Установка электроцентробежных насосов с погружным электродвигателем в герметичном кожухе охлаждения
INSTALLATION OF ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMPS WITH A SUBMERSIBLE MOTOR IN A SEALED COOLING JACKET

Установка электроцентробежных насосов  с погружным электродвигателем в герметичном кожухе охлаждения  относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для защиты оборудования в скважине от перегрева в процессе добычи нефти, снижения вредного влияния попутного газа и увеличения срока межремонтной  безаварийной работы установки.
Известен погружной насосный агрегат с системой принудительного охлаждения (аналог), патент РФ № 2293217 С1, дата подачи заявки 15.09.2005, опубликовано 10.02.2007 содержащем насос и приводной электродвигатель, размещенный в кожухе принудительного обтекания с отверстиями на боковой поверхности, в котором  установлен центробежный газосепаратор, включающий вал с последовательно расположенными на валу шнековым узлом, центробежным сепарирующим узлом и дополнительным шнековым узлом, канал для отвода отсепарированной жидкости и канал для отвода газожидкостной смеси, причем входная часть канала для отвода газожидкостной смеси образована полостью с дополнительным шнековым узлом, кожух принудительного обтекания охватывает  по меньшей мере часть внешних поверхностей электродвигателя и газосепаратора, боковые отверстия кожуха выполнены в его нижней части, конструкция кожуха выполнена с возможностью обеспечения протока жидкости, откачиваемой из межтрубного пространства, через вышеуказанные боковые отверстия кожуха.
В данной конструкции негерметичное соединение кожуха охлаждения с верхней частью гильзы-вставки, допускает поступление части жидкости во входной модуль насоса сверху, снижая эффективность охлаждения электродвигателя, тем самым снижает срок межремонтной  безаварийной работы установки.
Самым близким по своей технической сущности является устройство для добычи нефти из скважин с малым дебитом известное из патента № 2739799 с приоритетом от 23.07.2020 г., характеризующееся тем, что содержит насос, кинетически связанный валом с погружным электродвигателем, отличающееся тем, что погружной электродвигатель установлен в полый кожух с образованием канала между внешней поверхностью упомянутого двигателя и внутренней поверхностью кожуха, при этом полость кожуха изолирована от внешней среды, забор насоса выведен за полость кожуха в нижней части устройства, а выброс насоса сообщен с полостью кожуха.
При данной компоновке устройства, насос расположен ниже герметичного кожуха и для охлаждения создает повышенное давление вовнутрь кожуха, то есть все оборудование, расположенное внутри герметичного кожуха, охлаждается жидкостью под высоким давлением, что приводит к быстрому износу оборудования, а также ведет к дополнительным затратам на герметизацию в верхней и нижней части кожуха.
Техническим результатом заявленной установки электроцентробежных насосов с погружным электродвигателем в герметичном кожухе охлаждения является расширение арсенала технических средств, обеспечивающих увеличение срока межремонтной  безаварийной работы установки.
,
Заявленный технический результат достигается за счет того, что  каждый электроцентробежный насос расположен над кожухом герметичным с погружным электродвигателем;  кожух герметичный своей верхней частью охватывает  приемную часть с входным модулем электроцентробежного  насоса; входной модуль дополнительно снабжен, плотно прилегающей к модулю, кабельной манжетой, герметизирующей жилы кабеля питания установки; входной модуль скреплен с кабельной манжетой, охватывающим их герметизирующим кольцом,    перекрывающим кольцевой зазор между внутренней поверхностью кожуха и  входным модулем с прикрепленной кабельной манжетой. Увеличение срока межремонтной  безаварийной работы установки, достигается тем, что герметизируют кольцевой зазор между входным модулем электроцентробежного насоса, снабженного, герметизирующей жилы кабеля питания установки, кабельной манжетой, и  внутренней поверхностью кожуха, что позволяет удерживать рабочее давление до 50 атм. Данная компоновка, установки электроцентробежных насосов с погружным электродвигателем в герметичном кожухе, с герметизирующим входным модулем ЭЦН, снабженным плотно прилегающей кабельной манжетой 9, и его расположением в кожухе над погружным электродвигателем,  в совокупности  с ограниченным размером кольцевого зазора  между внутренней поверхностью кожуха и размещенного внутри оборудования, обеспечивает максимальную скорость обтекания пластовой жидкостью, и интенсивное охлаждение электродвигателя. Конструкция позволяет обеспечить эффективное функционирование системы охлаждения двигателя, исключает забор газожидкостной смеси через герметизированное соединение кожуха и входного модуля, и кабеля питания установки электроцентробежных насосов, что увеличивает межремонтный срок безаварийной работы установки. Компоновка установки электроцентробежных насосов (далее - УЭЦН)  с погружным электродвигателем в герметичном кожухе иллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 изображена компоновка всего устройствана фиг. 2 изображен разрез  кожуха установки,  на фиг. 3 изображено место  герметизации кожуха входным  модулем ЭЦН с кабельной  манжегой,  с уплотнением герметизирующим кольцом.
Суть технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3  изображен  модуль 1 входной ЭЦН, входные отверстия  2 модуля, кожух 3, переводник 4 кожуха, удлинитель 5 кожуха, переводник 6 с резьбой навесной колонны труб (далее – НКТ), кабель 7 электропитания  установки, герметизирующее резиновое кольцо 8, кабельная манжета 9, углубление 10 под стопорный винт, гидрозащита 11 погружного электродвигателя, погружной электродвигатель 12 (далее - ПЭД), погружной блок 13 телеметрии, центратор 14 электродвигателя, подвеска 15 навесной колонны труб (далее – НКТ), канавка 16 на манжете под кольцо резиновое,  кольцевой зазор 17 между корпусом кожуха и размещенным оборудованием, приемная часть насоса 18, канавка 19 на входном модуле под герметизирующее резиновое кольцо.
,
Установка выполнена следующим образом. В установке электроцентробежный насос (далее – ЭЦН) установлен над кожухом 3 герметичным. Кожух 3  выполнен в виде полой трубы, охватывающей приемную часть 18 ЭЦН с модулем 1 входным  с кабельной манжетой 9,  кабель 7 электропитания  установки, гидрозащиту 11 погружного электродвигателя 12, блок 13 телеметрии, центратор 14 электродвигателя. Модуль входной 1 ЭЦН, снабжен входными отверстиями 2, через которые проходит добываемая жидкость, и размещен асимметрично оси кожуха 3, с полостью для монтажа кабеля питания УЭНЦ  кабельной манжетой  9  и предназначен для  герметизации от попадания сверху газожидкостной смеси в кожух 3. Кабельная манжета 9 предназначена, для герметизации места соединения жил, кабеля 7 подводящего электропитание к ПЭД. (фиг.3) Кабельная манжета  9 выполнена в виде втулки, плотно прилегающей к модулю  входному 1, в месте входа кабеля 7, и снаружи снабжена канавкой 16 под герметизирующее резиновое кольцо 8. Разделанная область кабеля на жилы без брони уложена в кабельную манжету 9 с отверстиями, вдоль которых имеется продольная прорезь. Диаметр отверстий в манжете 9 соответствует сечению  продолжения кабеля 7, а в месте привалочной поверхности кабельной манжеты 9 к корпусу 3, имеется канавка 16 под герметизирующее резиновое кольцо 8, являющееся продолжением канавки 19 на входном модуле. Резиновое герметизирующее кольцо 8 расположенное между дном канавок 16 и 19 и внутренней поверхностью кожуха 3, герметизирует входной модуль 1 с кабельной манжетой 9, уплотняет место  соединения внутренней части кожуха 3, и предотвращает поступление газожидкостной смеси через место соединения. Модуль входной 1 соединен с герметичным кожухом 3 при помощи винтов с цилиндрической головкой с шестигранным углублением 10, расположенной в углублении входного модуля 1. Для упрощения монтажа всей конструкции кожух 3 выполнен из отдельных частей, и снабжен переводником 4 для соединения с удлинителем 5, ипереводником 6 снабженного резьбой для соединения с колонной НКТ. Между внутренней поверхностью кожуха 3 по всей длине, и корпусами установленного оборудования, в том числе и электродвигателя 12 имеется узкая, ограниченная внутренней поверхностью кожуха 3 кольцевая полость 17что обеспечивает большую скорость обтекания оборудования внутри полости пластовой жидкостью, «щадящий» температурный режим его эксплуатации, для повышения безаварийного ресурса работы всей установки. Гидрозащита 11, расположенная внутри кожуха 3 между модулем 1 входным и погружным электродвигателем 12, выполнена в виде цилиндрического кожуха меньшего диаметра, чем герметичный кожух, и предназначена для защиты оборудования заказчика в т.ч. ПЭД от гидравлических и механических повреждений. Данная компоновка установки электроцентробежных насосов с погружным электродвигателем 12 в герметичном кожухе,  с герметизирующим входным модулем 1 ЭЦН,  снабженным плотно прилегающей кабельной манжетой 9, и расположенным вверху кожуха над погружным электродвигателем 12,  в совокупности  с ограниченным размером кольцевого зазора 17 между внутренней поверхностью кожуха и размещенного внутри оборудования, обеспечивает максимальную скорость обтекания пластовой жидкостью, и интенсивное охлаждение электродвигателя и оборудования, что позволяет обеспечить увеличение срока межремонтной  безаварийной работы установки, эффективное функционирование всей установки.
Установка работает следующим образом. При работе УЭЦН, с входным модулем 1 ЭЦН, расположенным вверху кожуха 3,  расположенный снизу в кожухе 3 ПЭД 12, создает пониженное давление внутри всего кожуха 3, так как ЭЦН размещен над кожухом, за счет чего пластовая жидкость начинает поступать через  подвеску 15  из колонны труб НКТ,  через переводник 6, удлинитель 5 и переводник 4 во внутреннюю полость кожуха 3.  Далее пластовая жидкость поднимается по кольцевому зазору 17 между внутренней поверхностью кожуха 3 и наружным диаметром оборудования 14, 13, в том числе, ПЭД 12 и гидрозащиты 11, и через приемные отверстия 2 входного модуля 1 ЭЦН попадает в приемную полость ЭЦН 18. При этом,  проникновение газожидкостной смеси в месте соединение кожуха 3 и входного модуля 1 и кабеля 7 питания ЭЦН, даже при пониженном давлении в кожухе, исключен,  за счет  снабжения входного модуля 1 насоса дополнительнойкабельной манжетой 9, плотно прилегающей к входному модулю 1,  с герметизирующим резиновым кольцом 8, расположенном в кольцевом зазоре 17 между внутренней поверхностью кожуха 3 и  дном канавки 16 кабельной манжеты, и канавки 19 входного модуля.  Данная компоновка, установки электроцентробежных насосов, где ЭЦН установлен над герметичным кожухом  с погружным электродвигателем, а снабженный плотно прилегающей кабельной манжетой входной модуль ЭЦН, размещен в вверху герметичного кожуха над ПЭД,  с ограниченным размером кольцевого зазора между внутренней поверхностью кожуха и ниже размещенного внутри оборудования, обеспечивает максимальную скорость обтекания пластовой жидкостью, и интенсивное охлаждение электродвигателя  и всего оборудования. Герметизация ограниченного кольцевого зазора между корпусом входного модуля погружного насоса, снабженного, герметизирующей жилы кабеля питания ЭЦН, кабельной манжетой, и  внутренней поверхностью кожуха, позволяет удерживать рабочее давление до 50 атм.
Конструкция позволяет обеспечить эффективное функционирование системы охлаждения двигателя, исключает забор газожидкостной смеси через герметизированное соединение кожуха и входного модуля с кабелем питания УЭЦН, что увеличивает межремонтный срок безаварийной работы установки.