УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТ ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ И ОТДЕЛЕНИЯ ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ ОТ ГАЗА

Предлагаемое решение относится к средствам защиты погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН) от попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя и отделения пластовой жидкости от свободного газа. Устройство может быть использовано в нефтяной промышленности при добыче нефти, содержащей свободный газ, на скважинах, оборудованных ЭЦН.
При нарушении герметичности происходит попадание воды внутрь электродвигателя, что приводит к короткому замыканию и выходу из строя насосной установки. Известные устройства: 1Г52, 1Г51, ГБ52, служат для защиты маслонаполненных электродвигателей от попадания пластовой жидкости. Устройства состоят из 2-х частей: компенсатора и протектора. Назначение протектора - предотвратить проникновение пластовой жидкости внутрь электродвигателя. Компенсатор служит для выравнивания внутреннего давления масла и внешнего давления пластовой жидкости в случае утечек масла, а также сжатия или расширения масла при нагревании или охлаждении электродвигателя в процессе эксплуатации. При добыче нефти, содержащей свободный газ, насосные установки, наряду с компенсатором и протектором, комплектуются газосепараторами.
Основными недостатками известных устройств являются большая длина (около 3,5 метров) и наличие 3-х отдельных частей. Из-за большой длины возникают сложности при спусках и подъемах ЭЦН на скважинах с искривленным стволом. При работе насоса вследствие вибрации происходит отворачивание крепежных деталей в местах соединения отдельных частей, с последующей разгерметизацией установки, обрывом двигателя и компенсатора. Негативное влияние вибрации усиливается по причине малой жесткости вала (диаметр 17 мм) и наличия опорного подшипника в газосепараторе, т.к. при изнашивании вставок увеличивается дисбаланс узла.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства является устройство для защиты электродвигателя от пластовой жидкости, раскрытое в RU 23908 U1,
МПК7 Е 21 В 12/04, 20.07.2002, объединяющее в одном узле компенсатор и протектор. Длина данного устройства несколько меньше известных устройств, по сравнению с известными устройствами уменьшено количество стыков, снижена опасность разгерметизации электропривода и вероятности обрыва электродвигателя.
Однако, приведенное устройство не позволяет обеспечить разделение пластовой жидкости и газа.
Задачей предложения является повышение эффективности устройства по разделению пластовой жидкости и свободного газа. Решение данной задачи обеспечивает технический результат, заключающийся в предотвращении попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя, при одновременном сохранении уровня вибрации и простоты спуско-подъемных операций на скважинах с искривленным стволом.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего протектор и компенсатор, оно снабжено газосепаратором, при этом протектор, компенсатор и газосепаратор размещены на одном валу. Кроме того, устройство снабжено опорным подшипником, размещенным в нижней части устройства. Протектор и компенсатор устройства выполнены в виде двух диафрагменных секций, разделенных торцевыми уплотнениями, содержащих два ниппеля с дыхательными клапанами. Газосепаратор имеет приемную головку с каналами, выполненными с возможностью направления потока жидкости параллельно оси вала. При этом приемная головка газосепаратора выполнена с манжетой, препятствующей попаданию механических примесей. Газосепаратор имеет верхнюю головку, включающую узел изменения потока жидкости для вывода газа в затрубное пространство и выполненную сменной для обеспечения крепления электроцентробежных насосов различных типоразмеров. Кроме того, устройство снабжено сменными нижними основаниями для присоединения электродвигателей различных типоразмеров.
Предлагаемая конструкция обеспечивает уменьшение общей длины устройства (почти на 1,5 метра), увеличение жесткости конструкции и уменьшение
количества стыковых соединений. Это позволило снизить опасность разгерметизации электропривода и вероятность обрыва электродвигателя, улучшить условия для прохождения насоса по искривленным участкам скважины при проведении спуско-подъемных операций.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства. Основными узлами устройства являются две диафрагменные секции 12 и 13, разделенные торцевыми уплотнениями 3 (которые выполняют функции соответственно протектора и компенсатора), что обеспечивает надежную защиту внутренней части электродвигателя от проникновения пластовой жидкости, а также секция сепарирования газа (газосепаратор 5), обеспечивающая отделение его от жидкости.
Устройство состоит из нижнего основания 1, узла опорного подшипника 2 протекторной части, двух диафрагменных секций - протектора 12 и компенсатора 13 - каждая из которых содержит эластичную диафрагму и ниппель с дыхательным клапаном (на схеме не показаны), торцевых уплотнений 3, приемной головки 4 секции сепарирования газа (газосепаратора 5), верхней головки 6 с узлом изменения направления потока жидкости для вывода газа в затрубное пространство и вала 7, общего для всех секций устройства.
Нижнее основание 1 служит для присоединения устройства к электродвигателю. К верхней головке 6 крепится погружной электроцентробежный насос.
Благодаря совмещению на одном валу 3-х секций устройства отсутствует необходимость в применении опорного подшипника газосепаратора. Функции опорного подшипника выполняет опорный подшипник протектора 12.
На фиг.2 и фиг.3 приведена схема выполнения приемной головки 4 секции сепарирования газа. Приемная головка 4 выполнена с каналами 8, направленными вдоль оси головки 4 и сообщающими кольцевую полость, ограниченную приемной сеткой 10, с торцевой частью головки 4, соединенной с газосепаратором 5. Приемная головка 4 имеет также манжету 5 для уплотнения вала 7 и бронзовую втулку 11, выполняющую роль радиального подшипника.
Продольное направление каналов 8 приемной головки 4 секции сепарирования газа 5 и применение манжеты 9 снизило попадание песка в гидрозащитную часть и уменьшило скорость разрушения головки за счет изменения направления потока пластовой жидкости во внутреннюю полость газосепаратора. Опорный подшипник 2 протекторной секции размещен в нижней части устройства и всегда находится в среде масла, что исключает перегрев подшипника и заклинивание вала. Опорный подшипник 2 принимает осевые нагрузки вала, что увеличивает надежность работы газосепаратора 5. Функции компенсирущего узла, наряду с эластичными диафрагмами, выполняют два дыхательных клапана, размещенных в специальных ниппелях. Применение клапанов дает возможность улучшить качество защиты электродвигателя от проникновения пластовой жидкости за счет изменения схемы крепления диафрагмы. Узел приема и направления пластовой жидкости состоит из приемной головки 4 новой конструкции, секции сепарации (газосепаратора 5) и универсальной верхней головки 6 с разделителем потока. Отличие приемной головки 4 от аналогов заключается в иной конструкции приемных отверстий и каналов 8, а также в наличии манжеты 9. Согласно классическому варианту, отверстия в головке расположены под углом 30 градусов к оси вала. Поток жидкости, двигаясь через отверстия, претерпевает резкое изменение направления, что ускоряет разрушение отверстий и приводит к разрушению головки и обрыву оборудования. В предлагаемом устройстве в головке каналы 8 обеспечивают направление потока жидкости параллельно оси вала (фиг.2), значительно уменьшая разрушающие воздействия на приемную головку. Использование манжеты 9 уменьшает попадание механических примесей (частиц песка) в гидрозащитную часть, что увеличивает работоспособность верхнего торцевого уплотнения.
Нижнее основание устройства выполнено сменным и предназначено для присоединения различных типов электродвигателей и верхнюю сменную головку, предназначенную для соединения с насосами различных фирм-изготовителей, что делает его универсальным в любой комплектации насосных установок.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
После монтажа устройства с двигателем образуется единое пространство, полностью заполненное маслом. После спуска оборудования в скважину происходит выравнивание внешнего давления и внутреннего в устройстве за счет конструкции протектора 12 и компенсатора 13. При работе двигателя происходит нагрев масла и увеличение внутреннего давления. Если это давление не сбросить, то возможно попадание пластовой жидкости в двигатель. Выравнивание давления осуществляют с помощью торцевых уплотнений 3 и дыхательных клапанов.
Пластовая жидкость при работе устройства всасывается через каналы в нижнем основании 1 и подается при помощи шнека в область сепарации. После выделения газа и отделения его от пластовой жидкости газ выводится в затрубное пространство скважины через отверстия верхней головки 6. Пластовая жидкость поступает в нижнюю секцию ЭЦН и далее в насосно-компрессорные трубы.
Устройство может быть использовано в нефтяной промышленности при добыче нефти с использованием погружных электроцентробежных насосов. Особенно эффективно использование устройства в скважинах с высоким насыщением пластовой жидкости газом.