УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в конструкциях гидрозащит маслозаполненных электродвигателей погружных насосных агрегатов, предназначенных для добычи нефти.
Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, описанное в патенте RU 47454 U1, 27.08.2005, включающее в себя корпус, ниппель и основание, образующие центральную камеру устройства, а также вал для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания. Внутри центральной камеры герметично закреплена эластичная кольцевая диафрагма, разделяющая полость камеры на концентрично расположенные задиафрагменную и внутридиафрагменную полости, причем внутридиафрагменная полость заполнена маслом, а задиафрагменная полость гидравлически соединена с затрубным пространством. В полости камеры размещена защитная гильза через центральное отверстие которой проходит вал устройства, при этом гильза герметично соединена своим нижним концом с нижним краем диафрагмы и выполнена с возможностью гидравлической связи с полостью погружного электродвигателя через центральное отверстие основания, а на верхнем конце гильзы вблизи верхнего
ниппеля выполнено отверстие гидравлически соединяющее внутреннюю полость защитной гильзы с внутридиафрагменной полостью центральной камеры. Над ниппелем образована изолирующая камера с центральным отверстием для прохода вала и двумя торцевыми уплотнениями, расположенными в полости изолирующей камеры по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец. Одно из торцевых уплотнений изолирует центральное отверстие верхнего ниппеля относительно полости изолирующей камеры, а второе гидравлически изолирует центральное отверстие этой камеры относительно полости корпуса, гидравлически связанной с приемной полостью насоса. Изолирующая камера гидравлически соединена с внутридиафрагменной полостью центральной камеры посредством канала в ниппеле и трубки, нижний конец которой расположен в нижней части внутридиафрагменной полости.
В устройстве реализуется механизм лабиринтной защиты. В случае протечки верхнего торцевого уплотнения и попадания пластовой жидкости в изолирующую камеру жидкость проходит в нижнюю часть внутридиафрагменной полости через трубку. В нижней части полости происходит накопление более плотной, чем масло пластовой жидкости и через промежуток времени, сопоставимый с временем межремонтной эксплуатации насосного агрегата, происходит заполнение внутридиафрагменной полости пластовой жидкостью до уровня отверстия защитной гильзы. После этого пластовая жидкость попадает в кольцевой канал образованный защитной гильзой и оттуда в полость электродвигателя.
Недостатком аналога является наличие непосредственной гидравлической связи полости защитной гильзы и полости электродвигателя, т.к. протечка пластовой жидкости через верхнее торцевое уплотнение во внутридиафрагменную полость является практически неизбежным процессом даже в штатных условиях работы гидрозащиты, соответственно вероятность попадания пластовой жидкости в полость электродвигателя остается весьма высокой. Недостатком аналога является также наличие непосредственной связи полости корпуса, в которой размещена эластичная диафрагма, с затрубным пространством, в результате чего имеет место постоянный контакт резиновой диафрагмы с пластовой жидкостью, что несколько снижает надежность устройства.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков (прототипом) является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, описанное в патенте SU 1767623 А1, 07.10.1992, включающее в себя основание с нижним ниппелем, корпус, промежуточный ниппель, верхний ниппель и головку, а также вал для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания. Устройство включает в себя три маслозаполненные камеры, при этом центральная камера образована корпусом, верхним и промежуточным ниппелями, а нижняя камера образованна корпусом, нижним и промежуточным ниппелями. Внутри нижней камеры герметично закреплена эластичная кольцевая диафрагма, разделяющая камеру на концентрично расположенные задиафрагменную и
внутридиафрагменную полости. Внутридиафрагменная полость выполнена с возможностью гидравлической связи с полостью погружного электродвигателя через нижний ниппель и полость основания, а задиафрагменная полость гидравлически соединена с полостью центральной камеры устройства посредством канала в промежуточном ниппеле и с затрубным пространством посредством обратного клапана. Промежуточный ниппель снабжен торцевым уплотнением, изолирующим центральное отверстие ниппеля от полости центральной камеры устройства. В полости центральной камеры размещена защитная гильза, через центральное отверстие которой проходит вал устройства. Защитная гильза установлена на промежуточном ниппеле без возможности прохода жидкости в полость гильзы через ее нижний конец, на котором выполнено соответствующее расширение, а торцевое уплотнение промежуточного ниппеля размещено внутри указанного расширения. На верхнем конце гильзы вблизи верхнего ниппеля выполнено отверстие гидравлически соединяющее внутреннюю полость защитной гильзы с полостью центральной камеры. Между верхним ниппелем и головкой образована изолирующая камера с центральным отверстием для прохода вала и двумя последовательно расположенными торцевыми уплотнениями, одно из которых изолирует центральное отверстие верхнего ниппеля относительно полости изолирующей камеры, а второе гидравлически изолирует центральное отверстие этой камеры относительно полости головки соединяемой с приемной полостью насоса. Изолирующая камера гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала в верхнем ниппеле и трубки, нижний конец
которой расположен в нижней части центральной камеры.
Устройство работает по принципу лабиринтной защиты аналогично описанному выше. При протечке пластовой жидкости в изолирующую камеру через верхнее торцевое уплотнение жидкость проходит через трубку в нижнюю часть центральной камеры и оттуда в задиафрагменную полость по каналу в промежуточном ниппеле. После заполнения как задиафрагменной полости, так и полости центральной камеры пластовая жидкость попадает в кольцевой канал, образованный защитной гильзой. В полость электродвигателя пластовая жидкость попадает только в случае разгерметизации основного торцевого уплотнения промежуточного ниппеля, что существенно повышает надежность устройства по сравнению с описанным выше. Компенсация увеличения объема масла при нагреве и уменьшения вследствие утечек через торцевые уплотнения осуществляется за счет деформации эластичной диафрагмы.
Основными недостатками прототипа является размещение одного из торцевых уплотнений изолирующей камеры в полости, соединяемой с приемной полостью насоса, то есть в объеме пластовой жидкости, что отрицательно сказывается на его надежности и долговечности, а также наличие непосредственной связи полости корпуса, в которой размещена эластичная диафрагма, с затрубным пространством, что приводит к постоянному контакту диафрагмы с пластовой жидкостью и также отрицательно сказывается на ее долговечности.
Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящая
полезная модель, состоит в усовершенствовании конструкции гидрозащиты маслозаполненного электродвигателя погружного насосного агрегата для добычи нефти.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в повышении надежности и долговечности гидравлической защиты погружного электродвигателя, эксплуатируемой в условиях повышенной температуры и/или агрессивности пластовой жидкости, за счет снижения вероятности непосредственного воздействия пластовой жидкости на наименее надежные элементы гидрозащиты, а именно торцевые уплотнения и эластичную диафрагму.
Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, обеспечивающее достижение указанного выше технического результата, содержит основание с нижним ниппелем, корпус, промежуточный ниппель, верхний ниппель и головку, а также вал для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия ниппелей и основания. Устройство включает в себя три маслозаполненные камеры, верхняя изолирующая камера образована между головкой и верхним ниппелем, центральная камера образована корпусом, верхним и промежуточным ниппелями, а нижняя камера образованна корпусом, промежуточным и нижним ниппелями. Внутри нижней камеры герметично закреплена эластичная кольцевая диафрагма, разделяющая камеру на концентрично расположенные задиафрагменную и внутридиафрагменную полости. Внутридиафрагменная полость выполнена с
возможностью гидравлической связи с полостью погружного электродвигателя через нижний ниппель и полость основания. Задиафрагменная полость гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала, выполненного в промежуточном ниппеле. Промежуточный ниппель снабжен также торцевым уплотнением, гидравлически изолирующим центральное отверстие ниппеля относительно полости центральной камеры. В центральной камере размещена защитная гильза, через центральное отверстие которой проходит вал устройства, защитная гильза установлена без возможности прохода жидкости в полость гильзы через ее нижний конец, на котором выполнено соответствующее расширение, при этом торцевое уплотнение промежуточного ниппеля размещено внутри указанного расширения. На верхнем конце гильзы вблизи верхнего ниппеля расположено отверстие гидравлически соединяющее внутреннюю полость защитной гильзы с полостью центральной камеры. Изолирующая камера выполнена с центральным отверстием для прохода вала и двумя последовательно расположенными торцевыми уплотнениями, одно из которых гидравлически изолирует центральное отверстие верхнего ниппеля относительно полости изолирующей камеры, а второе уплотнение гидравлически изолирует центральное отверстие этой камеры относительно полости головки устройства. Изолирующая камера гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала, выполненного в верхнем ниппеле, и трубки, нижний конец которой расположен в нижней части центральной камеры. При этом в отличии от прототипа торцевые уплотнения изолирующей камеры размещены в полости камеры по
сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец, полость центральной камеры гидравлически соединена с затрубным пространством посредством канала, выполненного в верхнем ниппеле, и трубки, нижний конец которой расположен в нижней части центральной камеры, а выходное отверстие упомянутого канала, выполненного в промежуточном ниппеле, расположено в полости расширения защитной гильзы.
Кроме того, в частном случае реализации полезной модели, изолирующая камера образована кожухом, герметично закрепленным на верхнем ниппеле.
Наличие трех последовательно установленных на валу торцевых уплотнений, разделяющих три маслозаполненные камеры, одна из которых одна снабжена эластичной диафрагмой, разделяющей "грязную" и "чистую жидкость", а две другие обеспечивают связь с затрубным пространством через гидрозатвор, позволяет реализовать в устройстве механизм лабиринтной защиты, аналогичный описанному в прототипе, а также обеспечить компенсацию изменения объема масла в устройстве. Обеспечение связи задиафрагменной полости с затрубным пространством через гидрозатвор в центральной камере, реализуемый с помощью соответствующей трубки и расположения выходного отверстия канала промежуточного ниппеля внутри полости защитной гильзы, позволяет существенно снизить вероятность попадания пластовой жидкости в задиафрагменную полость. Таким образом, размещение всех торцевых уплотнений в масле и отсутствие непосредственного контакта эластичной диафрагмы с пластовой жидкостью на протяжении большей
части времени работы устройства обеспечивает повышение его надежности и долговечности.
Возможность осуществления полезной модели, охарактеризованной приведенной выше совокупностью признаков, подтверждается описанием устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, выполненного в соответствии с настоящей полезной моделью.
Описание сопровождается графическими материалами, на которых изображено заявленное устройство в разрезе.
Устройство 1 включает в себя основание 2 с нижним ниппелем 3, корпус 4, промежуточный ниппель 5, верхний ниппель 6 и головку 7, а также вал 8 для передачи крутящего момента от погружного электродвигателя к насосу, проходящий через центральные отверстия основания 2 и ниппелей 3, 5, 6. Вал установлен в радиальных подшипниках 9, размещенных в центральных отверстиях ниппелей и основания, а осевая опора 10 вала установлена между основанием 2 и нижним ниппелем 3. Основание, нижний ниппель, корпус, верхний ниппель и головка последовательно соединены между собой, а промежуточный ниппель размещен в полости корпуса 4. Основание 2 и головка 7 снабжены фланцами для соединения с насосом и электродвигателем (на чертежах не показаны), на концах вала 8 выполнены шлицы для соединения с валами электродвигателя и насоса.
Устройство 1 включает в себя три маслозаполненные камеры. Центральная гидрозатворная камера 11 образована корпусом 4, верхним 6 и
промежуточным 5 ниппелями, нижняя диафрагменная камера 12 образованна корпусом 4, нижним 3 и промежуточным 5 ниппелями. Между верхним ниппелем 6 и головкой 7 в полости головки расположена верхняя изолирующая камера 13, образованная кожухом 14, герметично закрепленным на верхнем ниппеле 6.
Для выравнивания давления в устройстве и скважине полость центральной камеры 11 гидравлически соединена с затрубным пространством посредством канала 15 в верхнем ниппеле, закрываемого при транспортировке устройства пробкой 28, и трубки 16, нижний конец которой расположен в нижней части камеры 11, образуя гидрозатвор для пластовой жидкости.
Внутри нижней камеры 12 размещена эластичная кольцевая диафрагма 17, разделяющая камеру на концентрично расположенные задиафрагменную и внутридиафрагменную полости. Диафрагма 17 герметично закреплена своими концами на опорах 18, установленных в центральных отверстиях нижнего и промежуточного ниппелей. Задиафрагменная полость гидравлически соединена с полостью центральной камеры устройства посредством канала 19 в промежуточном ниппеле, а внутридиафрагменная полость при сборке насосного агрегата гидравлически соединяется с полостью погружного электродвигателя через нижний ниппель и полость основания.
Промежуточный ниппель 5 снабжен пружинным торцевым уплотнением 20 с термостойким резиновым сильфоном, расположенным внутри пружины. Уплотнение 20 гидравлически изолирует центральное отверстие ниппеля относительно полости центральной камеры 11.
В полости камеры 11 размещена защитная гильза 21, через центральное отверстие которой проходит вал 8. Гильза 21 установлена без возможности прохода жидкости в полость гильзы через ее нижний конец, на котором выполнено соответствующее расширение 22 с уплотнением, а торцевое уплотнение 20 и выходное отверстие канала 19 расположены внутри указанного расширения. На верхнем конце гильзы 21 вблизи верхнего ниппеля выполнено отверстие 23 гидравлически соединяющее внутреннюю полость гильзы 21 с полостью центральной камеры 11.
Изолирующая камера 13 выполнена с центральным отверстием для прохода вала 8 и двумя последовательно расположенными пружинными торцевыми уплотнениями 24 и 25, аналогичными по конструкции торцевому уплотнению 20. Уплотнения 24 и 25 размещены в полости камеры 13 по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец. Уплотнение 24 гидравлически изолирует центральное отверстие верхнего ниппеля 6 относительно полости изолирующей камеры, а уплотнение 25 изолирует центральное отверстие камеры 13 относительно полости головки 7 устройства.
Изолирующая камера 13 гидравлически соединена с полостью центральной камеры 11 посредством канала 26 в верхнем ниппеле и трубки 27, нижний конец которой расположен в нижней части камеры 11 и также образует гидрозатвор для пластовой жидкости, проникающей в изолирующую камеру через уплотнение 25.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском в скважину устройство гидравлической защиты вместе с
электродвигателем заполняют трансформаторным маслом. Заполнение маслом камер 11, 12 и 13 производится через центральное отверстие основания, при этом для выпуска воздуха служат три специальных отверстия в верхнем ниппеле (на чертежах не показаны). Заполнение маслом производится до тех пор, пока весь воздух не вытеснится и масло не потечет через упомянутые отверстия. Изолирующая камера 13 заполняется маслом через трубку 27, воздух из камеры 13 при этом также вытесняется через специальный канал.
При включении и выключении электродвигателя масло, заполняющее полость электродвигателя и устройства 1 подвергается, соответственно, нагреву или охлаждению, что приводит к изменению его объема. Изменение объема масла компенсируется за счет деформации эластичной диафрагмы 17 и изменения уровня масла в камере 11, куда выдавливается избыток масла из камеры 12 через канал 19 и кольцевой канал, образованный защитной гильзой 21. Нижняя часть камеры 11 заполнена пластовой жидкости, поступающей по трубке 16. За счет меньшего удельного веса масла оно располагается в верхней части полости гидрозатворной камеры, препятствуя проходу пластовой жидкости через отверстие 23 в полость защитной гильзы 21.
В процессе работы электродвигателя незначительное количество пластовой жидкости проникает через верхнее торцовое уплотнение 25, которое находится в наиболее тяжелых условиях работы. Однако, пластовая жидкость не имеет возможности проникновения по валу к основному торцовому уплотнению 20 из-за наличия дополнительного торцевого уплотнения 24 и гидрозатвора, образуемый трубкой 27 и защитной гильзой 21, что позволяет
увеличить время работы торцового уплотнения 20 и за счет этого обеспечить высокую надежность и долговечность гидрозащиты и электродвигателя в целом.