погружной мультифазный насос

Формула изобретения

1. Погружной мультифазный насос, содержащий последовательно расположенные на валу осевые ступени, каждая из которых состоит из направляющего аппарата с лопатками и рабочего колеса, имеющего одну или несколько спиральных лопастей, размещенных на втулке и ограниченных входными и выходными кромками, отличающийся тем, что по краю входной кромки в лопасти рабочего колеса выполнены сквозные отверстия.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия выполнены круглой или вытянутой формы с соотношением линейных размеров, равным 1-5.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия расположены у втулки, при этом расстояние от бокового торца лопасти до стенки ближайшего отверстия составляет не менее 1/4 ширины проточного канала в радиальном направлении.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия расположены в один или несколько рядов относительно входной кромки.

5. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия вытянутой формы ориентированы длинной осью параллельно или перпендикулярно входной кромке лопасти.

6. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия вытянутой формы ориентированы под углом к входной кромке лопасти.

7. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстия в соседних рядах расположены напротив друг друга или со сдвигом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению, в частности к многоступенчатым осевым насосам, и может быть использовано для подъема из скважин водонефтяных смесей с высоким содержанием нерастворенного газа.

Известны конструкции многоступенчатых погружных центробежных насосов для добычи нефти, содержащие цилиндрический корпус с размещенным на валу пакетом ступеней, каждая из которых состоит из центробежного рабочего колеса и направляющего аппарата (Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение: Энциклопедический справочник. Пермь: ООО«Пресс-Мастер», 2007, с.75, рис.2.8,а).

Однако эти конструкции плохо работают при добыче жидкостей, содержащих большое количество нерастворенного газа. Для них характерно существенное снижение напора и срыв работы при объемной концентрации газа свыше 20-25% в слабообводненной и 10-15% в высокообводненной нефти.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому результату к заявляемому является погружной мультифазный насос, содержащий последовательно расположенные на валу осевые ступени, каждая из которых состоит из направляющего аппарата с лопатками и рабочего колеса, имеющего одну или несколько спиральных лопастей, размещенных на втулке и ограниченных входными и выходными кромками (RU 2368812 С1, 27.09.2009).

Недостатком данной конструкции является существенное снижение напора насоса на малых подачах при концентрации газа 40 об.% и выше при давлении на входе в насос 1-2 атм. Наиболее вероятным механизмом падения напора является образование крупных газовых пузырей, полностью перекрывающих проточные каналы хотя бы одного рабочего колеса.

Задачей настоящего изобретения является создание многоступенчатого мультифазного осевого насоса с расширенным в область малых подач и больших концентраций газа диапазоном устойчивой работы.

В предлагаемом погружном мультифазном насосе, содержащем последовательно расположенные на валу осевые ступени, каждая из которых состоит из направляющего аппарата с лопатками и рабочего колеса, имеющего одну или несколько спиральных лопастей, размещенных на втулке и ограниченных входными и выходными кромками, согласно изобретению по краю входной кромки выполнены сквозные отверстия. Отверстия могут быть выполнены круглой или вытянутой формы с соотношением линейных размеров, равным 1-5. Целесообразно отверстия располагать у втулки таким образом, чтобы расстояние от бокового торца лопасти до стенки ближайшего отверстия составляло не менее 1/4 ширины проточного канала в радиальном направлении. Отверстия могут быть расположены, по меньшей мере, в один или несколько рядов относительно входной кромки. Отверстия вытянутой формы могут быть ориентированы длинной осью параллельно или перпендикулярно либо под углом к входной кромке лопасти. Отверстия в соседних рядах могут быть расположены напротив друг друга или со сдвигом.

Наличие отверстий на лопастях рабочего колеса позволяет измельчать газовые пузыри, попадающие в проточные каналы вместе с пластовой жидкостью, а также дополнительно турбулизировать поток, что гарантирует устойчивую работу погружного насоса.

Сущность предлагаемого погружного мультифазного насоса поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено рабочее колесо погружного мультифазного насоса в аксонометрии, а на фиг.2 представлены напорные характеристики мультифазного насоса по патенту RU 2368812 С1 (сплошная линия) и мультифазного насоса предлагаемой конструкции (пунктирная линия) при газосодержаниях 0%, 30%, 40%, 55% и давлении на входе 1-2 атм.

Рабочее колесо имеет втулку 1, на которой размещены спиральные лопасти 2. Вдоль входной кромки 3 выполнены сквозные отверстия 4, расположенные в ряд и ориентированные вдоль бокового торца 5 лопасти 2. Число рядов отверстий 4 может быть увеличено в зависимости от осевой длины спиральной лопасти. В связи с тем, что при вращении пластовой жидкости газовые пузырьки под действием центробежной силы прижимаются к втулке 1, то и отверстия размещают ближе к ней так, чтобы расстояние от бокового торца лопасти 5 до стенки ближайшего отверстия 4 составляло не менее 1/4 высоты Н лопасти 2. Форма отверстий 4 может быть удлиненной с соотношением линейных размеров до 5.

Погружной мультифазный насос работает следующим образом. Попадающая в насос газожидкостная смесь поступает в рабочее колесо, приобретает энергию за счет закрутки вращающимися лопастями 2, проходя при этом через отверстия 4, где происходит измельчение газовых пузырей и дополнительная турбулизация потока. Таким образом снижается вероятность образования неподвижных газовых пробок, а значит, резкого падения напора. Далее закрученный поток поступает в направляющий аппарат, неподвижные лопасти которого спрофилированы так, чтобы минимизировать потери энергии на их обтекание и одновременно максимально погасить закрутку потока перед входом в следующую ступень, конструкция которой полностью повторяет предыдущую.

Предлагаемый погружной мультифазный насос обеспечивает следующие преимущества:

- устойчивую работу погружной установки при содержании нерастворенного газа выше 40% и давлении на входе 1-2 атм (см фиг.2);

- экономию электроэнергии при добыче нефти за счет газлифтэффекта в насосно-компрессорных трубах;

- повышение надежности установки при перекачивании газожидкостных смесей, содержащих абразивные частицы, за счет исключения из комплектации газосепаратора, который при работе в абразивной среде подвержен перерезанию (Деньгаев А.В., Дроздов А.Н., Вербицкий B.C., Маркелов Д.В. Эксплуатация скважин, оборудованных высокопроизводительными УЭЦН с газосепараторами. Бурение и нефть. 2005, № 2. с.10-13; Дроздов А.Н., Деньгаев А.В., Вербицкий B.C. Установки погружных насосов с газосепараторами для эксплуатации скважин с высоким газовым фактором. Территория нефтегаз. 2005. № 6. с.12-20).

Данный мультифазный насос может использоваться в качестве предвключенного, перед основным центробежным насосом, для обеспечения его устойчивой работы за счет сжатия, измельчения газовых пузырей и их прокачивания через основной насос.