СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНЫХ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ГИДРОЗАЩИТ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ
METHOD FOR COMPARATIVE BENCH TESTS OF HYDRAULIC PROTECTION OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTORS FOR FAULT TOLERANCE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для тестирования как серийных, так и опытных гидрозащит погружных электродвигателей.
Отказоустойчивость гидрозащит обычно определяется в ходе эксплуатационных испытаний на надежность [см., например, Пятов И.С., Аристов Б.В. Поршневая гидрозащита ПЭД - опыт применения в битумных скважинах // «Нефтегазовая Вертикаль», 2013, №13-14. С. 66-68].
Недостатками такого способа являются продолжительность и высокая стоимость испытаний. Кроме того, результаты могут быть неточными вследствие неконтролируемых условий скважинной эксплуатации, для получения достоверных результатов необходимо проведение множества скважинных испытаний.
Известны способы стендовых испытаний гидрозащит, включающиеся проверку герметичности неподвижных торцевых уплотнений и измерение вибрации и момента при вращении вала гидрозащиты. Однако утечки через уплотнения в этих способах не измеряются [Камелин А. Автоматизированная система управления стендом тестирования гидрозащиты погружного электродвигателя // Современные технологии автоматизации, 2005, №2. С. 58-61].
Наиболее близким к заявляемому является способ стендовых испытаний гидрозащит погружных электродвигателей, включающий заполнение испытываемой гидрозащиты маслом и проверку на герметичность торцевых уплотнений с помощью датчика, определяющего падения давления в полости гидрозащиты [Св-во на полезную модель №30982 РФ, G01M 10/00, F15B 19/00, опубл. 04.12.2002].
Недостатком этого способа является то, что в ходе испытаний проверяется работоспособность гидрозащиты только на начальный момент времени и не оценивается безотказной ее работы во время эксплуатации, к тому же способ характеризуется достаточной длительностью.
Технический результат предлагаемого способа заключается в сокращении времени испытаний и объективном прогнозировании безотказности работы гидрозащиты во время эксплуатации за счет проверки ее способности сохранять внутри объем масла.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе сравнительных стендовых испытаний гидрозащит погружных электродвигателей на отказоустойчивость, включающем заполнение испытываемой гидрозащиты маслом и проверку ее торцевых уплотнений на герметичность при обтекании охлаждающей пластовой жидкостью, согласно изобретению испытания проводят в нестационарных условиях, заключающихся в повторяющихся запусках и остановках гидрозащит, вызывающих максимальные колебания температуры и давления масла, приводящие к его утечкам через торцевое уплотнение, при каждом запуске масло нагревают до максимально допустимой для материала гидрозащиты температуры, а при остановке охлаждают до температуры пластовой жидкости, при этом об отказоустойчивости судят по количеству жидкости, вытекшей из гидрозащиты и попавшей в нее извне.
Для контроля обоснованности выбора материалов узлов гидрозащиты в местах возможных локальных перегревов масла внутри гидрозащиты размещают термопары для измерения температуры.
Кроме того, при испытаниях используют взаимонерастворимые охлаждающую жидкость и масло, чтобы достоверно определить количество жидкости, попавшей в гидрозащиту извне и вытекшего из нее наружу масла.
При каждом запуске масло в гидрозащите нагревается за счет тепловых потерь в погружном электродвигателе (ПЭД) и тепловых потерь внутри гидрозащиты: в подшипниках и торцевых уплотнениях. Температура охлаждающей жидкости, обтекающей ПЭД и гидрозащиту, соответствует температуре пластовой жидкости.
Образующуюся внутри гидрозащиты механическую смесь масла и охлаждающей жидкости периодически сливают из гидрозащиты и отстаивают, после чего измеряют количество охлаждающей жидкости, попавшей внутрь гидрозащиты, и количество масла, оставшегося в гидрозащите. По результатам испытаний строят зависимость объема масла и охлаждающей жидкости внутри гидрозащиты от числа циклов запуск-остановка. При попадании внутрь гидрозащиты охлаждающей жидкости, достаточной для снижения диэлектрической прочности масла ниже критического уровня (задается требованиями к маслу), считается, что наступило состояние отказа, так как возможен электрический пробой электродвигателя. Вытекание из гидрозащиты объема масла, равного компенсирующему объему гидрозащиты, также считается наступлением отказа вследствие потери гидрозащитой компенсирующей способности.
На фиг. 1 представлен стенд для проведения испытаний по заявляемому способу, на фиг. 2 - общий вид испытываемой гидрозащиты.
Стенд для проведения испытаний (фиг. 1) содержит обсадную колонну 1, в которую монтируется ПЭД 2 и гидрозащита 3. К выходному валу гидрозащиты стыкуется узел 4, предназначенный для создания радиальной и осевой нагрузок. В качестве такого узла может использоваться, например, центробежный насос. Испытываемая гидрозащита 3 (фиг. 2) имеет размещенную во внутренней полости диафрагму 5. С одной стороны гидрозащиты расположено торцевое уплотнение 6, а с другой - осевой подшипник 7, воспринимающий нагрузку от узла 4.
Способ реализуется следующим образом.
После запуска ПЭД 2 охлаждающую жидкость, нагретую до температуры пластовой жидкости, подают в обсадную колонну 1, где она, обтекая ПЭД 2 и гидрозащиту 3, на которую от узла 4 подается радиальная и осевая нагрузки, нагревается. Нагретая жидкость выходит из обсадной колонны 1 и попадает в охладитель (не показан), где остывает до исходной температуры пластовой жидкости, после чего идет снова в обсадную колонну. В ходе испытаний режим работы ПЭД 2 подбирают таким образом, чтобы масло внутри него нагревалось до максимально допустимой температуры, которую выдерживают материалы гидрозащиты, а гидрозащиту 3 с помощью узла 4 нагружают максимальной осевой силой, что увеличивает давление и вызывает дополнительное тепловыделение в области осевого подшипника 7, поэтому температура внутри гидрозащиты 3 становится выше, чем в ПЭД 2. Создание экстремальных условий (максимально возможных при эксплуатации давления и температуры) внутри гидрозащиты 3, приводящих к утечке из нее масла и замещению последнего охлаждающей жидкостью, обтекающей ПЭД и гидрозащиту, существенно сокращает время проведения испытаний. После установления заданной температуры внутри ПЭД 2 его выключают и нагрузка с гидрозащиты 3 снимается. Периодически через определенное число запусков-остановок из гидрозащиты 3 и ПЭД 2 сливается механическая смесь масла и охлаждающей жидкости, отстаивается и измеряется количество масла и охлаждающей жидкости.
Для контроля температурного режима внутри гидрозащиты и обоснованности выбора материалов гидрозащиты в места возможного локального перегрева (торцевое уплотнение 6, осевой подшипник 7, диафрагма 5) устанавливаются термопары. По полученным показаниям температуры может быть скорректирован выбор материалов для изготовления отдельных узлов гидрозащиты.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет проводить ускоренные сравнительные испытания гидрозащит на отказоустойчивость. Критериями отказа служат:
- вытекание из гидрозащиты объема масла, равного компенсирующему объему гидрозащиты,
- попадание внутрь гидрозащиты охлаждающей жидкости в объеме, достаточном для снижения диэлектрической прочности масла ниже критического уровня (задается требованиями к маслу),
- механические повреждения узлов гидрозащиты (торцевых уплотнений, диафрагмы, подшипников).
При наступлении любого из вышеперечисленных условий испытание прекращается и фиксируется число циклов запусков-остановок гидрозащиты до этого момента. Это число определяет ресурс гидрозащиты при циклической эксплуатации в скважине.