Маслонаполненная электропогружная насосная установка

Полезная модель относится к оборудованию для нефтедобычи, в частности к электропогружным насосным установкам, приводимым в действие от маслонаполненного линейного электродвигателя.
На данный момент одной из проблем связанной с эксплуатацией погружного насосного оборудования являются отказы на начальной стадии эксплуатации (то есть в течении первых 90 дней работы), что в частности, может быть связано с некачественными монтажными работами. Большинство известных погружных электродвигателей (ПЭД) сконструированы таким образом, что требуют поэтапной сборки с присоединением отдельных составных частей и заправки маслом непосредственно на месте установки, зачастую, в неблагоприятных полевых условиях. Такая технология имеет существенные недостатки, связанные с риском заправки электродвигателя маслом в недостаточном либо излишнем объеме, либо загрязнения масла, все эти факторы приводят к быстрому выходу электродвигателя из строя.
Известна интегрированная система с двигателем, протектором и измерительным датчиком для бесперебойного и надежного функционирования ПЭД – Компоновка REDA Maximus ProMotor производства Schlumberger. Многофункциональный узел ProMotor объединяет в себе двигатель, протекторы скважинный датчик, что исключает операции по соединению двигателя с протектором и скважинным датчиком на устье скважины, позволяя тем самым снизить время простоя скважины. Эти три компонента системы изготовлены как единый узел, заполненный маслом на заводе и готовый к использованию по технологии plug-and-play. Заполнение маслом этого узла производится на заводах или в сервисных центрах Шлюмберже, что существенно продлевает срок службы оборудования. Узел ProMotor также оснащен новым соединителем концевой муфты электродвигателя, обеспечивающим быстроту и надежность при подсоединении двигателя (www.slb.com/artificiallift).
К недостаткам описанного технического решения можно отнести использование в указанной насосной установке центробежного погружного электродвигателя, что приводит к засорению маслосистемы продуктами износа элементов электродвигателя. Также конструктивное выполнение описанной насосной установки по-прежнему предусматривает поэтапное заполнение электродвигателя маслом при сборке, что усложняет технологию производства.
Из патента на полезную модель № CN205065243U, МПК F16N21/00 «Система заправки маслом погружного электродвигателя». Система заправки маслом включает в погружной электродвигатель, связанный с гидравлическим насосом и гидрокомпенсатором соединенным с масляным баком установленным на поверхности. Установка содержит клапан регулирования давления. Масляный бак связан с гидрокомпенсатором посредством трубопровода, служащего для заправки масла и регулирования давления маслосистеме погружной насосной установки. Такая система обеспечивает возможность замены и заправки масла в насосной установке не извлекая ее из скважины. Описанная маслосистема насосного устройства состоит из соединенных вместе: центробежного насоса, сепаратора, редуктора, гидрокомпенсатора, погружного двигателя. Трехфазный кабель подключен к двигателю. Параллельно с кабелем предусмотрена впускная труба для масла и выпускная труба для масла. Впускная и выпускная трубы соединены с гидрокомпенсатором.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести сложность конструкции системы заправки маслом, что снижает технологичность и удобство эксплуатации.
Также из заявки на изобретение WO2017023320 от 02.09.2017 известна маслосистема электропогружной насосной установки, которая содержит электродвигатель по меньшей мере частично заполненный диэлектрическим маслом. Насосная установка содержит вал, насосный узел, функционально связанный с валом электродвигатель, корпус которого, по меньшей мере, частично заполнен диэлектрическим маслом, чтобы уменьшить. Согласно заявляемому изобретению двигатель может заправляться маслом в заводских условиях.
Маслосистема электродвигателя направлена вдоль оси «z» и содержит вал, который расположен, по меньшей мере, частично в камерах, разделенных зоной уплотнения резьбового соединения с модулем гидрокомпенсатора. Одна из камер сообщена посредством канала с модулем гидрокомпенсатора.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести сложность конструкции обусловленная наличием множества каналов. Также недостатком можно отнести подверженность маслосистемы загрязнению продуктами износа подвижных элементов электродвигателя.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является обеспечение технологичности изготовления и повышение удобства эксплуатации и выполнения монтажных операций в полевых условиях.
Технический результат, достигнутый от реализации полезной модели заключается в повышении технологичности изготовления, а также эксплуатационных характеристик и надежность работы со снижением расходов на монтажные операции и эксплуатацию.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что маслосистема электропогружной насосной установки выполнена одноконтурной. Маслопровод, по меньшей мере, частично сформирован внутренними объемами модулей линейного электродвигателя, телеметрии, гидрокомпенсатора со встроенным гидромеханическим демпфером нижней крайней точки подвижной части линейного электродвигателя, а также элементов фланцевого соединения модулей, при этом подвижная часть линейного электродвигателя и гидромеханический демпфер – изолированы от маслосистемы насосной установки.
Указанная маслосистема насосной установки сконфигурирована с возможностью заправки расчетным объемом масла на этапе производства и содержит заправочный клапан, встроенный в элемент фланцевого соединения блока телеметрии, полость которого является частью сообщенного маслопровода, и связана посредством обводного канала, устроенного над гидромеханическим демпфером с полостью упругой диафрагмы модуля гидрокомпенсатора, которая, в свою очередь, связана с полостью статора линейного электродвигателя.
Модуль гидрокомпенсатра связан с сообщенным маслопроводом посредством нижнего и верхнего масляных каналов, выполненных с возможностью прокладки линии связи обмотки статора линейного электродвигателя с погружным блоком телеметрии.
Согласно одному из вариантов реализации технического решения, маслосистема насосной установки заполнена силиконовым гидрофобным маслом.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – схема электропогружной насосной установки;
фиг.2 – маслосистема электропогружной насосной установки.
Заявляемая электропогружная насосная установка, содержит наземную 1(фиг.1) и погружную 2 части. Наземная часть представлена в виде наземного блока управления 3, выполненного в виде трехфазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного трансформатора связанного с линейным погружным электродвигателем 4 кабельной линией 5. Погужная часть 2 содержит линейный вентильный электродвигатель 4, гидрокомпенсатора 6 со встроенным гидромеханическим демпфером 7 системы демпфирования, связанного с насосным узлом 8 и погружным модулем телеметрии 9. В преимущественном варианте выполнения насосный узел представлен в виде плунжерного насоса двунаправленного действия с встроенными фильтрами и зоной гравитационной газосепарации.
Согласно описанному варианту реализации технического решения, маслонаполненная электропогружная насосная установка детально изображена на фиг.2. содержит линейный электродвигатель 4 с гидрокомпенсатором 6 и погружным блоком телеметрии 9, которые связаны друг с другом посредством разъемного соединения 10 (фиг.2), образуя замкнутую маслосистему.
Указанная маслосистема выполнена одноконтурной. Масляный контур содержит совмещенный маслопровод 11, который, по меньшей мере, частично сформирован внутренними объемами модулей линейного электродвигателя 4, телеметрии 9, гидрокомпенсатора 6 со встроенным гидромеханическим демпфером 7 нижней крайней точки подвижной части 12 линейного электродвигателя 4, а также элементов разъемного фланцевого соединения 10 модулей. Подвижная часть 12 линейного электродвигателя 4 и гидромеханический демпфер 7 – изолированы от маслосистемы насосной установки, что позволяет исключить загрязнение маслосистемы продуктами износа трущихся деталей, а также значительно упрощает конструкцию маслопровода, исключая из нее фильтры и элементы контроля качества диэлектрического масла.
Согласно преимущественному варианту реализации маслосистема насосной установки, содержит заправочный клапан 13 встроенный в элемент фланцевого соединения блока телеметрии 9. Полость указанного фланцевого соединения является частью сообщенного маслопровода 11, и связана посредством обводного канала 14, устроенного над гидромеханическим демпфером 7, с полостью упругой диафрагмы 15 модуля гидрокомпенсатора 6 которая, в свою очередь, связана с полостью статора 16 линейного электродвигателя 4. Упругая диафрагма 15 связана с сообщенным маслопроводом 11 посредством нижнего 17 и верхнего 18 масляных каналов, выполненных с возможностью прокладки линии связи обмотки статора 16 линейного электродвигателя 4 с погружным блоком телеметрии 9. Согласно одному из возможных вариантов выполнения, маслосистема насосной установки может быть заполнена силиконовым гидрофобным маслом.
Описанное выполнение насосной установки позволяет реализовать заправку расчетного объема масла на этапе производства, что существенно повышает надежность и удобство эксплуатации, сокращая расходы на техническое обслуживание.
Заправку насосной установки диэлектрическим маслом осуществляют в условиях производства через заправочный клапан 13. На первом этапе заполняют диэлектрическим маслом полный объем насосной установки в сборе, образуя один масляный контур, который включает, линейный электродвигатель, гидрокомпенсатор, погружной модуль телеметрии, при этом упругая диафрагма 15 заполняется до максимального объема ограниченного корпусом насосной установки. Выполнение головки токоввода 19 электродвигателя 4 с герметичным кабельным соединением 20 позволяет избежать утечек диэлектрического масла.
На втором этапе отбирают расчетного объема диэлектрического масла, из маслосистемы насосной установки создавая локальное давление на упругую диафрагму 16, открывая при этом заправочный клапан 14 для контролируемого сброса диэлектрического масла из маслосистемы. Согласно предпочтительному варианту реализации технического решения, объем сбрасываемого масла принимают равным объему, излишнему при нагреве двигателя в условиях эксплуатации. В данном случае упругая диафрагма частично заполнена диэлектрическим маслом в объеме достаточном для компенсации как увеличения объема при нагреве, так и уменьшения объема масла при отрицательных температурах, например, при транспортировке либо выполнении монтажных операций.
Реализация заявляемого технического решения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая повышение технологичности изготовления, а также эксплуатационных характеристик и надежность работы со снижением расходов на эксплуатацию и сокращением времени на монтажные операции.