ПРОТЕКТОР НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно, к устройствам для крепления электрического кабеля и его защиты от негативных воздействий вибраций при спускоподъемных операциях и негативных последствий при запуске двигателя и во время его эксплуатации.
Известен виброгаситель (а.с. №881290 с приоритетом от 22.03.79 г., E21B 17/06), который позволяет получить более высокую механическую скорость и проходку, при компоновке им низа колонны бурильных труб. Виброгаситель включает вал с резьбовыми участками и обойму. Вал состоит из двух частей, установленных с возможностью осевого перемещения. Обойма размещается концентрично валу и образует с ним кольцевую полость, в которой установлены другие упругие элементы. Виброгаситель дополнительно снабжен эластичным патрубком, установленным между близлежащими торцами частей вала.
Такое устройство снижает вибрации только частично и поэтому не может защитить элементы насосной установки от ударных нагрузок при запуске насоса, при спускоподъемных операциях, а также не может снизить усталостные нагрузки крепежных элементов используемого оборудования.
Известен протектор для крепления электрического кабеля к погружной насосной установке, содержащий корпус, состоящий из двух частей, шарнирно связанных между собой для охвата погружной насосной установки в зоне кольцевого зазора, разъемное соединение, элементы которого расположены на свободных концах упомянутых частей корпуса, и защитный экран, размещенный на одной из частей корпуса и выполненный в виде охватывающего электрический кабель и прижимающего его к корпусным частям погружной насосной установки (патент №39161, кл. E21B 17/00, опубл. 20.07.04 г.).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является узел крепления протектолайзера к элементам насосной установки и протектолайзер для крепления и защиты кабеля удлинителя, содержащие шейку насоса или гидрозащиты, выполненную между фланцем с одной стороны и конической поверхностью корпуса основания насоса или гидрозащиты с другой стороны, и протектолайзер для крепления кабеля-удлинителя к элементам насосной установки электроцентробежного насоса (УЭЦН). При этом протектолайзер содержит два сопрягаемых скобообразных элемента, причем один из скобообразных элементов имеет на своей поверхности два взаимно перпендикулярных паза, один из которых образован двумя боковыми стенками ребер и основанием и предназначен для укладки кабеля, а второй паз предназначен для размещения коробообразного элемента с отбортовками, в которых выполнены отверстия под крепежные элементы в виде болтов или шпилек. На торце основания выполнен выступ, который располагается, при установке устройства, между гайками крепления секций насоса и исключает поворот корпуса (патент №2378483, кл. E21B 17/00, опубл. 27.11.08 г.).
Известные устройства надежно фиксируют и защищают кабель на элементах насосной установки. Однако, при запуске двигателя до достижения рабочих оборотов из-за дисбаланса, возникают вибрации, которые передаются на все элементы насосной установки. Двигатель, насосные секции начинают раскачиваться с большой амплитудой и бить о внутреннюю поверхность обсадных колонн. Это приводит к механическим повреждениям на элементах УЭЦН и к разрушению цементного камня обсадной колонны. Также возникающие колебания элементов насосной установки приводят к дополнительным нагрузкам на элементы крепежа фланцевых соединений, подшипники, опоры валов двигателя и насосных секций. Самые тяжелые последствия от вибрации возникают при резонансе. Последствия бывают весьма разнообразные: поломка крепежа фланцевых соединений, в результате чего происходит расчленение элементов УЭЦН, возникновения наклепа на внутренней поверхности обсадных труб и наружных поверхностях элементов УЭЦН, повреждение кабельной линии и т.д.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции протектора, которая позволяет уменьшить ударные нагрузки при спускоподъемных операциях и при запуске двигателя УЭЦН, а также предотвратить возникновение резонансных колебаний при запуске двигателя и во время его эксплуатации.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности защиты кабеля за счет снижения силовых нагрузок на крепежные элементы протектора при уменьшении механических повреждений элементов насосной установки и внутренних поверхностей труб обсадной колонны.
Поставленная задача решается тем, что протектор насосной установки, состоит из корпуса и хомута, соединенных разъемно с образованием внутренней поверхности для установки протектора на элементы насосной установки соосно с насосной установкой. Корпус имеет дугообразную внешнюю поверхность, снабженную пазом, расположенным вдоль оси протектора для крепления кабеля. Хомут имеет выступ с удлиненной внешней поверхностью вдоль оси протектора. При этом корпус и хомут снабжены, по меньшей мере, тремя узлами демпфирования расположенными равномерно. Каждый узел демпфирования включает выемку на внешней поверхности корпуса или хомута. В выемке установлен удлиненный вдоль оси протектора элемент с загнутыми концами для крепления в теле корпуса или хомута, а свободное пространство выемки заполнено упругим материалом. При этом часть поверхности каждого удлиненного элемента выступает над внешней поверхностью корпуса или хомута.
В частном случае внешняя дугообразная поверхность корпуса имеет вытянутые участки вдоль оси протектора.
В частном случае в качестве упругого материала использована резина.
В частном случае корпус и хомут скреплены между собой болтовыми соединениями. Причем в торцевых поверхностях корпуса выполнены глухие резьбовые отверстия, в торцевых поверхностях хомута выполнены сквозные резьбовые отверстия. При этом со стороны внешней поверхности хомута выполнены выемки под головки соединительных болтов.
Предложенная полезная модель позволяет гасить различные вибрации, возникающие в процессе эксплуатации УЭЦН. Наличие в узле демпфирования удлиненного элемента позволяет гасить низкочастотные колебания, а высокочастотные колебания гасятся упругим материалом, которым заполнено свободное пространство выемки. Величина выступа удлиненных элементов над внешней поверхностью корпуса и хомута позволяет создать постоянный контакт внешней поверхности удлиненных элементов с внутренней поверхностью обсадных колонн. Результатом этого является отсутствие резонансных колебаний во время эксплуатации, что повышает надежность защиты кабеля, увеличивает срок службы насосной установки в целом и предотвращает разрушение цементного слоя обсадных колонн.
В дальнейшем полезная модель иллюстрируется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих, примеров ее выполнения и чертежами, на которых:
Фиг. 1 - представляет собой вид спереди устройства с местным разрезом на месте болтового крепления;
Фиг. 2 - вид сбоку устройства;
Фиг. 3 - разрез узла демпфирования.
Заявленный протектор (фиг. 1 и фиг. 2) содержит корпус 1 и хомут 2. Торцевые части корпуса 1 и хомута 2 имеют разъемные соединения 3. При соединении корпус 1 и хомут 2 образуют внутреннюю полость 4 для крепления протектора на элементах насосной установки. Для этого внутренние поверхности корпуса 1 и хомута 2 точно повторяют конфигурацию посадочного места на соответствующем элементе насосной установки. На фиг. 1 показано, что внутренние поверхности корпуса 1 и хомута 2 повторяют конфигурацию посадочного места насосной секции. Корпус 1 имеет дугообразную внешнюю поверхность 5 с пазом 6 для укладки кабеля 7. Поперек паза 6 установлена скоба 8 для прижатия кабеля 7 к корпусу 1. Скоба 8 установлена съемно, например, с помощью болтов 9, под которые скоба 8 имеет на своих концах отверстия (на фигурах не показаны) и которые вворачиваются в резьбовые отверстия, выполненные в соответствующих местах корпуса 1.
Протектор должен быть снабжен, по меньшей мере, тремя узлами демпфирования 10, которые расположены равномерно на поверхности корпуса и хомута. Узлы демпфирования 10 выполнены в виде стержней 11, установленных в выемках 12.
В примере, приведенном на фиг. 1, протектор снабжен шестью узлами демпфирования 10, расположенными попарно таким образом, что центральные точки между парами (в плоскости чертежа фиг. 1) расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом корпус 1 имеет четыре узла демпфирования 10, а хомут 2 имеет два узла демпфирования 10. Стержни 11 установлены в продольных выемках 12, в направлении расположения кабеля 7 и параллельно оси протектора. Выемки 12 выполнены на поверхности корпуса 1 и хомута 2. Стержни 11 имеют загнутые концы 13 и 14 для крепления в теле корпуса 1 и хомута 2. Свободное пространство в выемках 12 заполнено упругим материалом 15, например резиной или каучуком, стойким к воздействию агрессивных сред и повышенной температуры.
Узлы демпфирования могут быть изготовлены, например, следующим способом. Стержни 11 загнутым концом заводят и фиксируют в теле корпуса 1 и хомута 2 в рабочем положении специальной оснасткой. При этом предварительно в пазы укладывается упругий материал, в качестве которого могут быть использованы, например, резина или каучук. Далее, используя специальное приспособление, фиксируют положение стержней относительно корпуса 1 и хомута 2 совместно с упругим материалом. После чего приспособление с корпусом 1 и хомутом 2 помещают в печь для спекания и вулканизации упругого материала. Предварительно для увеличения адгезии металла с резиной (упругим материалом) стержни и пазы обрабатывают специальным клеем.
Как показано на фигурах поверхности стержней 11 выступают над наружными поверхностями корпуса 1 и хомута 2.
Для достижения максимального эффекта, а именно, снижения ударной нагрузки на протектор при запуске насоса, центральная часть корпуса 1 с обеих сторон от паза 6 может быть выполнена в виде продольных полок 16. Причем полки 16 вытянуты в направлении оси протектора. Внешняя поверхность 5 полок 16, в поперечном направлении, имеет дугообразную форму (фиг. 1). При таком выполнении корпуса 1 стержни 11 имеют значительную длину, поэтому при ударах о стенки труб обсадной колонны лучше амортизируют, сила удара уменьшается и стенкам колонны наносится минимальный вред. При этом вибрации гасятся и в крепежных узлах не возникают усталостные напряжения. Надежность крепежных соединений возрастает, также возрастает надежность крепления кабеля 7 к элементам насосного устройства, что позволяет повысить долговечность УЭЦН.
Для аналогичных целей центральную часть хомута 2 со стороны наружной поверхности делают в виде выступа 17. Выступ 17 имеет вытянутую форму, а именно его продольный размер, в направлении оси протектора, превышает поперечный размер. Внешняя поверхность 18 выступа 17 в направлении поперечном оси протектора имеет также дугообразную форму и лежит на одной окружности с внешней поверхностью полок 16 корпуса 1.
Для лучшего сохранения поверхности кабеля 7 в месте его крепления целесообразно на нижнюю стенку паза 6 корпуса 1 установить, например, с помощью винтов 19, диэлектрическую подложку 20.
Наиболее простой и удобный способ соединения корпуса 1 и хомута 2 между собой является болтовое соединение. Для этого в торцевых поверхностях корпуса 1 выполнены глухие резьбовые отверстия (на чертежах не обозначены), а в торцевых поверхностях хомута 2 выполнены сквозные резьбовые отверстия (на чертежах не показаны), при этом со стороны наружной поверхности хомута 2 выполнены выемки 21 под головки соединительных болтов.
Такие протекторы устанавливают в местах фланцевых соединений насосных секций, что позволяет защитить кабель-удлинитель от механических повреждений при спускоподъемных операциях и во время эксплуатации, а также значительно снизить вредные воздействия, вызванные вибрациями и колебаниями и предотвратить возникновение резонанса.