УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СКВАЖИННОГО, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR HYDRAULIC PROTECTION OF ELECTRICALLY DRIVEN BOREHOLE MOTOR FOR, MAINLY, ROTARY PUMP (VERSIONS)

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано в установках для гидравлической защиты погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости, в том числе и битумосодержащих нефтей, на различных глубинах из скважин различных диаметров.
Уже известно устройство для гидравлической защиты электродвигателя скважинного центробежного насоса, выполненное в виде протектора, содержащего 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, торцевое уплотнение и установленные внутри кольцевой камеры с возможностью возвратно-поступательного движения в ней кольцевой поршень и два защитных элемента, при этом кольцевой поршень, выполняя функцию подвижного механического модуля, разделяет кольцевую камеру на два участка, один из которых заполнен пластовой жидкостью, поступающей из затрубного пространства, другой заполнен диэлектрической жидкостью, а два защитных кольцевых элемента прикреплены к торцу кольцевого поршня, контактирующего с пластовой жидкостью, с выступанием за его контуры и размещены внутри кольцевой камеры с прилеганием к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубы, соответственно, причем пространство /зазор/ между защитными элементами и поверхностью тех элементов протектора, к которым они прилегают, всегда заполнено защитной смазкой, а внешний диаметр защитного кольцевого элемента приблизительно равен внешнему диаметру поршня.
Защитные элементы могут быть выполнены в виде трубок с возможностью их деформирования или могут быть выполнены гофрированными или в виде жестких трубок, изготовленных из металла или пластмассы в виде цилиндрической или гофрированной трубки. При выполнении трубок с возможностью деформирования последние изготовлены из эластомеров или из ткани или из полимерной пленки и при перемещении кольцевого поршня могут складываться и распрямляться в продольном направлении, при этом изменяется длина защитных элементов. Гофры могут быть выполнены кольцевыми или выполненными по винтовой линии.
В известном протекторе защитные кольцевые элементы выполнены в виде двух цилиндрических трубок, коаксиально установленных одна в другой.
Со стороны торца кольцевого поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, в кольцевой камере может быть установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в ней по меньшей мере один дополнительный кольцевой поршень, также являющийся частью подвижного механического модуля, при этом пространство между основным кольцевым поршнем и дополнительным кольцевым поршнем заполнено разделительной средой. Один из поршней может быть выполнен по меньшей мере с одним отверстием для заправки разделительной среды, снабженным запирающим устройством.
В качестве разделительной среды могут быть использованы или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из ряда воздух, инертный газ, углеводородный газ или смесь диэлектрической жидкости с газом или защитная смазка.
Для предотвращения заклинивания в кольцевой камере основной и дополнительный кольцевые поршни могут быть выполнены с бочкообразной формой внешней боковой поверхности. Поршни, предпочтительно, выполнены из коррозионно-стойкого металла или из агрессивостойкого и температуростойкого полимерного материала.
Каждый кольцевой поршень протектора может быть снабжен опорным центрирующим кольцом, по меньшей мере, одним уплотнителем, расположенным в месте контакта каждого поршня с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте контакта каждого поршня с внешней поверхностью трубы.
Пространство, ограниченное внешней поверхностью каждого кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, может быть заполнено защитной смазкой.
При выполнении защитных кольцевых элементов гофрированными внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубы, могут быть установлены пружинящие элементы, механически контактирующие с поверхностями прилегания с возможностью поджатия защитных кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубы.
При выполнении защитных кольцевых элементов в виде твердых трубок на поверхностях, прилегающих к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубы, соответственно, могут быть выполнены впадины для размещения защитной смазки, а снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубы, могут быть установлены уплотнения. Впадины могут быть выполнены как в виде кольцевых или винтовых канавок, так и в виде лунок.
Во втором ниппеле может быть выполнен канал, сообщающий участок кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, и в данном канале может быть установлен фильтр для очистки пластовой жидкости.. На валу между участком кольцевой камеры, заполненным диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением может быть установлено насосное устройство, сообщенное посредством канала, выполненного в первом ниппеле и снабженного фильтром очистки диэлектрической жидкости, с участком, заполненным диэлектрической жидкостью. / Патент РФ №2353812, F04D 13/10, опубл. 2009 г./
Известное техническое решение включает вариантное исполнение устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса. Так, известное устройство может быть содержащим:
- только протектор и не содержащим компенсатора, причем протектор размещен между скважинным насосом и его электродвигателем,
- протектор и компенсатор, причем протектор размещен между скважинным насосом и его электродвигателем, а компенсатор размещен непосредственно под электродвигателем.
Известное устройство для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса, выполненное в виде протектора, в какой-то мере предотвращает просачивание пластовой жидкости в камеру с диэлектрической жидкостью, но в основном предотвращает загрязнение и износ трущихся поверхностей. Однако при эксплуатации устройства на добыче нефтей с высоким содержанием битумных составляющих даже очистка поверхности кольцевой камеры от тяжелых отложений на ее стенках чрезвычайно сложна, а просачивание пластовой жидкости временами усиливается.
Однако из-за повышенного веса поршней, механически связанных с защитными элементами, требуется повышенный момент страгивания этих поршней, а следовательно, заметно снижается быстродействие подвижного механического модуля/поршней и защитных элементов/ и эффективность работы устройства особенно при добыче тяжелых битумных нефтей.
Поэтому, несмотря на возможную установку дополнительных поршней, повышающих надежность разделения пластовой и диэлектрических сред, вероятность попадания пластовой жидкости в диэлектрическую остается, особенно при эксплуатации устройства гидрозащиты при добыче нефтей с высоким содержанием битумных и парафиновых составляющих.
Указанное известное техническое решение взято в качестве прототипа предлагаемого устройства.
Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности работы устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса путем повышения быстродействия его поршней и повышения эффективности и надежности разделения пластовой и диэлектрической сред, а, следовательно, и в повышении долговечности работы устройства при разработке любых нефтей, в том числе и тяжелых битумных и парафинсодержащих.
Предлагаемое устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса, выполненное в виде протектора в вариантном исполнении, размещено между скважинным центробежным насосом и его электродвигателем.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата предлагается устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса, выполненное в виде протектора и 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 насоса 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, пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной средой, отрезки внешней и внутренней трубок кольцевых элементов размещены со стороны торца кольцевого поршня, обращенного ко второму ниппелю, с прилеганием, соответственно, к внутренней поверхности корпуса и к внешней поверхности трубы с зазором между ними и соответствующими поверхностями прилегания, заполненным защитной средой, в канале второго ниппеля, сообщающем участок кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, установлен фильтр очистки пластовой жидкости, места прилегания отрезков внешней и внутренней трубок к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполнены с зазорами относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещены в зоне торцов этих отрезков трубок, обращенных ко второму ниппелю и наиболее удаленных от кольцевого поршня, и снабжены уплотнениями, а на валу между участком кольцевой камеры, заполненным диэлектрической жидкостью, и уплотнением вала насоса установлено насосное устройство, сообщенное посредством выполненного в первом ниппеле канала, снабженного фильтром очистки диэлектрической жидкости электродвигателя, с участком, заполненным диэлектрической жидкостью электродвигателя, в котором согласно первому варианту исполнения предлагаемого изобретения, отрезки внешней и внутренней трубок кольцевых элементов жестко связаны между собой посредством общего для них сплошного днища, размещенного со стороны торца кольцевого поршня, обращенного ко второму ниппелю, с прилеганием с этой стороны к торцам обоих этих отрезков трубок кольцевых элементов и с образованием единой детали, свободно размещенной в кольцевой камере с возможностью автономного независимого от кольцевого поршня возвратно-поступательного перемещения и возможностью выполнения функции разделителя пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя в кольцевой камере, причем защитная среда взята с гидроолеофобными свойствами.
Также предлагается устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса, выполненное в виде протектора и 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 насоса и установленные внутри кольцевой камеры с возможностью возвратно-поступательного движения в ней кольцевой поршень, обращенный ко второму ниппелю, и дополнительный кольцевой поршень, установленный со стороны торца этого кольцевого поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, и два кольцевых элемента, выполненных со стороны торца кольцевого поршня, контактирующего с пластовой жидкостью, в виде отрезков внешней и внутренней трубок, при этом кольцевые поршни разделяют 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, пространство между обоими кольцевыми поршнями заполнено разделительной средой и пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной средой, отрезки внешней и внутренней трубок кольцевых элементов размещены со стороны торца кольцевого поршня, обращенного ко второму ниппелю, с прилеганием, соответственно, к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубы с зазором ними и соответствующими поверхностями прилегания, заполненным защитной средой, в канале второго ниппеля, сообщающем участок кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, установлен фильтр очистки пластовой жидкости, места прилегания отрезков внешней и внутренней трубок к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполнены с зазорами относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещены в зоне торцов этих отрезков трубок, наиболее удаленных от кольцевых поршней, и снабжены уплотнениями, а на валу между участком кольцевой камеры, заполненным диэлектрической жидкостью электродвигателя, и уплотнением вала насоса установлено насосное устройство, сообщенное посредством выполненного в первом ниппеле канала, снабженного фильтром очистки диэлектрической жидкости электродвигателя, с участком, заполненным диэлектрической жидкостью электродвигателя, в котором согласно второму варианту исполнения предлагаемого изобретения отрезки внешней и внутренней трубок кольцевых элементов жестко связаны между собой посредством общего для них сплошного днища, размещенного со стороны торца кольцевого поршня, обращенного ко второму ниппелю, с прилеганием с этой стороны к торцам обоих этих отрезков трубок защитных кольцевых элементов и с образованием единой детали, свободно размещенной в кольцевой камере с возможностью автономного независимого от кольцевого поршня возвратно-поступательного перемещения и возможностью выполнения функции разделителя пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя в кольцевой камере, причем защитная среда взята с гидроолеофобными свойствами.
В устройствах, выполненных по обоим вариантам исполнения, кольцевая полость внутри единой детали из двух жестко связанных между собой посредством кольцевого днища кольцевых элементов, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков их трубок, может быть выполнена открытой или закрытой с торца полости, обращенного ко второму ниппелю, и заполнена защитной средой.
Кроме того, устройства, выполненные по обоим вариантам исполнения, могут быть снабжены дополнительными местами прилегания отрезков внешней и внутренней трубок кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполненными с зазором относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещенными по длине этих отрезков трубок и снабженными уплотнениями.
Внешняя поверхность внешнего и внутреннего отрезков трубок кольцевых элементов, выполненных по обоим вариантам исполнения, может быть снабжена выступами, расположенными в пространстве зазора между соответствующими поверхностями прилегания двух кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, а уплотнения мест прилегания отрезков трубок двух кольцевых элементов размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов, причем эти выступы выполнены в зоне торцов внешнего и внутреннего отрезков трубок, обращенных ко второму ниппелю, или распределены по длине этих отрезков трубок.
Для более эффективного разделения пластовой и диэлектрической жидкостей устройство может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной единой деталью из двух дополнительных кольцевых элементов, выполненных в виде отрезков внешней и внутренней трубок, жестко связанных между собой посредством общего для них сплошного днища, размещенного со стороны смежной единой детали из двух жестко связанных между собой кольцевых элементов, наиболее близко расположенной к кольцевому поршню, и с прилеганием днища с этой стороны, т.е. со стороны кольцевого поршня, к торцам обоих отрезков трубок дополнительных кольцевых элементов, при этом дополнительная единая разделяющая деталь выполнена свободно размещенной в кольцевой камере с возможностью автономного независимого от кольцевых поршней возвратно-поступательного перемещения и возможностью выполнения функции разделителя пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя в кольцевой камере, а оба ее дополнительных кольцевых элемента установлены в кольцевой камере с прилеганием с зазором, соответственно, к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубы, и места прилегания отрезков внешней и внутренней трубок дополнительных кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполнены с зазором между ними и соответствующими поверхностями прилегания в зоне торцов отрезков трубок дополнительных кольцевых элементов, обращенных ко второму ниппелю и наиболее удаленных от кольцевых поршней, и снабжены уплотнениями, причем кольцевая полость дополнительной единой, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок каждого дополнительного кольцевого элемента, заполнена защитной средой, а пространство между смежными едиными деталями, выполненными из жестко связанных между собой двух кольцевых элементов, заполнено разделительной средой.
Кроме того устройства, выполненные по обоим вариантам исполнения, могут быть снабжены дополнительными местами прилегания отрезков внешней и внутренней трубок кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполненными с зазором относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещенными по длине этих отрезков трубок и снабженными уплотнениями.
Внешняя поверхность внешнего и внутреннего отрезков трубок кольцевых элементов, выполненных по обоим вариантам исполнения устройства, может быть снабжена выступами, расположенными в пространстве зазора между соответствующими поверхностями прилегания двух кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, а уплотнения мест прилегания отрезков трубок двух кольцевых элементов размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов, причем эти выступы выполнены в зоне торцов внешнего и внутреннего отрезков трубок, обращенных ко второму ниппелю, или распределены по длине этих отрезков трубок.
Предлагаемое устройство, выполненное по обоим вариантам исполнения, может быть снабжено по меньшей мере одной дополнительной единой деталью из двух дополнительных кольцевых элементов, выполненных в виде отрезков внешней и внутренней трубок, жестко связанных между собой посредством общего для них сплошного кольцевого днища, размещенного со стороны смежной единой детали из двух жестко связанных между собой кольцевых элементов, наиболее близко расположенной к кольцевым поршням, и с прилеганием днища с этой стороны к торцам обоих отрезков трубок дополнительных кольцевых элементов, при этом дополнительная единая деталь выполнена свободно размещенной в кольцевой камере с возможностью автономного независимого от кольцевого поршня /по первому варианту исполнения/ или от кольцевых поршней /по второму варианту исполнения/ возвратно-поступательного перемещения и возможностью выполнения функции разделителя пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя в кольцевой камере, а оба ее дополнительных кольцевых элемента установлены в кольцевой камере с прилеганием с зазором, соответственно, к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубы, и места прилегания отрезков внешней и внутренней трубок дополнительных кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, соответственно, выполнены с зазором между ними и соответствующими поверхностями прилегания в зоне торцов отрезков трубок дополнительных кольцевых элементов, обращенных ко второму ниппелю и наиболее удаленных от кольцевого поршня, и снабжены уплотнениями, причем кольцевая полость дополнительной единой, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок каждого дополнительного кольцевого элемента, заполнена защитной средой, а пространство между смежными едиными деталями, выполненными из жестко связанных между собой двух кольцевых элементов, заполнено разделительной средой.
Внешняя поверхность внешнего и внутреннего отрезков трубок дополнительных кольцевых элементов протекторов, выполненных по обоим вариантам исполнения устройства, может быть снабжена выступами, расположенными в пространстве зазора между соответствующими поверхностями прилегания дополнительных кольцевых элементов к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внешней поверхности трубы, а уплотнения мест прилегания кольцевых элементов могут быть размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов, причем эти выступы могут быть выполнены в зоне торцов внешнего и внутреннего отрезков трубок, обращенных ко второму ниппелю, или распределены по длине этих отрезков дополнительных кольцевых трубок.
Защитная среда кольцевой камеры в зоне перемещения единой детали из двух дополнительных кольцевых элементов устройства, выполненного по обоим вариантам исполнения, ограниченной торцом указанной кольцевой камеры со стороны второго ниппеля и торцом кольцевого поршня, обращенным ко второму ниппелю, выполнена в виде диэлектрической барьерной жидкости, предпочтительно, на основе кремнийорганических соединений.
Пространство кольцевой камеры устройства, выполненного по обоим вариантам исполнения, между зоной размещения диэлектрической барьерной жидкости и зоной кольцевой камеры, вблизи второго ниппеля, заполнено диэлектрической затворной жидкостью на основе, предпочтительно, полиэтиленоксидов.
Для обоих вариантов исполнения диэлектрическая барьерная жидкость и диэлектрическая затворная жидкости в устройстве взяты несмешивающимися между собой, причем плотность диэлектрической затворной жидкости взята по меньшей мере равной плотности барьерной жидкости.
Разделительная среда между смежными, в том числе и дополнительными кольцевыми элементами выполнена в виде диэлектрической барьерной жидкости.
Отрезки трубок кольцевых элементов протекторов, выполненных по обоим вариантам исполнения, могут быть выполнены с различной формой образующей.
При реализации второго варианта исполнения устройства с двумя смежно установленными в кольцевой камере поршнями отрезки внешней и внутренней трубок кольцевых элементов, выполненные в виде единой детали, размещены со стороны торца кольцевого поршня, обращенного ко второму ниппелю.
Кроме того, при реализации указанных вариантов исполнения устройства зона расположения диэлектрической барьерной жидкости ограничена торцом поршня, обращенного ко второму ниппелю, и торцом кольцевой камеры со стороны второго ниппеля.
Кольцевая полость внутри единой детали из двух кольцевых элементов, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков их трубок, может быть выполнена открытой с торца полости, обращенного ко второму ниппелю, и заполнена защитной средой или может быть выполнена закрытой с торца полости, обращенного ко второму ниппелю.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графически.
На фиг.1 представлена схема размещения узлов устройства гидрозащиты электродвигателя скважинного центробежного насоса, реализованная посредством протектора, без использования компенсатора.
На фиг.2 представлена схема размещения узлов устройства гидрозащиты электродвигателя скважинного центробежного насоса, реализованная с использованием компенсатора.
На фиг.3 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с одним кольцевым поршнем и единой деталью из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей открытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по первому варианту исполнения/.
На фиг.4 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с одним кольцевым поршнем и единой деталью из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей закрытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по первому варианту исполнения/.
На фиг.5 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с одним кольцевым поршнем и единой деталью, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей) и выполненной в виде пробки /по первому варианту исполнения/.
На фиг.6 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с одним кольцевым поршнем, двумя смежными кольцевыми элементами, каждый из которых выполнен в виде единой детали из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей открытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по первому варианту исполнения/.
На фиг.7 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с одним кольцевым поршнем, двумя смежными кольцевыми элементами, каждый из которых выполнен в виде единой детали из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей закрытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по первому варианту исполнения/.
На фиг.8 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с двумя кольцевыми поршнями и единой деталью из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей открытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по второму варианту исполнения/.
На фиг.9 представлен представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с двумя кольцевыми поршнями и единой деталью из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей закрытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по второму варианту исполнения/.
На фиг.10 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с двумя кольцевыми поршнями и единой деталью, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей) и выполненной в виде пробки /по второму варианту исполнения/.
На фиг.11 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с двумя кольцевыми поршнями и двумя смежными кольцевыми элементами, каждый из которых выполнен в виде единой детали из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей открытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по второму варианту исполнения/.
На фиг.12 представлен продольный разрез предлагаемого устройства гидрозащиты, выполненного в виде протектора с двумя кольцевыми поршнями и двумя смежными кольцевыми элементами, каждый из которых выполнен в виде единой детали из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред (пластовой и диэлектрической жидкостей), ограниченной стенками внешнего и внутреннего отрезков трубок, жестко связанных между собой, и имеющей закрытую с торца, обращенного ко второму ниппелю, кольцевую полость /по второму варианту исполнения/.
Устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного центробежного насоса могут быть конструктивно реализованы в виде двух типов, по тем же схемам размещения, которые представлены на фиг.1 и фиг.2.
Один тип устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса /по фиг.1/ содержит устройство, включающее только один протектор 1 без компенсатора, причем протектор 1 размещен между центробежным скважинным насосом 2 и его электродвигателем 3. В последнее время в нефтедобывающей отрасли отдается предпочтение, именно, этому типу исполнения устройства гидрозащиты.
Другой тип устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного центробежного насоса /по фиг.2/ содержит устройство, включающее протектор 1 и компенсатор 4, причем протектор 1 размещен между скважинным насосом 2 и его электродвигателем 3, а компенсатор 4 размещен непосредственно перед электродвигателем 3.
Предлагаемое устройство размещено внутри обсадной колонны 5 скважины и связано с насосно-компрессорной трубой 6.
Далее рассматривается устройство гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса первого типа /по фиг.1/, т.е. выполненного в виде протектора.
На фиг.3-7 показано предлагаемое устройство по первому варианту исполнения /с одним кольцевым поршнем/.
На фиг.8-12 показано предлагаемое устройство по второму варианту исполнения /с двумя смежными кольцевыми поршнями/.
Представленное на фиг.1 и фиг.3-12 устройство для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса 2 содержит вал 7 привода центробежного скважинного насоса 2 с входным устройством 8 для пластовой жидкости, который передает крутящий момент от вала электродвигателя 3 к валу насоса 2, упорный и радиальный подшипники 9 и, например, одну ступень, в состав которой входит цилиндрический корпус 10, окружающая вал 7 труба 11, охватывающая вал 7 привода насоса 2 и коаксиально установленная внутри цилиндрического корпуса 10 с образованием кольцевой камеры 12, ограниченной внутренней поверхностью 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхностью 14 трубы 11, а также первый и второй ниппели 15 и 16, соответственно, например, одна демпфирующая втулка 17, например, одно уплотнение 18 вала 7 и установленные в кольцевой камере 12 с возможностью возвратно-поступательного перемещения кольцевой поршень 19 и единая деталь, выполняющая функцию разделения пластовой и диэлектрической жидкости и состоящая из двух кольцевых элементов, жестко связанных между собой, и установленная с возможностью свободного автономного перемещения в кольцевой камере 12 без механической связи с кольцевым поршнем 19. Уплотнение 18 вала 7 может быть выполнено любым: торцевым, радиальным или лабиринтным, причем давление диэлектрической жидкости перед этим уплотнением 18 вала 7 должно превышать давление пластовой жидкости для обеспечения долговечной работы предлагаемого устройства. Число ступеней протектора, предпочтительно, составляет 1-3.
Питание электродвигателя 3 от трансформатора /не показан/ подается посредством кабельного удлинителя 20, подключенного к головке 21 электродвигателя 3, примыкающей ко второму ниппелю 16.
Кольцевой поршень 19 реализован подвижным с возможностью совершать возвратно-поступательное движение в пределах кольцевой камеры 12 и разделяет кольцевую камеру 12 на два участка 22 и 23, один 22 из которых, расположенный со стороны торца 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16, заполнен пластовой жидкостью, поступающей из затрубного пространства, а другой участок 23, расположенный с противоположного торца 25 кольцевого поршня 19, обращенного к первому ниппелю 15, заполнен диэлектрической жидкостью электродвигателя 3. Для предотвращения утечки жидкостей из участков 22 и 23 кольцевой камеры 12 кольцевой поршень 19 снабжен опорным центрирующим кольцом 26, например, одним уплотнителем 27, расположенным в месте контакта кольцевого поршня 19 с внутренней поверхностью 13 цилиндрического корпуса 10, и другим уплотнителем 28 в месте контакта кольцевого поршня 19 с внешней поверхностью 14 трубы 11.
В канале 29 второго ниппеля 16, сообщающим участок 22 кольцевой камеры 12, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, установлен фильтр 30 очистки пластовой жидкости. Головка 21 электродвигателя 3 включает осевой подшипник - пяту 31 вала 7 насоса 2 и канал 32 ввода кабельного удлинителя 20 электродвигателя 3.
На валу 7 насоса 2 между участком 23 кольцевой камеры 12, заполненным диэлектрической жидкостью, и уплотнением 18 вала 7 центробежного насоса 2 установлено насосное устройство 33, сообщенное посредством выполненного в первом ниппеле 15 канала 34, снабженного фильтром 35 очистки диэлектрической жидкости электродвигателя, с участком 23 кольцевой камеры 12, заполненным диэлектрической жидкостью электродвигателя.
Насосное устройство 33 прокачивает диэлектрическую жидкость электродвигателя через канал 34, выполненный в первом ниппеле 15 и через установленный в этом канале 34 фильтр 35 для очистки диэлектрической жидкости, производя очистку диэлектрической жидкости и обеспечивая заданный перепад давления для обеспечения надежной работы уплотнения 18 вала 7 привода насоса 2.
Вышеуказанная единая деталь, выполняющая функцию разделителя пластовой и диэлектрической жидкостей и состоящая из двух кольцевых элементов, выполнена в виде жестко связанных между собой отрезка 36 внешней трубки и отрезка 37 внутренней трубки, коаксиально установленных один в другом в кольцевой камере 12 со стороны торца 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16 и контактирующего с пластовой жидкостью участка 22 кольцевой камеры 12, с прилеганием, соответственно, к внутренней поверхности 13 корпуса 10 и к внешней поверхности 14 трубы 11 с зазором между ними и соответствующими вышеуказанными поверхностями прилегания, при этом пространство зазора заполнено защитной средой с гидроолеофобными свойствами.
Отрезки 36 и 37 внешней и внутренней трубок, соответственно, двух кольцевых элементов жестко связаны между собой с образованием единой детали посредством сплошного днища 38, размещенного со стороны торца 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16 и контактирующего с пластовой жидкостью и жестко соединенного с этой стороны с обоими торцами 39 и 40 этих отрезков 36 и 37 трубок, соответственно. Форма выполнения образующей отрезков 36 и 37 трубок кольцевых элементов может быть различной, т.е. трубки могут быть коническими, а также с извилистой образующей, наряду с цилиндрическими.
Отрезки 36 и 37 трубок обоих кольцевых элементов, жестко связанные между собой с образованием единой детали и не связанные механически с кольцевым поршнем 19, установлены в кольцевой камере 12 с возможностью свободного автономного, т.е. независимого от кольцевого поршня 19, возвратно-поступательного перемещения в кольцевой камере 12 и с возможностью выполнения функции разделителя пластовой и электрической жидкостей в кольцевой камере 12.
Кольцевая полость 41 внутри единой детали из двух кольцевых элементов, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков 36 и 37, соответственно, трубок, выполняющая функцию разделителя сред, может быть выполнена открытой с ее торца 42, обращенного ко второму ниппелю 16, и заполнена защитной средой с гидроолеофобными свойствами. Кроме того, кольцевая полость 41 внутри единой детали из двух кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред, может быть выполнена закрытой с обоих торцов, а следовательно, единая деталь, выполняющая функцию разделителя сред, может быть выполнена в виде единого сплошного кольца, как это показано на фиг.5, а два кольцевых элемента этой единой детали являются образующими этого сплошного кольца.
Места прилегания внешнего 36 и внутреннего 37 отрезков трубок к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и к внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, выполнены с зазорами относительно поверхностей прилегания и размещены в зоне торцов 43 и 44 этих отрезков 36 и 37 трубок, соответственно, обращенных ко второму ниппелю 16 и наиболее удаленных от кольцевого поршня 19. В местах прилегания установлены уплотнения 45 и 46 со стороны внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и со стороны внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно.
Защитная среда с гидроолеофобными свойствами, выполненная в виде диэлектрической барьерной жидкости, предпочтительно, на основе кремнийорганических соединений, размещена в зоне «А» кольцевой камеры 12, т.е. зоне перемещения единой детали, выполняющей функцию разделителя сред, и ограниченной с одной стороны торцом 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16, а с другой стороны торцами 43 и 44 отрезков 36 и 37 трубок, жестко связанных между собой с образованием единой детали-разделителя сред.
Диэлектрическая затворная среда на основе, предпочтительно, полиэтиленоксидов, размещена в зоне «В» кольцевой камеры 12, ограниченной с одной стороны вторым ниппелем 16 и с другой стороны поверхностью отрезков 36 и 37 трубок, со стороны второго ниппеля 16, жестко связанных между собой с образованием единой детали-разделителя сред, причем диэлектрическая барьерная жидкость и диэлектрическая затворная жидкости взяты несмешивающимися между собой, а плотность диэлектрической затворной жидкости взята по меньшей мере равной плотности диэлектрической барьерной жидкости.
Кроме того устройство может быть снабжено дополнительными местами прилегания отрезков 36 и 37 внешней и внутренней трубок кольцевых элементов, соответственно, к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, выполненными с зазором относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещенными по длине этих отрезков 36 и 37 трубок и снабженными также уплотнениями 45 и 46 в месте примыкания каждого отрезка к внутренней поверхности 10 корпуса 7 и к внешней поверхности 11 трубы, соответственно. Таких уплотнений может быть несколько, например четыре.
Для сохранения защитной смазки внешняя поверхность внешнего отрезка 36 трубки и внутренняя поверхность внутреннего отрезка 37 трубки кольцевых элементов могут быть снабжены выступами 47 и 48, расположенными в пространстве зазора между соответствующими поверхностями прилегания двух кольцевых элементов, жестко связанных между собой, к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, а уплотнения 45 и 46 мест прилегания двух кольцевых элементов к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, могут быть размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов, причем эти выступы выполнены как в зоне торцов 43 и 44 внешнего и внутреннего отрезков 36 и 37 трубок, соответственно, обращенных ко второму ниппелю 16, так и распределены по длине этих отрезков 36 и 37 трубок.
Пространство внутри единой детали кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя пластовой и диэлектрической жидкостей и ограниченное стенками жестко связанных между собой отрезков 36 и 37 трубок, также заполнено защитной средой с гидроолеофобными свойствами в виде диэлектрической барьерной жидкости.
Кроме того, устройство может быть снабжено, например, двумя предназначенными для разделения пластовой и диэлектрической жидкостей дополнительными кольцевыми элементами, также выполненными в виде единой детали, состоящей из отрезков 49 и 50 внешней и внутренней трубок дополнительных элементов, соответственно, жестко связанных между собой посредством общего для них сплошного днища 51, размещенного со стороны смежной единой детали из двух жестко связанных между собой кольцевых элементов, наиболее близко расположенной к кольцевому поршню 19.
При этом днище 51 со стороны этой единой детали из двух смежных кольцевых элементов прилегает к торцам 52 и 53 обоих отрезков 49 и 50 трубок дополнительных кольцевых элементов, соответственно, с образованием каждой единой детали, свободно размещенной в кольцевой камере 12 с возможностью независимого от кольцевого поршня 19 автономного возвратно-поступательного перемещения и выполняющей функцию дополнительного разделителя пластовой и диэлектрической жидкостей. Форма выполнения образующей отрезков 49 и 50 дополнительных кольцевых элементов также может быть различной, т.е. трубки могут быть коническими, с извилистой образующей, а также цилиндрическими.
Кольцевая полость 54 внутри единой детали из двух жестко связанных между собой дополнительных кольцевых элементов, выполняющей функцию разделителя сред, ограниченная стенками внешнего и внутреннего отрезков 49 и 50 трубок, соответственно, может быть выполнена открытой с ее торца 55, обращенного ко второму ниппелю 16, и заполнена защитной средой с гидроолеофобными свойствами в виде диэлектрической барьерной жидкости. Кроме того, кольцевая полость 54 внутри единой детали из двух дополнительных защитных элементов может быть выполнена закрытой с обоих торцов, а следовательно, единая деталь из двух защитных элементов может быть выполнена в виде единого сплошного кольца.
Места прилегания внешней поверхности внешнего отрезка 49 и внутренней поверхности внутреннего отрезка 50 трубки к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и к внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, выполнены с зазорами относительно поверхностей прилегания и размещены в зоне торцов 56 и 57 этих отрезков 49 и 50 трубок дополнительных кольцевых элементов, соответственно, обращенных ко второму ниппелю 16 и наиболее удаленных от кольцевого поршня 19. В местах прилегания установлены уплотнения 45 и 46 со стороны внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и со стороны внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно.
Кроме того, устройство может быть снабжено дополнительными местами прилегания отрезков 49 и 50 внешней и внутренней трубок дополнительных кольцевых элементов, соответственно, к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, выполненными с зазором относительно соответствующих поверхностей прилегания, размещенными по длине этих отрезков 49 и 50 трубок и снабженными также уплотнениями 45 и 46 в месте примыкания к внутренней поверхности 13 корпуса 10 и к внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно. Таких уплотнений может быть несколько, например четыре.
Внешняя поверхность внешнего отрезка 49 трубки и внутренняя поверхность внутреннего отрезка 50 трубки дополнительных элементов могут быть снабжены выступами 58 и 59, расположенными в пространстве зазора между соответствующими поверхностями прилегания двух дополнительных кольцевых элементов к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, а уплотнения 45 и 46 мест прилегания двух дополнительных кольцевых элементов могут быть размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов, причем эти выступы выполнены как в зоне торцов 56 и 57 внешнего и внутреннего отрезков 49 и 50 трубок, соответственно, обращенных ко второму ниппелю 16, так и распределены по длине этих отрезков 49 и 50 трубок.
Уплотнения 45 и 46 мест прилегания дополнительных защитных кольцевых элементов к внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, размещены на наружной поверхности каждого из этих выступов.
Разделительная среда между смежными кольцевыми элементами выполнена в виде диэлектрической барьерной жидкости, причем диэлектрическая барьерная жидкость и диэлектрическая затворная жидкости взяты несмешивающимися между собой, а плотность диэлектрической затворной жидкости взята по меньшей мере равной плотности барьерной жидкости.
Согласно второму варианту исполнения устройства для повышения надежности разделения диэлектрической и пластовой жидкостей в кольцевой камере 12 со стороны торца 25 кольцевого поршня 19, обращенного ко первому ниппелю 15 и контактирующего с диэлектрической жидкостью, без механической связи с последним, установлен с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения дополнительный кольцевой поршень 60.
Заправка разделительной средой пространства между кольцевым поршнем 19 и дополнительным кольцевым поршнем 60 производится в процессе сборки устройства.
При выполнении смежно установленных кольцевого поршня 19 и дополнительного кольцевого поршня 60 осуществляется свободное и автономное перемещение их внутри кольцевой камеры 12 наряду с возможностью свободного и автономного перемещения внутри этой камеры 12 по меньшей мере одной единой детали, выполняющей функцию разделителя пластовой и диэлектрической жидкостей и состоящей из кольцевых элементов, включающих внешний отрезок трубки 36 и внутренний отрезок 37 трубки, жестко соединенных между собой посредством общего кольцевого днища 38, выполненного со стороны торца 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16, с прилеганием к торцам 39 и 40 отрезков 36 и 37, соответственно, и/или единой детали кольцевых элементов, состоящих из внешнего отрезка 49 и внутреннего отрезка 50 трубок, жестко связанных между собой посредством днища 51. Форма выполнения образующей отрезков трубок кольцевых элементов во втором варианте исполнения устройства может быть различной, т.е. трубки могут быть коническими, с извилистой образующей, а также цилиндрическими.
Для снижения трения между подвижными и неподвижными конструктивными элементами протектора, в частности цилиндрического корпуса 10, пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня 19 и внутренней поверхностью 13 цилиндрического корпуса 10, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня 60 и внутренней поверхностью 13 цилиндрического корпуса 10 и между внутренней поверхностью дополнительного кольцевого поршня 60 и внешней поверхностью 14 трубы 11 заполнено защитной средой с гидроолеофобными свойствами, выполненной в виде диэлектрической барьерной жидкости.
Используемые в устройстве кольцевые элементы, выполненные в виде единых деталей с выполнением функции разделителей сред, должны быть плотно поджаты к соответствующей смазываемой ими поверхности цилиндрического корпуса 10 и трубы 11, но также они не должны заклинивать в кольцевой камере 12 при движении кольцевого поршня 19 и/или дополнительного кольцевого поршня 60.
Разделительная среда между двумя поршнями /зона «С»/ выполнена в виде диэлектрической жидкости с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см. Диэлектрическая жидкость электродвигателя имеет высокое электрическое сопротивление и хорошие антифрикционные свойства, а также предотвращает износ трибосопряжений в электродвигателе 3. В качестве диэлектрической жидкости электродвигателя, предпочтительно, используют масло с диэлектрической прочностью не менее 4 кВ/см, например масло марки МДПН. В качестве разделительной среды между поршнями используют диэлектрическую жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см (например, масло МДПН) или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ или смесь диэлектрической жидкости с газом.
Защитная среда с гидроолеофобными свойствами, выполненная в виде диэлектрической барьерной жидкости, предпочтительно, на основе кремнийорганических соединений, размещена в зоне «А» кольцевой камеры 12, т.е. зоне перемещения единой детали, выполняющей функцию разделителя сред, и ограниченной с одной стороны торцом 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16, а с другой стороны торцами 43 и 44 отрезков 36 и 37 трубок, жестко связанных между собой с образованием единой детали-разделителя сред.
Диэлектрическая затворная среда на основе, предпочтительно, полиэтиленоксидов, размещена в зоне «В» кольцевой камеры 12, ограниченной с одной стороны вторым ниппелем 16 и с другой стороны поверхностью отрезков 49 и 50 трубок, со стороны второго ниппеля 16, жестко связанных между собой с образованием единой детали-разделителя сред, причем диэлектрическая барьерная жидкость и диэлектрическая затворная жидкости взяты несмешивающимися между собой, а плотность диэлектрической затворной жидкости взята по меньшей мере равной плотности диэлектрической барьерной жидкости.
Разделительная среда между смежными кольцевыми элементами, выполняющими функцию разделителей сред: пластовой и диэлектрической жидкостью электродвигателя - выполнена в виде диэлектрической барьерной жидкости.
Кольцевые поршни и кольцевые элементы, выполненные в виде единой детали из жестко связанных между собой отрезков трубок с возможностью осуществления функции разделения сред и автономного перемещения в кольцевой камере, изготовлены из коррозионно-стойкого маталла или агрессивностойкого и температуростойкого полимерного материала, предпочтительно из термостойких неметаллических материалов с высокими антизадирными свойствами, содержащих свободный углерод и имеющих коэффициент теплового расширения меньший или равный коэффициенту теплового расширения цилиндрического корпуса устройства.
Устройство для гидрозащиты в виде протектора электродвигателя скважинного центробежного насоса работает следующим образом.
Перед началом работы устройства для гидрозащиты электродвигателя 3 оно полностью заполняется барьерной и затворной диэлектрическими жидкостями.
Вал 7 привода центробежного насоса 2, установленный на радиальных подшипниках 9, передает крутящий момент от вала электродвигателя 3 на вал скважинного насоса 2. При этом при погружении нефтедобывающего оборудования в скважину участок 22 кольцевой камеры 12 заполняется пластовой жидкостью через канал 29 с фильтром 30 очистки пластовой жидкости, выполненными во втором ниппеле 16. Участок 23 кольцевой камеры 12 предварительно заполняется диэлектрической жидкостью через канал 34 в первом ниппеле 15 и фильтр 35 очистки диэлектрической жидкости. Труба 11 установлена на демпфирующих втулках 17. Установленный в кольцевой камере 12 кольцевой поршень 19 с уплотнителями 27 и 28 относительно внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и относительно внешней поверхности 14 трубы 11, соответственно, и опорным центрирующим кольцом 26 препятствуют проникновению пластовой жидкости к участку 23 кольцевой камеры 12, заполненному диэлектрической жидкостью и сообщающемуся с внутренней герметичной полостью электродвигателя 3. Кроме того, пластовая жидкость также отделяется от диэлектрической жидкости посредством, например, торцевого уплотнения 18 вала 7 привода насоса 2. При включении электродвигателя 3 или увеличении числа его оборотов вращения находящаяся в его внутренней полости диэлектрическая жидкость нагревается и начинает постепенно расширяться, увеличиваясь в объеме, и, как следствие, возрастает давление диэлектрической жидкости во внутренней полости электродвигателя 3 и гидравлически сообщенной с ней полости устройства гидрозащиты, т.е. участке 23 с диэлектрической жидкостью электродвигателя 3 кольцевой камеры 12. Чтобы указанное давление не стало причиной открытия уплотнения 18 вала 7, нужно каким-либо образом демпфировать изменение давления заполняющей электродвигатель 3 диэлектрической жидкости. С этой целью кольцевой поршень 19 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере 12.
При очередном увеличении давления диэлектрической жидкости он перемещается в кольцевой камере 12 в сторону участка 22 с пластовой жидкостью. При уменьшении давления он перемещается в сторону участка 23 с диэлектрической жидкостью электродвигателя 3, возвращаясь в исходное состояние.
Поскольку пластовая жидкость содержит большое количество химически активных веществ, в процессе эксплуатации нефтяной скважины на стенках кольцевой камеры 12, т.е. на внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и на внешней поверхности 14 трубы 11, откладываются различные солеотложения, являющиеся продуктом реакции химически активной пластовой жидкости со стенками кольцевой камеры 12.
Указанный процесс солеотложения является существенным препятствием для реализации перемещения кольцевого поршня 19 и дополнительного кольцевого поршня 60 в кольцевой камере 12. Помимо того, что в этом случае существенно увеличивается износ внутренней поверхности 13 цилиндрического корпуса 10 и внешней поверхности 14 трубы 11, возникает вероятность того, что кольцевой поршень 19 или дополнительный кольцевой поршень 60 может «прикипеть» к указанным поверхностям 13 и 14. Чтобы избежать этого, со стороны торца 24 кольцевого поршня 19, обращенного ко второму ниппелю 16 и контактирующего с пластовой жидкостью, в защитной среде, выполненной в виде диэлектрической барьерной жидкости, свободно, без механической связи с кольцевым поршнем 16, установлены по меньшей мере в виде одной единой детали, выполненной с возможностью осуществления функции разделителей пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя, два кольцевых элемента в виде отрезков 36 и 37 трубок, жестко связанных между собой посредством сплошного днища 38, установленного с примыканием к торцам 39 и 40 обоих отрезков 36 и 37 трубок, соответственно.
Кольцевые элементы единых деталей защищают внутреннюю поверхность 13 цилиндрического корпуса 10 и внешнюю поверхность 14 трубы 11 от солеотложений на них, не мешая плавному возвратно-поступательному перемещению кольцевого поршня 19 по кольцевой камере 12, перемещаясь вслед за кольцевым поршнем 19 за счет образованного в кольцевой камере 9 вакуума между принудительно движущимся кольцевым поршнем 19 и последовательно относительно него установленными едиными деталями кольцевых элементов, но не тормозя движения этого кольцевого поршня 19 и/или дополнительного кольцевого поршня 60, поскольку отсутствует механическая связь между кольцевым поршнем 19 и едиными деталями, выполняющими функцию разделителей сред, которые установлены с возможностью автономно возвратно-поступательного передвижения по кольцевой камере 12.
При реализации варианта с дополнительным кольцевым поршнем 60 схема работы протектора практически не меняется. В этом случае диэлектрическая жидкость электродвигателя 3 в участке 23 кольцевой камеры 12 будет оказывать влияние на дополнительный поршень 60, а тот в свою очередь через разделительную среду между двумя поршнями будет передавать указанное давление на кольцевой поршень 19. В этом случае будет существенно снижена вероятность нарушения герметизации в кольцевой камере 12 и вероятность попадания в нее пластовой жидкости.
Насосное устройство 33, установленное на валу 7 насоса 2 между участком 23 кольцевой камеры 12, заполненным диэлектрической жидкостью электродвигателя 3, и уплотнением 18 вала 7 привода насоса 2, прокачивает диэлектрическую жидкость электродвигателя 3 через канал 34 в первом ниппеле 15 и фильтр 35 очистки диэлектрической жидкости электродвигателя и тем самым производит очистку диэлектрической жидкости электродвигателя и обеспечивает необходимый для надежной и долговечной работы торцевого уплотнения 18 перепад давлений между диэлектрической жидкостью электродвигателя и пластовой жидкостью, при этом уплотнение 18 охлаждается и смывается чистой диэлектрической жидкостью электродвигателя 3, а не пластовой жидкостью, которая содержит твердые механические включения.
Для лучшей изоляции диэлектрической жидкости электродвигателя от пластовой, а также для существенного снижения трения между подвижными элементами конструкции в предлагаемом устройстве для гидравлической защиты скважинного, преимущественно, центробежного насоса 2 использована защитная среда с гидроолеофобными свойствами в кольцевой камере 12 в зоне перемещения поршней и единых элементов - разделителей сред, ограниченной торцом 24 кольцевого поршня 19 со стороны второго ниппеля 16 и зоной «В», заполненной затворной диэлектрической жидкостью, при этом защитная среда с гидроолеофобными свойствами выполнена в виде диэлектрической барьерной жидкости, предпочтительно, на основе кремнийорганических соединений.
Использование по меньшей мере одной единой детали-разделителя сред из двух жестко соединенных отрезков трубок 36 и 37 или 49 и 50, выполненной с функцией разделителя пластовой жидкости и диэлектрической жидкости электродвигателя, а также возможность свободного автономного перемещения поршней и разделителей сред по кольцевой камере 12 позволяет достичь более надежного разделения сред и увеличить долговечность работы устройства.
Пространство кольцевой камеры 12 между зоной размещения диэлектрической барьерной жидкости и зоной кольцевой камеры 12, вблизи второго ниппеля 16, заполнено затворной средой на основе, предпочтительно, полиэтиленоксидов, причем диэлектрическая барьерная жидкость и диэлектрическая затворная жидкости взяты несмешивающимися между собой.
Полости внутри каждой единой детали кольцевых элементов также заполнены защитной средой с гидроолеофобными свойствами, выполненной в виде диэлектрической барьерной жидкости.
Предлагаемое устройство для гидравлической защиты электродвигателя скважинного, преимущественно, центробежного насоса успешно прошло испытания и подготовлено к внедрению.
Использование предлагаемого устройства позволит существенно повысить эффективность работы протектора путем повышения быстродействия его поршней и более эффективного и надежного разделения пластовой и диэлектрической сред, а, следовательно, повышения долговечности работы устройства при разработке любых нефтей, в том числе и тяжелых битумных и парафинсодержащих.