УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО МАСЛОЗАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
DEVICE FOR HYDRAULIC PROTECTION OF SUBMERSIBLE OIL-FILLED ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть применено в установках для гидрозащиты погружных электродвигателей для электроцентробежных насосов, используемых для добычи пластовой жидкости из скважин.
Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал, верхнюю камеру, расположенную вдоль оси вала и образованную корпусом, верхним и промежуточным ниппелями. Внутри верхней камеры на опоре герметично закреплена диафрагма, разделяющая камеру на задиафрагменную и внутридиафрагменную полости, причем задиафрагменная полость гидравлически связана с затрубным пространством. Гидравлическая связь задиафрагменной полости верхней камеры с затрубным пространством выполнена посредством канала, образованного сообщающимися между собой двумя отверстиями, выполненными в верхнем ниппеле, одно из которых проходит в радиальном направлении и связано с затрубным пространством, а другое отверстие проходит в осевом направлении и через кольцевую канавку в верхнем ниппеле, совмещенную с кольцевой канавкой в опоре диафрагмы, сообщается с продольным отверстием, выполненным в опоре диафрагмы, сообщающимся через радиальное отверстие, выполненное в опоре диафрагмы, с нижней частью задиафрагменной полости верхней камеры (по патенту RU 2194349, опубл. 10.12.02).
Недостатком известного технического решения является то, что полость, в которой расположены торцевые уплотнения, связана с затрубным пространством и, следовательно, в нее будет попадать пластовая жидкость, что отрицательно скажется на надежности и долговечности торцовых уплотнений и всего устройства.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее 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 образована 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, а задиафрагменная полость гидравлически соединена с полостью центральной камеры посредством канала, выполненного в промежуточном ниппеле, который 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. 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 канала, выполненного в промежуточном ниппеле, расположено в полости расширения защитной гильзы (по патенту RU 76995, опубл. 10.10.08).
Недостатком прототипа, как и вышеуказанного аналога, является то, что полость, в которой расположены торцевые уплотнения, связана с затрубным пространством. Наличие лабиринтной защиты обеспечивает дополнительную степень защиты, но все же не исключает попадания пластовой жидкости в полость с торцевыми уплотнениями, что отрицательно скажется на надежности и долговечности торцевых уплотнений и всего устройства.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности и ресурса работы устройства путем исключения контакта оппозитно установленных торцевых уплотнений с пластовой жидкостью.
Техническими результатами являются повышение надежности и ресурса работы устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя (далее - гидрозащита).
Для первого объекта из заявленной группы изобретений указанные технические результаты достигаются тем, что в устройстве гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем вал, головку, упорный и радиальный подшипники, по крайней мере, один компенсирующий модуль, в состав которого входят два ниппеля, соединенных цилиндрическим корпусом, и компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, согласно изобретению компенсирующий модуль содержит два торцевых уплотнения, образующих полость изолирующей камеры и установленных по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец, полость изолирующей камеры гидравлически связана через обратные клапаны с полостью компенсирующего модуля и с затрубным пространством, над изолирующей камерой размещен динамический лабиринт, включающий динамическую втулку, которая герметично установлена на валу, и втулку лабиринта, неподвижно установленную с радиальным зазором по отношению к валу и динамической втулке, причем динамический лабиринт не имеет гидравлической связи с полостью изолирующей камеры и полостью компенсирующего модуля.
Обратные клапаны, связывающие изолирующую камеру с полостью компенсирующего модуля и с затрубным пространством, обеспечивают выход масла при его температурном расширении из компенсирующего модуля через изолирующую камеру в затрубное пространство и препятствуют попаданию пластовой жидкости в изолирующую камеру и далее в компенсирующий модуль. Тем самым обеспечивается надежная работа торцевых уплотнений в масляной среде.
Для второго объекта из заявленной группы изобретений указанные технические результаты достигаются тем, что в устройстве гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем вал, головку, упорный и радиальный подшипники, по крайней мере, один компенсирующий модуль, в состав которого входят два ниппеля, соединенных цилиндрическим корпусом, и компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, согласно изобретению компенсирующий модуль содержит два торцевых уплотнения, образующих полость изолирующей камеры и установленных по сдвоенной схеме с оппозитным расположением уплотняющих колец, полость изолирующей камеры гидравлически связана через дополнительный компенсирующий модуль с затрубным пространством и гидравлически не связана с маслозаполненной полостью компенсирующего модуля, над изолирующей камерой размещен динамический лабиринт, включающий динамическую втулку, которая герметично установлена на валу, и втулку лабиринта, неподвижно установленную с радиальным зазором по отношению к валу и динамической втулке, причем динамический лабиринт не имеет гидравлической связи с полостью изолирующей камерой и полостью компенсирующего модуля.
Изолирующая камера напрямую не связана с затрубным пространством, поэтому попадание в нее пластовой жидкости исключено. Тем самым обеспечивается надежная работа торцевых уплотнений в масляной среде.
Для обоих объектов дополнительная защита от попадания пластовой жидкости в полость компенсирующего модуля обеспечивается установкой двух торцевых уплотнений. При выходе из строя (негерметичности) одного уплотнения второе продолжает выполнять свои функции и препятствует попаданию пластовой жидкости в масло. Модуль динамического лабиринта препятствует попаданию пластовой жидкости в зону над верхним торцевым уплотнением.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг. 1 - гидрозащита с изолирующей камерой, связанной через обратные клапаны с полостью компенсирующего модуля и с затрубным пространством;
Фиг. 2 - гидрозащита с изолирующей камерой, гидравлически связанной через дополнительный компенсирующий модуль с затрубным пространством и гидравлически не связанной с маслозаполненной полостью компенсирующего модуля.
Гидрозащита (фиг. 1) содержит вал 1, головку 2, упорный 3 и радиальный 4 подшипники и компенсирующий модуль, в состав которого входят цилиндрический корпус 5, коаксиально установленная внутри него втулка направляющая 6, верхний 7 и нижний 8 ниппели и кольцевой поршень 9, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения. Кольцевой поршень 9 разделяет компенсирующий модуль на две полости - нижнюю 10 и верхнюю 11, заполненные соответственно диэлектрической (масляной) и смешанной (пластовая жидкость) средой. Нижний ниппель 8 соединен с основанием 12.
В головке 2 размещен узел динамического лабиринта, включающий втулку динамическую 13, жестко установленную на валу 1, и втулку лабиринта 14, установленную на верхнем ниппеле 7.
В верхнем ниппеле 7 расположена изолирующая камера 15, в которой на валу 1 установлены два торцевых уплотнения 16. Также в верхнем ниппеле 7 выполнены два канала 17 и 18 с установленными в них обратными клапанами 19 и 20 соответственно, и канал 21, связывающий полость верхнюю 11 с затрубным пространством.
В нижнем ниппеле 8 выполнен канал 22, а в основании 12 - канал 23.
На фиг. 2 показана гидрозащита, в которой изолирующая камера 15 гидравлически связанна с затрубным пространством через канал 21, полость 11 и дополнительный компенсирующий модуль, состоящий из цилиндрической камеры 24 и поршня 25.
Канал 26 с пробкой 27 служит для заправки гидрозащиты маслом (совместно с погружным электродвигателем, не показан). Канал 28 с пробкой 29 служит для заправки маслом изолирующей камеры 15.
Устройство гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя работает следующим образом. Перед спуском в скважину устройство для гидравлической защиты вместе с погружным электродвигателем заполняется диэлектрическим маслом. При включении погружного маслозаполненного электродвигателя крутящий момент от вала электродвигателя передается через вал 1 гидрозащиты валу погружного центробежного насоса. Компенсация утечек диэлектрического масла и тепловых изменений его объема при работе погружного маслозаполненного электродвигателя и его остановах осуществляется за счет перемещения кольцевого поршня 9.
Защита от попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя осуществляется при помощи кольцевого поршня 9 и торцевых уплотнений 16. Наличие изолирующей камеры 15 является дополнительной степенью защиты. При выходе из строя одного из торцевых уплотнений 16 второе уплотнение продолжит выполнять функцию по предотвращению попадания пластовой жидкости в масло.
Температурное изменение объема масла внутри изолирующей камеры 15 компенсируется обратными клапанами 19, 20 (фиг. 1) или поршнем 25 (фиг. 2).
При вращении вала 1 насоса начинает вращаться и динамический лабиринт, частью которого является втулка динамическая 13, жестко связанная с валом 1, при этом механические примеси отбрасываются на периферию. Газ, растворенный в пластовой жидкости, скапливается в верхней части втулки динамической 13 и также препятствует попаданию механических примесей в зону торцевого уплотнения 16, что положительно сказывается на надежности гидрозащиты.
Таким образом, решения, используемые в изобретении, повышают надежность работы устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя.