УЗЕЛ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)
NODE FOR HYDRAULIC PROTECTION OF THE SUBMERSIBLE OIL-COMPLETED ELECTRIC MOTOR (OPTIONS)

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть применено в установках для гидрозащиты погружных электродвигателей для электроцентробежных насосов, используемых для добычи пластовой жидкости из скважин.
Известно устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее вал, упорный и радиальный подшипники и, по меньшей мере, одну ступень, в состав которой входит цилиндрический корпус, окружающая вал труба, коаксиально установленная внутри цилиндрического корпуса с образованием кольцевой камеры, ограниченной корпусом и трубой, первый и второй ниппели, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка, по меньшей мере, одно уплотнение вала и установленные внутри кольцевой камеры с возможностью возвратно-поступательного движения в ней кольцевой поршень и два кольцевых элемента, выполненных со стороны торца кольцевого поршня, контактирующего с пластовой жидкостью, в виде отрезков внешней и внутренней трубок. При этом кольцевой поршень разделяет кольцевую камеру на два участка, один из которых обращенный ко второму ниппелю, сообщен с затрубным пространством и заполнен его пластовой жидкостью, другой, обращенный к первому ниппелю, заполнен диэлектрической жидкостью электродвигателя и снабжен, по меньшей мере, одним опорным центрирующим кольцом, по меньшей мере, одним уплотнителем, расположенным в месте контакта кольцевого поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, и, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте контакта кольцевого поршня с внешней поверхностью трубы (по патенту RU 2513546, МПК F04D 13/10, опубликовано 20.04.14).
Недостатком известного технического решения является низкая надежность в результате сложности синхронизации движения кольцевого поршня и кольцевых элементов. В случае заклинивания поршня или одного из элементов происходит остановка движения всей демпфирующей системы.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий вал, упорный и радиальный подшипники и, по меньшей мере, одну ступень, в состав которой входят цилиндрический корпус, коаксиально установленная внутри него окружающая вал трубка, первый и второй ниппели, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка, торцевое уплотнение и кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, разделяя при этом данную кольцевую камеру на два участка, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями. Входящий в состав протектора подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости, представляет собой кольцевой поршень (по патенту US 6307290, МПК H02K 5/132, F04D 13/08, опубликовано 23.10.01).
Недостатком известного технического решения является то, что в процессе эксплуатации на ограничивающих кольцевую камеру внутренней стенке цилиндрического корпуса и внешней стенке гильзы образуются солеотложения (продукты реакции стенок кольцевой камеры и химически активной пластовой жидкости). Подобные образования существенно препятствуют движению кольцевого поршня в пределах соответствующего участка кольцевой камеры, вплоть до полного заклинивания поршня и, следовательно, выхода протектора из строя. Указанные процессы вызывают повышенный износ внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности гильзы вследствие трения, возникающего между ними, и, как следствие, снижение надежности работы протектора.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и ресурса работы узла путем исключения попадания пластовой жидкости в камеру компенсирующего элемента.
Техническими результатами являются повышение надежности и ресурса работы узла для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя (далее - гидрозащита).
Указанные технические результаты достигаются с использованием вариантов узла гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя.
По одному варианту узел для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, предназначенный для установки в верхней части электродвигателя со стороны насоса, содержащий вал, головку, упорный и радиальный подшипники, торцевое уплотнение, по крайней мере, один компенсирующий модуль, в состав которого входят два ниппеля, соединенных цилиндрическим корпусом, компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, отличающийся тем, что узел снабжен устройством для принудительного движения компенсирующего элемента с использованием энергии сжатого газа, содержащим полость, гидравлически связанную с одной из полостей компенсирующего модуля и составляющую с ней замкнутую область.
В устройство для принудительного движения компенсирующего элемента, использующее энергию сжатого газа, входит, по крайней мере, один модуль, содержащий ниппель, цилиндрический корпус, трубку, которая установлена снаружи вала, устройство для заправки газом.
Компенсирующий элемент выполнен в виде поршня.
В устройство для принудительного движения компенсирующего элемента входит, по крайней мере, один модуль, содержащий ниппель, цилиндрический корпус, трубку, которая установлена снаружи вала, гидравлически связанный с одной из полостей компенсирующего модуля через канал в ниппеле, причем в канале установлено устройство для дозированной подачи газа в компенсирующий модуль для поддержания в нем заданной величины давления.
Над торцевым уплотнением размещен динамический лабиринт, включающий динамическую втулку, которая установлена на валу, причем торцевое уплотнение не имеет гидравлической связи с полостью компенсирующего модуля.
По другому варианту узел для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, предназначенный для установки в нижней части двигателя, в котором нет соединения с насосом, содержащий, по крайней мере, один компенсирующий модуль, в состав которого входят два ниппеля, соединенных цилиндрическим корпусом, компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, отличающийся тем, что узел снабжен устройством для принудительного движения компенсирующего элемента с использованием энергии сжатого газа, содержащим полость, гидравлически связанную с одной из полостей компенсирующего модуля и составляющую с ней замкнутую область. При этом компенсирующий элемент выполнен в виде поршня.
За счет того что устройство для принудительного движения поршня заполнено газовой средой, которая может изменять свой объем в результате изменения давления, обеспечивается работа компенсирующего модуля, который компенсирует температурное изменение объема масла электродвигателя. Исключается связь компенсирующего модуля с затрубным пространством, заполненным химически активной пластовой жидкостью с механическими примесями.
Устройство для дозированной подачи газа позволяет обеспечить необходимый перепад давления на торцевом уплотнении.
Динамический лабиринт препятствует попаданию пластовой жидкости в зону над торцевым уплотнением.
Помимо поршня в качестве компенсирующего элемента может быть использован сильфон или упругая мембрана (диафрагма).
Изобретение поясняется фигурами, на которых изображено:
Фиг. 1 - узел для гидравлической защиты электродвигателя с устройством для принудительного движения поршня, устанавливаемое над погружным электродвигателем.
Фиг. 2 - узел для гидравлической защиты электродвигателя с устройством для принудительного движения поршня, устанавливаемое под погружным электродвигателем.
Фиг. 3 - динамический лабиринт.
Гидрозащита (фиг. 1) устанавливается над погружным электродвигателем (на фигуре не показан) и содержит вал 1, головку 2, упорный 3 и радиальный 4 подшипники и компенсирующий модуль, в состав которого входят цилиндрический корпус 5, коаксиально установленная внутри него втулка направляющая 6, средний 7 и нижний 8 ниппели, кольцевой поршень 9, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения, торцевое уплотнение 10, устройство для принудительного движения поршня, состоящее из цилиндрического корпуса 11, коаксиально установленной внутри него трубки 12, среднего 7 и верхнего 13 ниппелей.
Кольцевой поршень 9 разделяет компенсирующий модуль на две полости: нижнюю 14 и верхнюю 15, заполненные соответственно диэлектрической (масляной) и газовой (воздух) средой. Верхняя полость 15 связана каналом 16 с устройством дозированной подачи газ 17 с полостью 18 устройства для принудительного движения поршня. Нижний ниппель 8 соединен с основанием 19.
На валу 1 установлен отбойник 20.
В нижнем ниппеле 8 выполнен канал 21, а в основании 17 канал 22.
Канал 23 с пробкой 24, расположенный в нижнем ниппеле 27, служит для заправки гидрозащиты маслом (совместно с погружным электродвигателем).
Канал 25 с пробкой 26 и клапаном 27, расположенный в среднем ниппеле 7, служит для закачивания в устройство для принудительного движения поршня воздуха под необходимым давлением.
Гидрозащита (фиг. 2) устанавливается под погружным электродвигателем (на фиг. не показан) и содержит верхний 28 и нижний 29 ниппели, соединенные цилиндрическим корпусом 30. Внутри корпуса 30 расположен поршень 31, разделяющий две полости: нижнюю 32 и верхнюю 33, заполненные соответственно газовой (воздух) и диэлектрической (масляной) средой. На нижнем ниппеле 29 расположен упор 34. В верхнем ниппеле 28 выполнен канал 35, связывающий верхнюю полость 33 с внутренней полостью электродвигателя.
Канал 36 с пробкой 37 и клапаном 38, расположенный в нижнем ниппеле 29, служит для закачивания в нижнюю полость 32 устройства для принудительного движения поршня воздуха под необходимым давлением.
В головке 2 размещен узел динамического лабиринта, включающий втулку динамическую 39 (фиг. 3), жестко установленную на валу 1, и втулку лабиринта 40, установленную на верхнем ниппеле 13.
Гидрозащита, установленная над электродвигателем, работает следующим образом. Перед спуском в скважину устройство для гидравлической защиты вместе с погружным электродвигателем заполняется диэлектрическим маслом. В полость 18 закачивается газ (воздух). При включении электродвигателя крутящий момент от вала электродвигателя передается через вал 1 гидрозащиты валу погружного центробежного насоса. Компенсация утечек диэлектрического масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановах осуществляется за счет изменения объема полости 14 при перемещении кольцевого поршня 9, при этом изменяется объем полости 15 заполненной газовой (сжимаемой) средой.
Защита от попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя осуществляется при помощи торцевого уплотнения 10.
При вращении вала 1 насоса начинает вращаться и динамический лабиринт, частью которого является втулка динамическая 39, жестко связанная с валом 1, при этом механические примеси отбрасываются на периферию. Газ, растворенный в пластовой жидкости, скапливается в верхней части втулки динамической 39 и, также, препятствует попаданию механических примесей в зону торцевого уплотнения 10, что положительно сказывается на надежности гидрозащиты.
Гидрозащита, установленная под электродвигателем, работает следующим образом. Перед спуском в скважину устройство для гидравлической защиты вместе с погружным электродвигателем заполняется диэлектрическим маслом. В полость 32 закачивается газ (воздух). Компенсация утечек диэлектрического масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановах осуществляется за счет изменения объема полости 33 при перемещении поршня 31, при этом изменяется объем полости 32 заполненной газовой (сжимаемой) средой.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, повышают надежность работы узла гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, исключая попадание пластовой жидкости в камеру компенсирующего элемента.