая из которых содержит крыльчатку, установленную на валу, и диффузор, при этом между валом и диффузорами расположены самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники.

2. Насосная система по п.1, отличающаяся тем, что самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники содержат карбид кремния, импрегнированный графитом.

3. Скважинный насос, предназначенный для работы в многофазной окружающей среде, представляющий собой электрический погружной насос, имеющий вал и множество ступеней, каждая из которых содержит крыльчатку, установленную на валу, и диффузор, при этом между валом и диффузорами расположены самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники.

4. Скважинный насос по п.3, отличающийся тем, что самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники содержат карбид кремния, импрегнированный графитом.

5. Способ защиты подшипников в многофазной окружающей среде, заключающийся в том, что используют самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники, содержащие карбид кремния, импрегнированный графитом в погружном насосе для использования в скважине, и располагают эти подшипники между валом и множеством диффузоров погружного насоса.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в основном к добыче углеводородных текучих сред из подземной формации. Более конкретно, настоящее изобретение относится к используемым в скважинном насосе подшипникам, выполненным с возможностью использования в окружающих средах, обуславливающих плохую или недостаточную смазку.

Добычу текучих сред из подземных коллекторов ведут многими способами. Например, нефть обычно доставляют на поверхность земли посредством бурения ствола скважины в пласт, содержащий желаемую текучую среду. После этого внутри ствола скважины используют искусственный подъемный механизм и поднимают нефть на поверхность земли или в другое место для хранения.

Искусственный подъем обычно обеспечивают с помощью насосных систем, таких как электрические погружные насосные системы. При эксплуатации таких систем погружной насос, на который подает электропитание погружной электродвигатель, перемещают в ствол скважины, по меньшей мере, до частичного погружения в текучую среду, которая протекла в ствол скважины из окружающего пласта. Затем на насос подают электропитание, достаточное для перемещения текучей среды, например нефти, из ствола скважины в желаемое место.

В типичной окружающей среде ствола скважины компоненты насосной системы погружены в текучую среду, и таким образом в них поддерживается адекватная смазка. Однако текучая среда может содержать крупные частицы, такие как песок, которые будут оказывать пагубное влияние на работу таких компонентов системы, как подшипники. Следовательно, нужно обеспечить достаточную стойкость подшипников к абразивному износу в таких окружающих средах стволов скважин.

В многофазных окружающих средах стволов скважин подшипники насосной системы, предназначенной для работы в многофазной окружающей среде, подвергаются воздействию текучих сред, содержащих большой объем газа. В таких окружающих средах подшипники насосной системы не только должны быть стойкими к воздействию крупных частиц, содержащихся внутри текучей среды, но и должны быть достаточно робастными, чтобы выдерживать периоды плохой или недостаточной смазки.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание подшипников, в частности, пригодных для работы в скважинных окружающих средах, которые обуславливают плохую или недостаточную смазку например, в многофазных окружающих средах.

Согласно изобретению создана насосная система, предназначенная для работы в многофазной окружающей среде, представляющая собой погружную вращательную насосную систему, содержащую погружной насос, имеющий вал и множество ступеней, каждая из которых содержит крыльчатку, установленную на валу, и диффузор, при этом между валом и диффузорами расположены самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники.

Самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники могут содержать карбид кремния, импрегнированный графитом.

Согласно изобретению создан скважинный насос, предназначенный для работы в многофазной окружающей среде, представляющий собой электрический погружной насос, имеющий вал и множество ступеней, каждая из которых содержит крыльчатку, установленную на валу, и диффузор, при этом между валом и диффузорами расположены самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники.

Самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники могут содержать карбид кремния, импрегнированный графитом.

Согласно изобретению создан способ защиты подшипников в многофазной окружающей среде, заключающийся в том, что используют самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники, содержащие карбид кремния, импрегнированный графитом в погружном насосе для использования в скважине, и располагают эти подшипники между валом множеством диффузоров погружного насоса.

Ниже приводится описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы, и при этом на чертежах показано следующее:

фиг.1 представляет вид спереди варианта устройства для добычи текучей среды, включающего смазочную систему в соответствии с одним конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 представляет поперечное сечение части возможного погружного насоса, предназначенного для работы в многофазной окружающей среде, проведенное в основном вдоль оси насоса;

фиг.3 представляет сечение возможного защитного устройства электродвигателя, предназначенного для работы в многофазной окружающей среде, по оси защитного устройства.

На фиг.1 искусственный подъемный механизм 10 изображен в подземной формации 12. В этом конкретном варианте осуществления искусственный подъемный механизм 10 представляет собой электрическую погружную насосную систему. Вместе с тем следует отметить, что можно использовать совокупность искусственных подъемных механизмов 10, а количество, тип и расположение компонентов в пределах некоторого заданного искусственного подъемного механизма 10 может существенно изменяться. В целях пояснения искусственный подъемный механизм 10 будет описан как электрическая погружная насосная система, имеющая возможные компоненты, изображенные на фиг.1 и описанные ниже.

Как показано на фиг.1, электрическая погружная насосная система 10 применяется в окружающей среде ствола скважины, при этом ствол 14 скважины пробурен в подземный пласт 16, содержащий углеводородную текучую среду, такую как нефть 18. В данном варианте ствол 14 скважины обсажен обсадной колонной 20, имеющей совокупность отверстий 22, через которые нефть 18 протекает из пласта 16 в ствол 14 скважины. Обсадная колонна 20 проходит вверх по стволу 14 скважины до устья 24 скважины, которое может располагаться, например, на поверхности 26 земли.

Возможная электрическая погружная насосная система 10 содержит погружной электродвигатель 28, питание к которому подводится посредством кабеля 30 электропитания. Электрическая погружная насосная система 10 также содержит защитное устройство 32 электродвигателя и погружной насос 34, имеющий заборник 36 насоса. В этом примере погружной насос 34 представляет собой центробежный насос. Кроме того, погружной насос 34, защитное устройство 32 электродвигателя и погружной электродвигатель 28 лишь в целях пояснения показаны сочлененными друг с другом. Для некоторого заданного приложения можно ввести дополнительные электродвигатели, насосы или иные компоненты либо заменить существующие.

При эксплуатации скважинных насосных систем 10 в многофазных окружающих средах эти насосные системы 10 используются для добычи текучих сред, в которых велик объемный процент газа. В таких случаях подшипники защитного устройства 32 электродвигателя и погружного насоса 34 не работают в полностью жидкой окружающей среде и должны быть выполнены с возможностью выдерживать периоды плохой или недостаточной смазки. В то же время подшипники защитного устройства 32 электродвигателя и погружного насоса 34 также должны быть стойкими к воздействию крупных абразивных частиц, например песка, переносимых текучей средой.

Для работы в скважинных многофазных окружающих средах в настоящем изобретении предложен самосмазывающийся, стойкий к абразивному износу керамический подшипник, выполненный с возможностью использования вместе с насосными системами, предназначенными для работы в многофазных окружающих средах. В одном конкретном варианте осуществления подшипники согласно настоящему изобретению выполнены из материала, представляющего собой карбид кремния, импрегнированный графитом. Подшипник из карбида кремния, импрегнированного графитом, обеспечивает возможность работы в сухом состоянии, а также стойкость к абразивному износу.

На фиг.2 изображен конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники используются в погружном насосе 34 насосной системы 10, предназначенной для работы в многофазных окружающих средах. Как показано на чертеже, погружной насос 10 представляет собой многоступенчатый насос, предназначенный для работы в многофазной окружающей среде. Между заборником 36 насоса и нагнетательной частью 40 насоса предусмотрена совокупность ступеней насоса. Количество этих ступеней зависит от желаемого количества энергии, которую требуется придать текучей среде.

Каждая ступень насоса содержит крыльчатку 42 и диффузор 44. Крыльчатки 42 прикреплены к валу 46 насоса и вращаются, увеличивая энергию текучей среды, пропускаемой через них. Диффузоры 44 прикреплены к кожуху 48 насоса и расположены на выходе каждой крыльчатки 42.

Для восприятия вращения вала 46 насоса между валом 46 насоса и диффузорами 44 предусмотрены самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники 50 согласно настоящему изобретению. В соответствии с вышеизложенным керамические подшипники 50 согласно настоящему изобретению обеспечивают возможность работы в сухом состоянии, а также стойкость к абразивному износу и, в частности, подходят для скважинной многофазной окружающей среды.

Изображенные на чертеже самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники 50 являются радиально-упорными подшипниками, имеющими вкладыш 52, прикрепленный к диффузору 54, и втулку 54, прикрепленную к валу 46 насоса. Вместе с тем следует понять, что подшипники 50 согласно настоящему изобретению могут быть подшипниками любых других типов. Например, самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники 50 могут быть упорными подшипниками, сегментными подшипниками, дольчатыми подшипниками, "лимонными" подшипниками, подшипниками с порогом и т.п.

На фиг.3 изображен конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники используются в защитном устройстве 32 электродвигателя насосной системы 10, предназначенной для работы в многофазной окружающей среде. Возможная насосная система 10, предназначенная для работы в многофазной окружающей среде, содержит погружной насос 34, подгружной электродвигатель 28 и различные компоненты для защиты электродвигателя, расположенные в кожухе 52. Погружной насос 34 подключен с возможностью вращения к погружному электродвигателю 28 посредством вала 46, который проходит в продольном направлении через кожух 52 (например, через одну или более секций кожуха, соединенных друг с другом).

Защитное устройство 32 электродвигателя предусматривает наличие уплотнений 54, 56 вала, узла 58 компенсации давления и различных других компонентов, предназначенных для изоляции погружного электродвигателя 28 и допускающих расширение и сжатие текучей среды внутри электродвигателя. Вокруг вала 46 насоса расположен упорный подшипник 60, воспринимающий и выдерживающий осевую нагрузку, прикладываемую погружным насосом 34.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.3, упорный подшипник 60 является самосмазывающимся, стойким к абразивному износу керамическим подшипником. Как таковой, упорный подшипник 60 обеспечивает возможность работы в сухом состоянии, а также стойкость к абразивному износу и, в частности, подходит для использования в скважинной многофазной окружающей среде.

Следует понять, что вышеизложенное описание приведено применительно к возможным конкретным вариантам осуществления этого изобретения и что изобретение не ограничивается проиллюстрированными конкретными формами. Например, самосмазывающиеся, стойкие к абразивному износу керамические подшипники, рассмотренные в данном описании, могут оказаться полезными для множества насосных систем. Подшипники согласно настоящему изобретению могут оказаться полезными для широкого круга компонентов насосов, которые изготавливаются в настоящее время или, возможно, будут изготавливаться в будущем. При реализации этих подшипников могут быть внесены те или иные изменения, находящиеся в рамках объема притязаний изобретения, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения.