RU2638244C1

RU2638244C1 - Submersible multi-phase pump stage (variants)

Info

Publication number: RU2638244C1
Application number: RU2016140821A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Меркушев; Александр Васильевич Краев; Олег Николаевич Виноградов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ижнефтепласт"
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2017-12-12

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: stage of the submersible multi-phase pump comprises a guide device with the upper and lower discs, between which the blades are arranged, forming channels, a working wheel with main blades located on the upper surface of impeller disc, an anti-friction washer on the disc lower side and a bushing coupled to the shaft through a key. Wheel disc is connected to the bushing with additional blades or disc with through holes.

EFFECT: enhancing the abrasion resistance of the stage, increasing heat resistance of the impeller and guide apparatus, reduced tendency of stage structure to deposition of mechanical impurities between the impeller disc and the upper disc of the guide apparatus, reduced labour input of the stage repair process, simplified design of the working wheel in the section between the bushing and the disc, improved efficiency of dissolving gas process in the formation liquid, improved conditions of the gas-liquid mixture flow through the main blades of the working wheel.

23 cl, 22 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяному машиностроению, а именно к погружным мультифазным насосам, способным работать при повышенном газосодержании, обеспечивающим диспергирование, сжатие, растворение газа в нефти, поступающей на прием насоса. Может быть использовано в составе погружных мультифазных насосов для подъема газожидкостной смеси из нефтяных скважин с повышенным содержанием механических примесей, в том числе солей.The invention relates to petroleum engineering, namely to submersible multiphase pumps, capable of operating at high gas content, providing dispersion, compression, dissolution of gas in oil supplied to the pump. It can be used as a part of submersible multiphase pumps for lifting a gas-liquid mixture from oil wells with a high content of mechanical impurities, including salts.

Известна конструкция диспергирующей ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ на изобретение №2209347, опубл. 27.07.2003 г.), содержащая направляющий аппарат, открытое рабочее колесо, лопасти которого расположены на нижней поверхности ведущего диска, в котором в промежутках между местами закрепления лопастей выполнены отверстия, а расстояние от нижней кромки каждой из лопастей до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата увеличивается в направлении от внутреннего края нижней кромки лопасти к внешнему краю указанной кромки лопасти. Минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата меньше половины расстояния от нижней поверхности ведущего диска рабочего колеса до точки нижней кромки лопасти рабочего колеса, лежащей на минимальном расстоянии от верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата. Минимальное расстояние от нижней кромки лопасти рабочего колеса до верхней поверхности верхнего диска направляющего аппарата больше 2 мм. На внешнем краю верхней части ведущего диска рабочего колеса выполнен уступ, на котором расположены границы отверстий. Диаметр ведущего диска рабочего колеса больше диаметра окружности, на которой расположены центры отверстий, на величину, равную или большую 1,5 диаметра указанных отверстий. Верхняя поверхность верхнего диска направляющего аппарата выполнена плоской.A known design of the dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump (RF patent for the invention No. 2209347, publ. 07.27.2003), containing a guiding apparatus, an open impeller, the blades of which are located on the lower surface of the drive disk, in which between the places of fixing the blades holes are made, and the distance from the lower edge of each of the blades to the upper surface of the upper disk of the guide apparatus increases in the direction from the inner edge of the lower edge of the blade to the outer mu edge of said blade edge. The minimum distance from the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane is less than half the distance from the lower surface of the driving disk of the impeller to the point of the lower edge of the impeller vane lying at a minimum distance from the upper surface of the upper disk of the vane. The minimum distance from the lower edge of the impeller blade to the upper surface of the upper disk of the guide vane is more than 2 mm. A step is made on the outer edge of the upper part of the driving disk of the impeller, on which the boundaries of the holes are located. The diameter of the driving disk of the impeller is larger than the diameter of the circle on which the centers of the holes are located, by an amount equal to or greater than 1.5 of the diameter of these holes. The upper surface of the upper disk of the guide apparatus is made flat.

Недостатком известного технического решения является большая потеря по напору из-за значительных перетоков жидкости между нижними кромками лопастей рабочего колеса и поверхностью верхнего диска направляющего аппарата. Указанный факт позволяет применять данную диспергирующую ступень только совместно с основными рабочими ступенями, способными совместно развивать требуемый напор. Насос требует два вида ступеней, нет унификации. Данная конструкция позволяет установить в рабочем колесе лишь одну опорную антифрикционную шайбу, что приводит к быстрому ее износу, отрицательно влияющему на межремонтный срок. Выполнение рабочего колеса и направляющего аппарата цельнометаллическими способствует быстрому отложению солей и минералов на поверхности, что также снижает межремонтный срок насоса.A disadvantage of the known technical solution is a large pressure loss due to significant fluid flows between the lower edges of the impeller blades and the surface of the upper disk of the guide vane. This fact allows the use of this dispersing stage only together with the main working stages, capable of jointly developing the required pressure. The pump requires two types of steps, there is no unification. This design allows you to install in the impeller only one support anti-friction washer, which leads to its rapid wear, which negatively affects the overhaul period. The execution of the impeller and the guide vane all-metal contributes to the rapid deposition of salts and minerals on the surface, which also reduces the overhaul period of the pump.

Известна конструкция погружного лопастного мультифазного насоса (патент РФ на изобретение №2586801, опубл. 10.06.2016 г.), имеющая несколько ступеней, при этом, по крайней мере, одна ступень имеет полуоткрытое рабочее колесо, которое содержит ведущий диск с лопастями, нижний и верхний направляющие аппараты, установленные соответственно до и после рабочего колеса, которые включают нижний и верхний диск с лопатками, причем между рабочим колесом и верхним диском нижнего направляющего аппарата установлен дополнительный направляющий аппарат, который состоит из диска с лопатками.A known design of a submersible rotary vane multiphase pump (RF patent for the invention No. 2586801, publ. 06/10/2016), having several stages, while at least one stage has a half-open impeller, which contains a drive disk with blades, the lower and the upper guide vanes, respectively installed before and after the impeller, which include the lower and upper disk with blades, and between the impeller and the upper disk of the lower guide vanes an additional guide vanes is installed, which It consists of a disk with blades.

Недостатком известного технического решения является потеря по напору из-за значительных перетоков жидкости между нижними кромками лопастей рабочего колеса и поверхностью диска с лопатками дополнительного направляющего аппарата. Кроме того, при вращении рабочего колеса возможно произвольное вращение дополнительного направляющего аппарата на верхнем диске основного направляющего аппарата, что влечет за собой неконтролируемое изменение рабочей характеристики и повышение вибрации, что в совокупности снижает надежность мультифазного насоса.A disadvantage of the known technical solution is the pressure loss due to significant fluid flows between the lower edges of the impeller blades and the surface of the disk with the blades of an additional guide vane. In addition, during the rotation of the impeller, arbitrary rotation of the additional guide vane on the upper disk of the main guide vane is possible, which entails an uncontrolled change in the operating characteristic and increased vibration, which together reduces the reliability of the multiphase pump.

Недостатки, указанные в патентах №2209347 и №2586801, частично устраняются в конструкции известной ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса (патент РФ на изобретение №2353814, опубл. 27.04.2009 г.), взятой в качестве прототипа. Диспергирующая ступень погружного многоступенчатого центробежного насоса, содержащая направляющий аппарат с верхним и нижним дисками, между которыми расположены лопатки, образуя каналы, рабочее колесо с лопастями, жестко соединенное с втулкой, сопряженной через шпонку с валом, при этом в рабочем колесе выполнены отверстия и сформированы пазы, ограниченные лопастями, а направляющий аппарат сопряжен с втулкой, при этом между втулкой направляющего аппарата и втулкой рабочего колеса размещена антифрикционная шайба, отличающаяся тем, что рабочее колесо снабжено дополнительными лопастями и с нижней стороны антифрикционной шайбой, а основные лопасти расположены на его верхней поверхности, при этом часть рабочего колеса и нижняя часть направляющего аппарата выполнены из полимерного материала.The disadvantages indicated in patents No. 2209347 and No. 2586801 are partially eliminated in the design of the known stage of a submersible multistage centrifugal pump (RF patent for the invention No. 2353814, published on April 27, 2009), taken as a prototype. The dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pump, comprising a guiding apparatus with upper and lower disks, between which there are blades, forming channels, an impeller with blades, rigidly connected to a sleeve mated through a key with a shaft, with holes made in the impeller and grooves formed limited by the blades, and the guiding device is mated to a sleeve, while an antifriction washer is placed between the guiding device sleeve and the impeller sleeve, characterized in that Static preparation wheel is provided with additional blades, and with the lower side of an anti-friction washer, and the main blades are arranged at its top surface with a portion of the impeller and the bottom of the guide apparatus is made of polymeric material.

Известное техническое решение имеет ряд недостатков. Во-первых, низкая абразивная стойкость диспергирующей ступени. Во-вторых, низкая теплостойкость рабочего колеса и направляющего аппарата. В-третьих, склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата. В-четвертых, высокая трудоемкость технологического процесса ремонта ступени, так как требуется дополнительная механическая операция по удалению изношенных участков втулки рабочего колеса. В-пятых, сложность конструкции рабочего колеса на участке между втулкой и диском, которая снижает технологичность изготовления рабочего колеса и усложняет литейную оснастку. В-шестых, низкая эффективность процесса диспергации и растворения газа в пластовой жидкости при ее подачах свыше 60 м³/сут. В-седьмых, образование застойных зон в каналах между основными лопастями рабочего колеса, затрудняющих протекание газожидкостной смеси.Known technical solution has several disadvantages. Firstly, the low abrasion resistance of the dispersing stage. Secondly, low heat resistance of the impeller and guide vane. Thirdly, the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus. Fourth, the high complexity of the technological process of repairing a stage, since additional mechanical operation is required to remove worn sections of the impeller sleeve. Fifth, the complexity of the design of the impeller in the area between the sleeve and the disk, which reduces the manufacturability of the manufacture of the impeller and complicates the casting equipment. Sixth, the low efficiency of the process of dispersion and dissolution of gas in the reservoir fluid with its feeds over 60 m ³ / day. Seventh, the formation of stagnant zones in the channels between the main blades of the impeller, which impede the flow of a gas-liquid mixture.

Задачей предлагаемой конструкции ступени погружного мультифазного насоса является повышение ее абразивной стойкости, повышение теплостойкости рабочего колеса и направляющего аппарата, снижение склонности конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата, снижение трудоемкости технологического процесса ремонта ступени, упрощение конструкции рабочего колеса на участке между втулкой и диском. Повышение эффективности процесса диспергации и растворения газа в пластовой жидкости при ее подачах свыше 60 м³/сут. Улучшение условий протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса.The objective of the proposed design of the submersible multiphase pump stage is to increase its abrasion resistance, increase the heat resistance of the impeller and the guide apparatus, reduce the tendency of the stage design to deposit mechanical impurities between the impeller disk and the upper disk of the guide apparatus, reduce the complexity of the technological stage repair process, simplify the design of the impeller in the area between the hub and the disc. Increasing the efficiency of the process of dispersion and dissolution of gas in the reservoir fluid with its flow rates exceeding 60 m ³ / day. Improving the flow of gas-liquid mixture through the main impeller blades.

Технический результат достигается тем, что ступень погружного мультифазного насоса содержит направляющий аппарат с верхним и нижним дисками, между которыми расположены лопатки, образуя каналы, рабочее колесо с основными лопастями, расположенными на верхней поверхности диска рабочего колеса, антифрикционной шайбой на нижней стороне диска и втулкой, сопряженной через шпонку с валом, при этом диск рабочего колеса соединен со втулкой либо дополнительными осевыми лопастями, либо диском со сквозными отверстиями, либо диском со сквозными пазами. Направляющий аппарат и рабочее колесо выполнены из металлических материалов, а на верхней стороне рабочего колеса имеется антифрикционная шайба. Рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса, в котором диск рабочего колеса соединен со втулкой дополнительными осевыми лопастями, может быть выполнено из полимерного материала, включающего следующие компоненты: стеклонаполнитель до 50%, фторопласт до 20%, минеральный наполнитель до 20%, термопластичный материал остальное.The technical result is achieved by the fact that the stage of the submersible multiphase pump contains a guiding apparatus with upper and lower disks, between which there are blades, forming channels, an impeller with main blades located on the upper surface of the impeller disk, an antifriction washer on the lower side of the disk and a sleeve, mated through a key with the shaft, while the impeller disk is connected to the bushing with either additional axial blades, or a disk with through holes, or a disk with through pa s. The guide apparatus and the impeller are made of metal materials, and on the upper side of the impeller there is an antifriction washer. The impeller of the submersible multiphase pump stage, in which the impeller disk is connected to the sleeve by additional axial blades, can be made of a polymer material that includes the following components: glass filler up to 50%, fluoroplast up to 20%, mineral filler up to 20%, thermoplastic material the rest.

В частном случае реализации изобретения, рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса, в котором диск рабочего колеса соединен со втулкой дополнительными осевыми лопастями, может быть выполнено из полимерного материала, включающего следующие компоненты: стеклонаполнитель до 60%, термопластичный материал остальное. В состав ступени погружного мультифазного насоса дополнительно введена втулка защитная вала, которая может быть выполнена из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала, состоящего из следующих компонентов: стеклонаполнитель до 50%, фторопласт до 20%, минеральный наполнитель до 20%, термопластичный материал остальное.In the particular case of the invention, the impeller of the stage of a submersible multiphase pump, in which the impeller disk is connected to the sleeve by additional axial blades, can be made of a polymer material, including the following components: glass filler up to 60%, the rest is thermoplastic material. The protective shaft sleeve is additionally introduced into the submersible multiphase pump stage, which can be made of abrasion-resistant antifriction polymer material, consisting of the following components: glass filler up to 50%, fluoroplastic up to 20%, mineral filler up to 20%, thermoplastic material the rest.

В частном случае реализации изобретения, втулка защитная вала может быть выполнена из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала, состоящего из следующих компонентов: стеклонаполнитель до 20%, металлический наполнитель до 25%, углеволокно до 8%, кокс до 20%, дисульфид молибдена до 8%, фторопласт остальное.In the particular case of the invention, the protective shaft sleeve can be made of an abrasion-resistant antifriction polymer material consisting of the following components: glass filler up to 20%, metal filler up to 25%, carbon fiber up to 8%, coke up to 20%, molybdenum disulfide up to 8%, ftoroplast rest.

В частном случае реализации изобретения, втулка защитная вала может быть выполнена из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала в виде текстолитов.In the particular case of the invention, the protective shaft sleeve can be made of abrasion-resistant antifriction polymer material in the form of textolites.

В частном случае реализации изобретения, втулка защитная вала может быть выполнена из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала в виде резиновых антифрикционных смесей.In the particular case of the invention, the protective shaft sleeve can be made of abrasion-resistant antifriction polymer material in the form of rubber antifriction mixtures.

В конструкцию рабочего колеса ступени погружного мультифазного насоса между основными лопастями дополнительно введены промежуточные лопасти. При этом основная лопасть выполнена в виде группы укороченных лопастей, а между основными лопастями выполнены сквозные отверстия в диске с различными сочетаниями взаимного расположения и значениями их диаметров. В диске выполнены сквозные отверстия, которые выходят на основные лопасти и имеют диаметр больше толщины основной лопасти. Между двумя соседними основными лопастями выполнены один или несколько сквозных пазов в диске рабочего колеса. В диске выполнены сквозные пазы, которые выходят на основные лопасти и имеют длину больше толщины основных лопастей. В диске выполнена сквозная кольцевая канавка, выходящая на основные лопасти, на верхней части основных лопастей выполнен паз. На наружной поверхности диска рабочего колеса между выходными кромками двух соседних основных лопастей выполнены лыски. Участок наружной поверхности диска рабочего колеса между выходными кромками двух соседних основных лопастей может иметь форму в виде вогнутой цилиндрической поверхности или в виде кривых, описанных сочетаниями дуг и(или) линий.Intermediate blades are additionally introduced into the design of the impeller of the stage of the submersible multiphase pump between the main blades. In this case, the main blade is made in the form of a group of shortened blades, and through holes in the disk are made between the main blades with various combinations of relative positions and their diameters. The disk has through holes that extend onto the main blades and have a diameter greater than the thickness of the main blade. Between two adjacent main blades made one or more through grooves in the disk of the impeller. The disk has through grooves that extend onto the main blades and have a length greater than the thickness of the main blades. A circular annular groove extending onto the main blades is made in the disk, a groove is made on the upper part of the main blades. On the outer surface of the impeller disk, flats are made between the output edges of two adjacent main blades. The portion of the outer surface of the impeller disk between the output edges of two adjacent main blades may be in the form of a concave cylindrical surface or in the form of curves described by combinations of arcs and (or) lines.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена ступень погружного мультифазного насоса; на фиг. 2 - рабочее колесо ступени по фиг. 1 в разрезе; на фиг. 3 - ступень погружного мультифазного насоса с втулкой защитной вала; на фиг. 4 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса по фиг. 3 в разрезе; на фиг. 5 - втулка защитная вала; на фиг. 6 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с одинаковым количеством дополнительных осевых лопастей и основных лопастей; на фиг. 7 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с кратным количеством дополнительных осевых лопастей и основных лопастей; на фиг. 8 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с промежуточными лопастями на диске; на фиг. 9 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с группой укороченных лопастей на диске; на фиг. 10 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса со сквозными отверстиями в диске; на фиг. 11 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса со сквозными отверстиями, выходящими на лопасти; на фиг. 12 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса со сквозными пазами в диске; на фиг. 13 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса со сквозными пазами, выходящими на лопасти; на фиг. 14 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса со сквозной канавкой в диске; на фиг. 15 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с пазом на верхней части лопастей на диске; на фиг. 16 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с лысками на диске; на фиг. 17 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с вогнутыми цилиндрическими поверхностями на диске; на фиг. 18 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с поверхностями сложной формы на диске; фиг. 19 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с диском со сквозными отверстиями между втулкой и основными лопастями; на фиг. 20 - рабочее колесо ступени погружного мультифазного насоса с диском со сквозными пазами между втулкой и основными лопастями; на фиг. 21 - графическая зависимость напора ступени от подачи; на фиг. 22 - суммарный абразивный износ пар трения с втулками защитными вала из различных материалов.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a submersible multiphase pump stage; in FIG. 2 - the impeller of the stage of FIG. 1 by section; in FIG. 3 - stage submersible multiphase pump with a protective shaft sleeve; in FIG. 4 - impeller of the stage of a submersible multiphase pump according to FIG. 3 by section; in FIG. 5 - sleeve protective shaft; in FIG. 6 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with the same number of additional axial blades and main blades; in FIG. 7 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with a multiple of additional axial blades and main blades; in FIG. 8 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with intermediate blades on the disk; in FIG. 9 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with a group of shortened blades on the disk; in FIG. 10 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with through holes in the disk; in FIG. 11 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with through holes extending onto the blades; in FIG. 12 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with through grooves in the disk; in FIG. 13 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with through grooves overlooking the blades; in FIG. 14 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with a through groove in the disk; in FIG. 15 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with a groove on the top of the blades on the disk; in FIG. 16 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with flats on the disk; in FIG. 17 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with concave cylindrical surfaces on the disk; in FIG. 18 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with surfaces of complex shape on the disk; FIG. 19 - the impeller of the stage submersible multiphase pump with a disk with through holes between the sleeve and the main blades; in FIG. 20 - the impeller of the stage of a submersible multiphase pump with a disk with through grooves between the sleeve and the main blades; in FIG. 21 is a graphical representation of the head pressure on the feed; in FIG. 22 - total abrasive wear of friction pairs with protective shaft bushings of various materials.

Ступень погружного мультифазного насоса состоит из металлического направляющего аппарата 1 и рабочего колеса 2. Направляющий аппарат состоит из стакана 3 с верхним диском 4, втулки 5, нижнего диска 6, лопаток 7, которые, соединяя нижний диск 6 и верхний диск 4, образовывают каналы направляющего аппарата 8. Рабочее колесо 2 состоит из установленной на валу 9 втулки колеса 10 со шпоночным пазом, которая соединена при помощи дополнительных осевых лопастей 11 с диском 12, на котором расположены основные лопасти 13, и двух антифрикционных шайб - верхней 14 и нижней 15. Втулка 10 может быть соединена с диском 12 с помощью диска 16, в котором могут быть выполнены либо сквозные отверстия 17, либо сквозные пазы 18 различной формы. Направляющий аппарат 1 выполнен из металлических материалов, например из металлопорошковых или чугуна. Рабочее колесо 2 может быть выполнено из полимерных или металлических материалов. Втулка колеса 10 может сопрягаться своей наружной цилиндрической поверхностью 19 с внутренней цилиндрической поверхностью 20 втулки 5 направляющего аппарата 1. Возможен вариант исполнения рабочего колеса 2 (фиг. 4) без наружной цилиндрической поверхности, сопрягаемой с поверхностью 20. При этом в состав ступени должна дополнительно входить втулка защитная вала 21 (фиг. 5), с наружной цилиндрической поверхностью 22, сопрягаемой с поверхностью 20. Количество дополнительных осевых лопастей 11, сквозных отверстий 17, сквозных пазов 18 должно быть кратным, в том числе равным количеству основных лопастей 13. Кроме того, форма основных лопастей 13 на диске 12 рабочего колеса 2 может быть различной. На диске 12 рабочего колеса 2 между основными лопастями 13 могут располагаться промежуточные лопасти 23 (фиг. 8). Причем лопасти 13 и 23 могут отличаться друг от друга не только своей формой, но и высотой. Более того, лопасть на диске 12 рабочего колеса 2 может быть выполнена в виде группы укороченных лопастей на входе 24 и на выходе 25 (фиг. 9). Между лопастями 24 и 25 может располагаться одна и более укороченная лопасть (на фиг. не показано). В диске 12 между основными лопастями 13 могут быть выполнены сквозные отверстия 26. Между двумя соседними основными лопастями 13 может быть одно сквозное отверстие 26 (фиг. 10) или несколько сквозных отверстий (на фиг. не показано) с различными сочетаниями взаимного расположения и значениями их диаметров. В диске 12 могут быть выполнены сквозные отверстия 27, выходящие на основные лопасти 13 (фиг. 11). При этом диаметр отверстий 27 больше толщины основной лопасти 13. В диске 12 между основными лопастями 13 могут быть выполнены сквозные пазы 28. Между двумя соседними основными лопастями 13 может быть один сквозной паз 28 (фиг. 12) или несколько сквозных пазов (на фиг. не показано) с различными сочетаниями взаимного расположения и их геометрической формы. В диске 12 могут быть выполнены сквозные пазы 29, выходящие на основные лопасти 13 (фиг. 13). При этом длина пазов 29 больше толщины основной лопасти 13. Количество сквозных отверстий 26 и 27, пазов 28 и 29 может быть кратным, в том числе равным количеству основных лопастей 13. В диске 12 может быть выполнена сквозная кольцевая канавка 30, выходящая на основные лопасти 13 (фиг. 14). При этом канавка 30 может быть выполнена в любом количестве, любой формы и размеров. На верхней части основных лопастей 13 (фиг. 15) рабочего колеса 2 может быть выполнен паз 31. При этом паз 31 может быть выполнен в любом количестве, любой формы и размеров. Участок наружной поверхности 32 диска 12 рабочего колеса 2 между выходными кромками 33 двух соседних основных лопастей 13 может иметь различную форму, например цилиндрическую (фиг. 6), в виде лысок 34 (фиг. 16), в виде вогнутой цилиндрической поверхности 35 (фиг. 17), в виде сложной поверхности 36 сопряжения, в том числе в виде кривых, описанных любыми функциями, в том числе их сочетанием с простыми линиями и(или) дугами (фиг. 18).The stage of the submersible multiphase pump consists of a metal guide apparatus 1 and the impeller 2. The guide apparatus consists of a cup 3 with an upper disk 4, a sleeve 5, a lower disk 6, vanes 7, which, connecting the lower disk 6 and the upper disk 4, form the channels of the guide apparatus 8. The impeller 2 consists of a wheel hub 10 mounted on the shaft 9 with a key groove, which is connected by means of additional axial blades 11 to the disk 12, on which the main blades 13 are located, and two antifriction washers - the upper 14 and bottom 15. The sleeve 10 can be connected to the disk 12 using the disk 16, in which either through holes 17 or through grooves 18 of various shapes can be made. The guide apparatus 1 is made of metal materials, for example, from metal powder or cast iron. The impeller 2 may be made of polymeric or metallic materials. The wheel hub 10 can be mated with its outer cylindrical surface 19 with the inner cylindrical surface 20 of the sleeve 5 of the guiding apparatus 1. A possible embodiment of the impeller 2 (Fig. 4) without an outer cylindrical surface that is mated with the surface 20. In this case, the stage must additionally include sleeve protective shaft 21 (Fig. 5), with an outer cylindrical surface 22, mating with the surface 20. The number of additional axial blades 11, through holes 17, through grooves 18 should be a multiple , Including an equal number of main blades 13. Furthermore, the shape of the main blades 13 on the disk 12 of the impeller 2 may be different. On the disk 12 of the impeller 2 between the main blades 13 can be located intermediate blades 23 (Fig. 8). Moreover, the blades 13 and 23 can differ from each other not only in their shape, but also in height. Moreover, the blade on the disk 12 of the impeller 2 can be made in the form of a group of shortened blades at the inlet 24 and at the outlet 25 (Fig. 9). Between the blades 24 and 25 may be one or more shortened blade (not shown in Fig.). Through the hole 12 between the main blades 13 can be made through holes 26. Between two adjacent main blades 13 can be one through hole 26 (Fig. 10) or several through holes (in Fig. Not shown) with various combinations of relative positions and their values diameters. Through the hole 12 can be made through holes 27, extending to the main blades 13 (Fig. 11). In this case, the diameter of the holes 27 is greater than the thickness of the main blade 13. In the disk 12, through grooves 28 can be made between the main blades 13. Between two adjacent main blades 13 there can be one through groove 28 (Fig. 12) or several through grooves (in FIG. not shown) with various combinations of relative position and their geometric shape. Through the disk 12 can be made through the grooves 29, extending to the main blades 13 (Fig. 13). The length of the grooves 29 is greater than the thickness of the main blade 13. The number of through holes 26 and 27, the grooves 28 and 29 can be multiple, including equal to the number of main blades 13. In the disk 12 can be made through the annular groove 30 that extends to the main blades 13 (Fig. 14). In this case, the groove 30 can be made in any quantity, any shape and size. On the upper part of the main blades 13 (Fig. 15) of the impeller 2, a groove 31 can be made. In this case, the groove 31 can be made in any quantity, any shape and size. The portion of the outer surface 32 of the disk 12 of the impeller 2 between the output edges 33 of two adjacent main blades 13 may have a different shape, for example, cylindrical (Fig. 6), in the form of flats 34 (Fig. 16), in the form of a concave cylindrical surface 35 (Fig. 17), in the form of a complex interface surface 36, including in the form of curves described by any functions, including their combination with simple lines and (or) arcs (Fig. 18).

Ступень погружного мультифазного насоса, представленная на фиг. 1, работает следующим образом. Вал 9 передает вращение через втулку 10 рабочему колесу 2. При вращении рабочего колеса 2 при помощи дополнительных осевых лопастей 11 и основных лопастей 13 на диске 12 пластовая жидкость через каналы 8 направляющего аппарата 1 поступает сначала на дополнительные осевые лопасти 11 рабочего колеса 2, затем на основные лопасти 13, которые создают основную часть напора. В результате действия центробежных сил основных лопастей 13 рабочего колеса 2 поток пластовой жидкости по внутренней поверхности стакана 3 направляется в каналы следующего направляющего аппарата. Вращаясь, рабочее колесо 2 опирается на нижнюю антифрикционную шайбу 15. В случае избыточной подачи жидкости на входе рабочее колесо может перемещаться вверх по валу и опираться на нижнюю торцевую поверхность втулки 5 направляющего аппарата 1 своей верхней антифрикционной шайбой 14. При этом основные лопасти 13 при перемещении рабочего колеса вверх по валу не соприкасаются с нижней поверхностью нижнего диска 6 направляющего аппарата 1.The submersible multiphase pump stage shown in FIG. 1, works as follows. The shaft 9 transmits the rotation through the sleeve 10 to the impeller 2. When the impeller 2 is rotated using additional axial blades 11 and the main blades 13 on the disk 12, the formation fluid through the channels 8 of the guide apparatus 1 first flows to the additional axial blades 11 of the impeller 2, then the main blades 13, which create the main part of the pressure. As a result of the centrifugal forces of the main blades 13 of the impeller 2, the flow of formation fluid along the inner surface of the cup 3 is directed into the channels of the next guide apparatus. Rotating, the impeller 2 rests on the lower antifriction washer 15. In the case of excess fluid supply at the inlet, the impeller can move up the shaft and rest on the lower end surface of the sleeve 5 of the guide apparatus 1 with its upper antifriction washer 14. In this case, the main blades 13 when moving the impeller up the shaft does not touch the lower surface of the lower disk 6 of the guide apparatus 1.

Процесс диспергации и растворения газа осуществляется следующим образом. Сначала пластовая жидкость с газовыми пузырьками поступает на дополнительные осевые лопасти 11. При этом дополнительные осевые лопасти 11 эффективно измельчают газовые пузырьки и за счет ограничения в радиальном направлении втулкой 10 и диском 2 повышают давление на входе перед основными лопастями 13. Повышение давления в газожидкостной смеси влечет за собой и снижение содержания свободного, то есть нерастворенного, газа за счет повышения разницы между давлением насыщения газа и текущим давлением жидкости. Далее пластовая жидкость поступает на вход основных лопастей 13. Здесь происходит дальнейшее измельчение пузырьков свободного газа, которые прошли через дополнительные лопасти 11. Измельчение пузырьков свободного газа основными лопастями происходит с помощью следующих конструктивных элементов: во-первых, входными кромками; во-вторых, кромками 33 на выходе; в-третьих, за счет перетоков жидкости через зазор А (фиг. 1). При этом за счет геометрии основных лопастей 13 и центробежных сил при работе происходит дальнейшее повышение давления жидкости на вход следующего направляющего аппарата, выраженное в напоре ступени, что, на ряду с измельчением газовых пузырьков, способствует снижению содержания нерастворенного газа, то есть его растворению, за счет повышения разницы между давлением насыщения газа и текущим давлением жидкости.The process of dispersion and dissolution of gas is as follows. First, the reservoir fluid with gas bubbles enters the additional axial blades 11. In this case, the additional axial blades 11 effectively grind the gas bubbles and, due to the radial restriction by the sleeve 10 and the disk 2, increase the inlet pressure in front of the main blades 13. The increase in pressure in the gas-liquid mixture entails and a decrease in the content of free, that is, insoluble, gas due to an increase in the difference between the saturation pressure of the gas and the current pressure of the liquid. Next, the reservoir fluid enters the input of the main blades 13. Here, there is a further grinding of free gas bubbles that have passed through the additional blades 11. Grinding of free gas bubbles by the main blades is carried out using the following structural elements: first, the input edges; secondly, edges 33 at the exit; thirdly, due to fluid flows through the gap A (Fig. 1). Moreover, due to the geometry of the main blades 13 and centrifugal forces during operation, there is a further increase in the liquid pressure at the inlet of the next guide vane, expressed in the head of the stage, which, along with the grinding of gas bubbles, helps to reduce the content of undissolved gas, that is, its dissolution, by increasing the difference between the saturation pressure of the gas and the current liquid pressure.

На фиг. 2 представлено рабочее колесо 2, имеющее цилиндрическую поверхность 19, сопрягаемую с цилиндрической поверхностью 20 направляющего аппарата 1. Поверхности сопряжения 19 и 20 позволяют обеспечить герметичность подвижного соединения рабочего колеса 2 и направляющего аппарата 1, предотвратить утечки пластовой жидкости и снизить потери диспергирующей ступени погружного многоступенчатого центробежного насоса по напору. В конструкцию рабочего колеса 2 введена верхняя антифрикционная шайба 14, позволяющая снизить абразивный износ осевой пары трения. Рабочее колесо 2 может быть изготовлено как из полимерных, так и из металлических материалов. В состав полимерного материала входят следующие компоненты: стеклонаполнитель до 50%; фторопласт до 20%; минеральный наполнитель до 20%; остальное термопластичный материал. Поверхности рабочего колеса 2, изготовленные из полимерного материала, обладают повышенной стойкостью к осаждению механических примесей, в том числе солей, вследствие своей низкой шероховатости и нейтральностью к электрохимической коррозии. Описанный полимерный материал рекомендуется использовать при подъеме газожидкостной смеси из нефтяных скважин с повышенным содержанием солей. Применение металлических материалов для изготовления рабочего колеса 2 целесообразно при подъеме газожидкостной смеси из нефтяных скважин при возникновении повышенных температур, при которых происходит разрушение полимерного материала.In FIG. 2 illustrates an impeller 2 having a cylindrical surface 19 mating with the cylindrical surface 20 of the guiding apparatus 1. The mating surfaces 19 and 20 make it possible to ensure the tightness of the movable connection of the impeller 2 and the guiding apparatus 1, to prevent leakage of formation fluid and to reduce losses of the dispersing stage of a submersible multistage centrifugal pressure head pump. In the design of the impeller 2 introduced the upper anti-friction washer 14, which allows to reduce the abrasive wear of the axial friction pair. The impeller 2 can be made of both polymeric and metallic materials. The composition of the polymer material includes the following components: glass filler up to 50%; ftoroplast up to 20%; mineral filler up to 20%; the rest is thermoplastic material. The surfaces of the impeller 2, made of a polymeric material, have increased resistance to the deposition of mechanical impurities, including salts, due to their low roughness and neutrality to electrochemical corrosion. The described polymer material is recommended for use when lifting a gas-liquid mixture from oil wells with a high salt content. The use of metallic materials for the manufacture of the impeller 2 is advisable when lifting a gas-liquid mixture from oil wells in the event of elevated temperatures at which the destruction of the polymer material occurs.

При подъеме газожидкостной смеси из нефтяных скважин с повышенным содержанием механических примесей, в том числе абразивных частиц, предлагается применение ступени погружного мультифазного насоса, представленной на фиг. 3, отличающейся конструкцией рабочего колеса 2 (фиг. 4) и наличием втулки защитной вала 21 (фиг. 5).When lifting a gas-liquid mixture from oil wells with a high content of mechanical impurities, including abrasive particles, it is proposed to use the submersible multiphase pump stage shown in FIG. 3, characterized by the design of the impeller 2 (Fig. 4) and the presence of the sleeve of the protective shaft 21 (Fig. 5).

Рабочее колесо 2, представленное на фиг. 4, выполнено из полимерного материала, в состав которого входят следующие компоненты: стеклонаполнитель до 60%; остальное термопластичный материал. Повышенное содержание механических примесей, в том числе абразивных частиц, в пластовой жидкости не приводит к абразивному износу поверхностей рабочего колеса 2, изготовленных из описанного полимерного материала. Абразивная стойкость радиальной пары трения ступени обеспечивается введением втулки защитной вала 21.The impeller 2 shown in FIG. 4, made of a polymeric material, the composition of which includes the following components: glass filler up to 60%; the rest is thermoplastic material. The increased content of mechanical impurities, including abrasive particles, in the formation fluid does not lead to abrasive wear of the surfaces of the impeller 2 made of the described polymer material. The abrasion resistance of the radial friction pair of the stage is provided by the introduction of the sleeve of the protective shaft 21.

Втулка защитная вала 21, представленная на фиг. 5, имеет наружную цилиндрическую поверхность 22, которая вместе с цилиндрической поверхностью 20 направляющего аппарата 1 образуют радиальную пару трения. Повышенное содержание механических примесей, в том числе абразивных частиц, в пластовой жидкости вызывает абразивный износ, в том числе заклинивание, что приводит к необходимости применения полимерных антифрикционных абразивостойких материалов для изготовления втулки защитной вала 21 для повышения абразивной стойкости ступени. Применение полимерных материалов для изготовления втулки защитной вала обусловлено необходимостью исключения процесса заклинивания во время работы погружного многоступенчатого центробежного насоса, в том числе при его повторных запусках. При этом существует значительная разница твердостей элементов радиальной пары трения. Твердость наружной поверхности 22 из абразивостойких антифрикционных полимерных материалов меньше твердости сопрягаемой поверхности 20 направляющего аппарата 1. Данное свойство указанной радиальной пары не позволяет абразивным частицам одновременно внедряться в обе поверхности пары трения. В виду своей меньшей твердости наружная поверхность 22 втулки защитной вала 21 воспринимает большую часть абразивного износа, но при этом не происходит заклинивание радиальной пары трения, что повышает абразивную стойкость ступени и погружного мультифазного насоса в целом. Предлагаются следующие варианты материалов.The protective shaft sleeve 21 shown in FIG. 5 has an outer cylindrical surface 22, which, together with the cylindrical surface 20 of the guide apparatus 1, form a radial friction pair. The increased content of mechanical impurities, including abrasive particles, in the formation fluid causes abrasive wear, including jamming, which necessitates the use of polymer antifriction abrasion-resistant materials for the manufacture of a protective shaft sleeve 21 to increase the abrasion resistance of the step. The use of polymeric materials for the manufacture of a protective shaft sleeve is due to the need to exclude the jamming process during operation of a submersible multistage centrifugal pump, including when it is restarted. In this case, there is a significant difference in the hardnesses of the elements of the radial friction pair. The hardness of the outer surface 22 of abrasion-resistant antifriction polymeric materials is less than the hardness of the mating surface 20 of the guide apparatus 1. This property of the indicated radial pair does not allow abrasive particles to simultaneously penetrate into both surfaces of the friction pair. In view of its lower hardness, the outer surface 22 of the sleeve of the protective shaft 21 perceives most of the abrasive wear, but there is no jamming of the radial friction pair, which increases the abrasion resistance of the stage and the submersible multiphase pump as a whole. The following material options are available.

Абразивостойкий антифрикционный полимерный материал по первому варианту содержит: стеклонаполнитель до 50%; фторопласт до 20%; минеральный наполнитель до 20%; остальное термопластичный материал. Данный абразивостойкий антифрикционный полимерный материал поддается литью под давлением, что обеспечивает высокую технологичность изготовления втулки из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала по первому варианту.The abrasion-resistant antifriction polymer material according to the first embodiment contains: glass filler up to 50%; ftoroplast up to 20%; mineral filler up to 20%; the rest is thermoplastic material. This abrasion resistant antifriction polymer material is injection molded, which ensures high manufacturability of the manufacture of the sleeve of abrasion resistant antifriction polymer material according to the first embodiment.

Абразивостойкий антифрикционный полимерный материал по второму варианту содержит: стеклонаполнитель до 20%; металлический наполнитель до 25%; углеволокно до 8%; кокс до 20%; дисульфид молибдена до 8%; остальное фторопласт. Данный абразивостойкий антифрикционный полимерный материал не поддается литью под давлением, что снижает технологичность изготовления втулки из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала по сравнению с первым вариантом, но обладает более высокими показателями по абразивной стойкости.The abrasion-resistant antifriction polymer material according to the second embodiment contains: glass filler up to 20%; metal filler up to 25%; carbon fiber up to 8%; coke up to 20%; molybdenum disulfide up to 8%; the rest is ftoroplast. This abrasion-resistant antifriction polymer material cannot be injection molded, which reduces the manufacturability of manufacturing a sleeve of abrasion-resistant antifriction polymer material in comparison with the first option, but has higher abrasion resistance.

Абразивостойкий антифрикционный полимерный материал по третьему варианту представлен в виде текстолитов, например ОПМ-94. Текстолиты обладают высокой абразивной стойкостью и при этом достаточно технологичны при изготовлении втулки защитной вала 21.The abrasion resistant antifriction polymer material according to the third embodiment is presented in the form of textolites, for example, OPM-94. Textolites have high abrasion resistance and are quite technologically advanced in the manufacture of a protective shaft sleeve 21.

Абразивостойкий антифрикционный полимерный материал по четвертому варианту представлен в виде резиновых антифрикционных смесей, например смесь резиновая ИРП1293, армированных металлическими и неметаллическими материалами. Резиновые антифрикционные смеси обладают максимальной абразивной стойкостью среди рассматриваемых вариантов. Втулка защитная вала 21, изготовленная из абразивостойкого антифрикционного полимерного материала по четвертому варианту, должна иметь армирующую основу для обеспечения жесткости конструкции при передаче крутящего момента от вала к втулке защитной вала.The abrasion-resistant antifriction polymer material according to the fourth embodiment is presented in the form of rubber antifriction mixtures, for example, rubber mixture IRP1293 reinforced with metal and nonmetallic materials. Rubber antifriction mixtures have maximum abrasion resistance among the considered options. The protective shaft sleeve 21, made of abrasion-resistant antifriction polymer material according to the fourth embodiment, should have a reinforcing base to ensure structural rigidity when transmitting torque from the shaft to the protective shaft sleeve.

Суммарный абразивный износ пар трения образцов втулок защитных вала из материалов по описанным вариантам относительно прототипа, принятого за условную единицу, представлен на фиг. 22. Видно, что все рассмотренные варианты материалов позволяют получить существенное снижение суммарного абразивного износа пары трения «направляющий аппарат 3 - втулка защитная вала 21» относительно пары трения с прототипом. Данные результаты получены при испытании пар трения, в которой металлическая втулка 5 была изготовлена из чугуна типа ЧН16Д7ГХШ, а втулка защитная вала 21 из материалов по описанным выше вариантам.The total abrasive wear of the friction pairs of the samples of the protective shaft bushings from materials according to the described options relative to the prototype adopted as a standard unit is shown in FIG. 22. It can be seen that all the considered material options allow to obtain a significant reduction in the total abrasive wear of the friction pair "guide device 3 - sleeve protective shaft 21" relative to the friction pair with the prototype. These results were obtained when testing friction pairs, in which the metal sleeve 5 was made of cast iron of the type CHN16D7GHSh, and the sleeve of the protective shaft 21 was made of materials according to the options described above.

В рабочем колесе 2 ступени погружного мультифазного насоса количество основных лопастей 13 на диске 12 должно быть равным (фиг. 6) или кратным (фиг. 7) количеству дополнительных осевых лопастей 11. Количество лопастей 11 и 13 зависит от свойств газожидкостной смеси, в том числе приобретенных в условиях эксплуатации, и производительности ступени. Количество дополнительных осевых лопастей 11 прямопропорционально зависит от производительности ступени и окончательно определяется экспериментально для конкретных условий эксплуатации. Рекомендовано изготавливать рабочие колеса с равным количеством дополнительных осевых лопастей 11 и основных лопастей 13 в ступенях погружных мультифазных насосов с производительностью до 60 м³/сут. При увеличении производительности погружного мультифазного насоса свыше 60 м³/сут. рекомендуется кратно увеличивать количество основных лопастей 13 по отношению к количеству дополнительных осевых лопастей 11. Кратное увеличение основных лопастей по отношению к количеству дополнительных лопастей позволяет повысить эффективность процесса дробления газовых пузырьков, то есть диспергации, за счет увеличения количества элементов дробления, то есть кромок и зазоров, через которые вынуждены проходить газовые пузырьки газожидкостной смеси. Кроме того, кратное увеличение количества основных лопастей относительно количества дополнительных лопастей позволяет увеличить напор ступени. В свою очередь, повышение напора позволяет повысить эффективность растворения газа в газожидкостной смеси, так как чем больше разница между давлением на приеме ступени и давлением на выходе из нее, которая в основном и определяет величину напора, тем меньше нерастворенного газа в газожидкостной смеси после ступени. Данная рекомендация подтверждается результатами исследований, которые продемонстрированы на фиг. 20 в виде графической зависимости напора от производительности, выраженной через подачу, при испытаниях на воде и частоте вращения вала 2910 об/мин двух образцов ступени погружного мультифазного насоса: образец 1 - ступень с рабочим колесом с равным количеством дополнительных и основных лопастей, образец 2 - ступень с рабочим колесом, у которого количество основных лопастей больше количества дополнительных в два раза. Из фиг. 20 видно, что образец 2 обладает большей максимальной подачей и напором на всем диапазоне подач, а следовательно, и большей эффективностью процесса диспергации. Аналогичная зависимость наблюдается также у количества основных лопастей 13 по отношению к количеству сквозных отверстий 17 (фиг. 19) и сквозных пазов 18 (фиг. 20).In the impeller 2 of the stage of a submersible multiphase pump, the number of main blades 13 on the disk 12 should be equal (Fig. 6) or multiple (Fig. 7) the number of additional axial blades 11. The number of blades 11 and 13 depends on the properties of the gas-liquid mixture, including acquired under operating conditions, and stage performance. The number of additional axial blades 11 is directly proportional to the performance of the stage and finally determined experimentally for specific operating conditions. It is recommended to produce impellers with an equal number of additional axial blades 11 and main blades 13 in the stages of submersible multiphase pumps with a capacity of up to 60 m ³ / day. With an increase in the productivity of a submersible multiphase pump over 60 m ³ / day. It is recommended to increase the number of main blades 13 by a factor of several with respect to the number of additional axial blades 11. A multiple increase of the main blades by the number of additional blades allows to increase the efficiency of the process of crushing gas bubbles, i.e. dispersion, by increasing the number of crushing elements, i.e. edges and gaps through which gas bubbles of a gas-liquid mixture are forced to pass. In addition, a multiple increase in the number of main blades relative to the number of additional blades allows you to increase the pressure of the stage. In turn, increasing the pressure makes it possible to increase the efficiency of gas dissolution in the gas-liquid mixture, since the greater the difference between the pressure at the receiving stage and the pressure at the outlet, which mainly determines the pressure, the less undissolved gas in the gas-liquid mixture after the stage. This recommendation is confirmed by the results of the studies, which are shown in FIG. 20 in the form of a graphical dependence of the head on productivity, expressed through the supply, when tested on water and a shaft rotation speed of 2910 rpm for two samples of a submersible multiphase pump stage: sample 1 - stage with an impeller with an equal number of additional and main blades, sample 2 - a stage with an impeller, in which the number of main blades is twice as much as the number of additional blades. From FIG. 20 it can be seen that sample 2 has a greater maximum flow and pressure over the entire supply range, and, consequently, a greater efficiency of the dispersion process. A similar dependence is also observed in the number of main blades 13 with respect to the number of through holes 17 (FIG. 19) and through grooves 18 (FIG. 20).

Рабочее колесо 2 ступени погружного мультифазного насоса может иметь различные конструктивные элементы и их сочетания. На фиг. 8 представлено рабочее колесо 2 с основными лопастями 13 и промежуточными лопастями 23 на диске 12. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет усилить эффект растворения газа и дробления газовых пузырьков в пластовой жидкости, а, следовательно, и процесс диспергации, и улучшить условия протекания газожидкостной смеси через основные лопасти.The impeller 2 stages of a submersible multiphase pump can have various structural elements and their combinations. In FIG. 8 shows the impeller 2 with the main blades 13 and intermediate blades 23 on the disk 12. This embodiment of the impeller 2 allows you to enhance the effect of gas dissolution and crushing of gas bubbles in the reservoir fluid, and, consequently, the dispersion process, and improve the flow conditions of the gas-liquid mixture through the main blades.

На фиг. 9 лопасть на диске 12 рабочего колеса 2 может быть выполнена в виде группы укороченных лопастей на входе 24 и на выходе 25. Между лопастями 24 и 25 может располагаться одна и более укороченная лопасть (на фиг. не показано). Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность растворения газа в пластовой жидкости и процесса диспергации потока газожидкостной смеси.In FIG. 9, the blade on the disk 12 of the impeller 2 can be made in the form of a group of shortened blades at the inlet 24 and at the outlet 25. Between the blades 24 and 25 there can be one or more shortened blades (not shown in Fig.). This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of gas dissolution in the reservoir fluid and the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture.

На фиг. 10 представлено рабочее колесо 2 со сквозными отверстиями 26 в диске 12 между основными лопастями 13. Между двумя соседними основными лопастями 13 может быть одно сквозное отверстие 26 (фиг. 10) или несколько сквозных отверстий (на фиг. не показано) с различными сочетаниями взаимного расположения и значениями их диаметров. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата в виду создания вихрей в указанной области.In FIG. 10 shows the impeller 2 with through holes 26 in the disk 12 between the main blades 13. Between two adjacent main blades 13 there can be one through hole 26 (Fig. 10) or several through holes (not shown in Fig.) With various combinations of relative positions and values of their diameters. This embodiment of the impeller 2 reduces the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus in view of the creation of vortices in this region.

На фиг. 11 представлено рабочее колесо 2 со сквозными отверстиями 27 в диске 12, выходящие на основные лопасти 13. При этом диаметр отверстий 27 больше толщины основной лопасти 13. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси, снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата и улучшить условия протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса.In FIG. 11 shows the impeller 2 with through holes 27 in the disk 12, extending to the main blades 13. The diameter of the holes 27 is greater than the thickness of the main blade 13. This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture, reduce the design tendency to the deposition of mechanical impurities between the impeller disk and the upper disk of the guide apparatus and improve the conditions for the flow of gas-liquid mixture through the main impeller blades.

На фиг. 12 представлено рабочее колесо 2 со сквозными пазами 28 в диске 12 между основными лопастями 13. Количество сквозных пазов 28 должно быть кратным, в том числе равным, количеству основных лопастей 13. Между двумя соседними основными лопастями 13 может быть один сквозной паз 28 (фиг. 12) или несколько сквозных пазов (на фиг. не показано) с различными сочетаниями взаимного расположения и их геометрической формы. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата и повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси.In FIG. 12 shows the impeller 2 with through grooves 28 in the disk 12 between the main blades 13. The number of through grooves 28 should be a multiple, including equal, to the number of main blades 13. Between two adjacent main blades 13 there can be one through groove 28 (Fig. 12) or several through grooves (not shown in Fig.) With various combinations of relative position and their geometric shape. This embodiment of the impeller 2 reduces the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus and increase the efficiency of the process of dispersing the flow of a gas-liquid mixture.

На фиг. 13 представлено рабочее колесо 2 со сквозными пазами 29 в диске 12, выходящие на основные лопасти 13. При этом длина пазов 29 больше толщины основных лопастей 13. Количество сквозных пазов 29 должно быть кратным, в том числе равным, количеству основных лопастей 13. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси, снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата и улучшить условия протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса.In FIG. 13 shows the impeller 2 with through grooves 29 in the disk 12, facing the main blades 13. Moreover, the length of the grooves 29 is greater than the thickness of the main blades 13. The number of through grooves 29 must be a multiple, including equal, the number of main blades 13. This option the execution of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture, reduce the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus and improve the condition the flow of a gas-liquid mixture through the main blades of the impeller.

На фиг. 14 представлено рабочее колесо 2 со сквозной кольцевой канавкой 30 в диске 12, выходящей на основные лопасти 13. При этом канавка 30 может быть выполнена в любом количестве, любой формы и размеров. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси, снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата и улучшить условия протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса.In FIG. 14 shows the impeller 2 with a through annular groove 30 in the disk 12 facing the main blades 13. Moreover, the groove 30 can be made in any quantity, any shape and size. This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture, reduce the tendency of the stage design to deposit mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus and improve the flow conditions of the gas-liquid mixture through the main blades of the impeller.

На фиг. 15 представлено рабочее колесо 2, на верхней части основных лопастей 13 которого может быть выполнен паз 31. При этом паз 31 может быть выполнен в любом количестве, любой формы и размеров. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси и улучшить условия протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса.In FIG. 15 shows the impeller 2, on the upper part of the main blades 13 of which a groove 31 can be made. In this case, the groove 31 can be made in any quantity, any shape and size. This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture and improve the conditions for the flow of gas-liquid mixture through the main blades of the impeller.

Участок наружной поверхности 32 диска 12 рабочего колеса 2 между выходными кромками 33 двух соседних основных лопастей 13 может иметь форму в виде лысок 34 (фиг. 16). Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси и снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата.The portion of the outer surface 32 of the disk 12 of the impeller 2 between the output edges 33 of two adjacent main blades 13 may be in the form of flats 34 (Fig. 16). This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture and reduce the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus.

Участок наружной поверхности 32 диска 12 рабочего колеса 2 между выходными кромками 33 двух соседних основных лопастей 13 может иметь форму в виде вогнутой цилиндрической поверхности 35 (фиг. 17). Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси и снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата.The portion of the outer surface 32 of the disk 12 of the impeller 2 between the output edges 33 of two adjacent main blades 13 may be in the form of a concave cylindrical surface 35 (Fig. 17). This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture and reduce the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus.

Участок наружной поверхности 32 диска 12 рабочего колеса 2 между выходными кромками 33 двух соседних основных лопастей 13 может иметь форму в виде сложной поверхности 36 сопряжения, в том числе в виде кривых, описанных любыми функциями, в том числе их сочетанием с простыми линиями и(или) дугами (фиг. 18). Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси и снизить склонность конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата.The portion of the outer surface 32 of the disk 12 of the impeller 2 between the output edges 33 of two adjacent main blades 13 may be in the form of a complex mating surface 36, including in the form of curves described by any functions, including their combination with simple lines and (or ) arcs (Fig. 18). This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture and reduce the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the disk of the impeller and the upper disk of the guide apparatus.

На фиг. 19 представлено рабочее колесо 2 со сквозными отверстиями 17 в диске 16. Применение диска со сквозными отверстиями 17 позволяет повысить технологичность изготовления рабочего колеса 2, в том числе из металлических материалов, путем упрощения литьевой оснастки и получения отверстий механической обработкой, например, сверлением. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси при малых подачах.In FIG. 19 shows the impeller 2 with through holes 17 in the disk 16. The use of a disk with through holes 17 improves the manufacturability of the manufacture of the impeller 2, including from metal materials, by simplifying the injection tooling and making holes by machining, for example, drilling. This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture at low feeds.

На фиг. 20 представлено рабочее колесо 2 со сквозными пазами 18 в диске 16. Применение сквозных пазов 18 позволяет повысить технологичность изготовления рабочего колеса 2 путем упрощения литьевой оснастки. Такой вариант исполнения рабочего колеса 2 позволяет повысить эффективность процесса диспергации потока газожидкостной смеси при малых подачах.In FIG. 20 shows the impeller 2 with through grooves 18 in the disk 16. The use of through grooves 18 allows to increase the manufacturability of the manufacture of the impeller 2 by simplifying the injection equipment. This embodiment of the impeller 2 can improve the efficiency of the process of dispersing the flow of gas-liquid mixture at low feeds.

Рабочее колесо 2 ступени погружного мультифазного насоса может быть выполнено из различных материалов в зависимости от условий эксплуатации.The impeller 2 stages of a submersible multiphase pump can be made of various materials depending on the operating conditions.

Описанная конструкция позволяет достичь следующие положительные результаты. Повышение абразивной стойкости ступени достигается путем повышения абразивной стойкости рабочего колеса и направляющего аппарата. Абразивная стойкость рабочего колеса достигается повышением абразивной стойкости его втулки в осевом направлении, введением антифрикционной шайбы на ее верхней части. При избыточных подачах газожидкостной пластовой смеси происходит перемещение рабочего колеса вверх по валу до соприкосновения верхней части втулки рабочего колеса с нижней частью втулки направляющего аппарата, так называемое «всплытие» рабочего колеса. В данном положении указанные поверхности интенсивно изнашиваются при повышенном содержании механических примесей, в том числе абразивных частиц, в газожидкостной пластовой смеси. При этом зазор между основными лопастями рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата сокращается до нуля, то есть основные лопасти начинают касаться нижнего диска направляющего аппарата. При работе ступени погружного мультифазного насоса скорость уменьшения зазора между основными лопастями рабочего колеса и нижним диском направляющего аппарата снижается при помощи антифрикционной шайбы с верхней стороны втулки рабочего колеса. Абразивная стойкость направляющего аппарата повышается путем применения в его конструкции металлических материалов. При этом не происходит заклинивание основных лопастей рабочего колеса в паре с нижним металлическим диском направляющего аппарата в случае их сопряжения. Повышение абразивной стойкости ступени погружного мультифазного насоса в радиальном направлении достигается изменением ее состава, где дополнительно введена втулка защитная вала из антифрикционных абразивостойких полимерных материалов, а втулка рабочего колеса не имеет цилиндрических участков для сопряжения со втулкой направляющего аппарата, что также снижает трудоемкость технологического процесса ремонта ступени, так как не требуется дополнительная механическая операция по отделению изношенных участков втулки от рабочего колеса. Ступень погружного мультифазного насоса с частями из полимерных термопластичных материалов имеет ограничение по применению при повышенной температуре газожидкостной смеси, приобретенной в процессе эксплуатации, то есть выше температуры размягчения полимерного материала. Повышение теплостойкости рабочего колеса и направляющего аппарата осуществляется путем применения металлических материалов, например, металлопорошковых или чугунов. При повышенном содержании механических примесей, в том числе абразивных частиц, в газожидкостной пластовой смеси возможно их накапливание между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата с последующим коксованием, вследствие чего возможен износ диска рабочего колеса или его заклинивание. Снижение склонности конструкции ступени к отложению механических примесей между диском рабочего колеса и верхним диском направляющего аппарата достигается путем создания вихрей в данной области с помощью изменения формы диска рабочего колеса. Сложность конструкции рабочего колеса с дополнительными осевыми лопастями между втулкой и диском снижает технологичность его изготовления и усложняет литейную оснастку. Упрощение конструкции рабочего колеса на участке между втулкой и диском достигается введением диска со сквозными отверстиями и(или) пазами вместо дополнительных осевых лопастей. Повышение эффективности процесса диспергации при подачах свыше 60 м³/сут, растворения газа в пластовой жидкости и улучшение условий протекания газожидкостной смеси через основные лопасти рабочего колеса достигается путем изменения его конструкции: кратному увеличению количества основных лопастей по отношению к количеству дополнительных осевых лопастей, введением промежуточных лопастей на диске, введением групп укороченных лопастей, введением пазов на верхней части основных лопастей.The described design allows to achieve the following positive results. Improving the abrasion resistance of a step is achieved by increasing the abrasion resistance of the impeller and guide vane. The abrasion resistance of the impeller is achieved by increasing the abrasion resistance of its sleeve in the axial direction, the introduction of an antifriction washer on its upper part. With excessive feeds of the gas-liquid formation mixture, the impeller moves up the shaft until the upper part of the impeller sleeve comes into contact with the lower part of the guide vane sleeve, the so-called “ascent” of the impeller. In this position, these surfaces wear out intensively with a high content of mechanical impurities, including abrasive particles, in the gas-liquid formation mixture. In this case, the gap between the main blades of the impeller and the lower disk of the guide apparatus is reduced to zero, that is, the main blades begin to touch the lower disk of the guide apparatus. During operation of a submersible multiphase pump stage, the speed of decreasing the gap between the main impeller blades and the lower disk of the guide vane is reduced with the help of an antifriction washer on the upper side of the impeller bushing. The abrasion resistance of the guide vane is enhanced by the use of metallic materials in its construction. In this case, the main impeller blades are not jammed in pair with the lower metal disk of the guide apparatus in case of their pairing. An increase in the abrasion resistance of a step of a submersible multiphase pump in the radial direction is achieved by changing its composition, where a protective shaft sleeve from antifriction abrasion-resistant polymeric materials is additionally introduced, and the impeller sleeve does not have cylindrical sections for interfacing with the guide apparatus sleeve, which also reduces the complexity of the stage repair process , since no additional mechanical operation is required to separate the worn sections of the sleeve from the working stake a. The step of a submersible multiphase pump with parts of polymer thermoplastic materials has a limitation on the use at elevated temperatures of a gas-liquid mixture acquired during operation, that is, above the softening temperature of the polymer material. Increasing the heat resistance of the impeller and the guide apparatus is carried out by the use of metallic materials, for example, metal powder or cast irons. With a high content of mechanical impurities, including abrasive particles, in a gas-liquid formation mixture, they can accumulate between the impeller disk and the upper disk of the guide vane with subsequent coking, as a result of which the impeller disk may wear or jam. Reducing the tendency of the design of the stage to the deposition of mechanical impurities between the impeller disk and the upper disk of the guide vane is achieved by creating vortices in this area by changing the shape of the impeller disk. The complexity of the design of the impeller with additional axial blades between the sleeve and the disk reduces the manufacturability of its manufacture and complicates the casting equipment. Simplification of the design of the impeller in the area between the sleeve and the disk is achieved by introducing a disk with through holes and (or) grooves instead of additional axial blades. Increasing the efficiency of the dispersion process at feeds of more than 60 m ³ / day, dissolving gas in the reservoir fluid and improving the flow of gas-liquid mixture through the main blades of the impeller is achieved by changing its design: a multiple increase in the number of main blades relative to the number of additional axial blades, the introduction of intermediate blades on the disk, the introduction of groups of shortened blades, the introduction of grooves on the upper part of the main blades.

Claims

1. The stage of the submersible multiphase pump, containing a guide apparatus with upper and lower disks, between which the blades are located, forming channels, the impeller with the main blades located on the upper surface of the impeller disk, an antifriction washer on the lower side of the disk and a sleeve mated through a key with a shaft, characterized in that the impeller disk is connected to the sleeve by additional blades.

2. The step of the submersible multiphase pump, containing a guide apparatus with upper and lower disks, between which the blades are located, forming channels, the impeller with the main blades located on the upper surface of the impeller disk, an antifriction washer on the lower side of the disk and a sleeve mated through a key with a shaft, characterized in that the impeller disk is connected to the sleeve by a disk with through holes.

3. The step of the submersible multiphase pump according to claim 2, characterized in that the through holes are made in the form of grooves.

4. The step of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the guide apparatus and the impeller are made of metal materials.

5. Stage submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that on the upper side of the impeller there is an antifriction washer.

6. The step of a submersible multiphase pump according to claim 1, characterized in that the impeller can be made of a polymeric material comprising the following components:

glass filler up to 50%;

ftoroplast up to 20%;

mineral filler up to 20%;

thermoplastic material rest.

7. The step of the submersible multiphase pump according to claim 1, characterized in that the impeller can be made of a polymeric material comprising the following components:

glass filler up to 60%;

thermoplastic material rest.

8. The step of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the sleeve of the protective shaft is additionally inserted.

9. The step of the submersible multiphase pump according to claim 8, characterized in that the protective shaft sleeve is made of abrasion-resistant antifriction polymer material, consisting of the following components:

glass filler up to 50%;

ftoroplast up to 20%;

mineral filler up to 20%;

thermoplastic material rest.

10. The stage of a submersible multiphase pump according to claim 8, characterized in that the protective shaft sleeve is made of an abrasion-resistant antifriction polymer material consisting of the following components:

glass filler up to 20%;

metal filler up to 25%;

carbon fiber up to 8%;

coke up to 20%;

molybdenum disulfide up to 8%;

ftoroplast rest.

11. The step of a submersible multiphase pump according to claim 8, characterized in that the protective shaft sleeve is made of abrasion-resistant antifriction polymer material in the form of textolites.

12. The submersible multiphase pump stage according to claim 8, characterized in that the protective shaft sleeve is made of abrasion resistant antifriction polymer material in the form of rubber antifriction mixtures.

13. The stage of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that on the upper part of the impeller disk between the main blades there are intermediate blades.

14. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the main blade is made in the form of a group of shortened blades.

15. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that between the main blades are made through holes in the disk of the impeller with various combinations of relative positions and their diameters.

16. The stage of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that in the disk of the impeller through holes are made that extend onto the main blades and have a diameter greater than the thickness of the main blade.

17. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that between two adjacent main blades made one or more through grooves in the disk of the impeller.

18. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that in the impeller disk there are made through grooves that extend onto the main blades and have a length greater than the thickness of the main blades.

19. The stage of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that in the impeller disk there is a through annular groove extending onto the main blades.

20. The stage of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that on the upper part of the main blades a groove is made.

21. The stage of the submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that on the outer surface of the impeller disk between the output edges of two adjacent main blades flats are made.

22. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the portion of the outer surface of the impeller disk between the output edges of two adjacent main blades has a shape in the form of a concave cylindrical surface.

23. The step of a submersible multiphase pump according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the portion of the outer surface of the impeller disk between the output edges of two adjacent main blades has a shape in the form of curves described by combinations of arcs and (or) lines.