Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя
Изобретение относится к нефтедобывающей области и может быть применено в установках для гидравлической защиты погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости из скважин различных диаметров и глубин, в том числе для наклонных и горизонтальных скважин. Устройство для гидравлической защиты содержит корпус (4) c торцовыми уплотнениями, внутренние камеры, секцию лабиринта, секцию компенсации(27), сбрасывающий клапан(28), пяту, радиальные и осевой подшипники. В секции лабиринта коаксиально валу размещена опора (6), опирающаяся на соединяющие корпус ниппеля (7). Опора (6) имеет, по крайней мере, два продольных канала (16) и (17). Вокруг опоры (6) между дисками (10) с уплотнениями (21, 22) по корпусу и по опоре образована лабиринтная полость (11), внутри которой расположены нижний (12) и верхний (l3) поворачивающиеся и самоустанавливающиеся эксцентрики с кольцевыми каналами (14) и (15). Кольцевые каналы (14) и (l5), выполненные вокруг опоры (6), сообщаются с продольными каналами (l6) и (17). Эксцентрики (12) и (13) установлены с возможностью вращения вокруг своей оси под действием силы тяжести, с помощью колец (23) зафиксированы от перемещения вдоль оси (11) опоры (6) и имеют уплотнения (26) по торцам. Кольцевой канал (14) нижнего эксцентрика (12) соединен с лабиринтной полостью (11), а кольцевой канал (15) верхнего эксцентрика (13) - с залабиринтной полостью (20). Устройство препятствует попаданию песка внутрь установки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей области и может быть применено в установках для гидравлической защиты погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости из скважин различных диаметров и глубин, в том числе для наклонных и горизонтальных скважин.
Известно устройство для гидравлической защиты (протектор) погружного маслозаполненного электродвигателя, раскрытое в описании к авт. свид. SU №1029338, МПК Н02К 5/12, опубл. 15.07.83, Бюл. №26. Указанное устройство содержит: вал, корпус, три последовательно расположенные в осевом направлении камеры, в перегородках между которыми установлены торцовые уплотнения, включающие вращающуюся часть и неподвижную опору, и которые сообщаются друг с другом посредством отверстия, выполненного в перегородке между нижней и средней камерами, и соединительную трубку, установленную в перегородке между верхней и средней камерами и заходящую в нижнюю камеру, причем верхняя камера и нижняя часть нижней камеры заполнены буферной жидкостью. С целью повышения надежности вращающаяся часть уплотнения, установленного в перегородке между верхней и средней камерами, размещена под неподвижной опорой, а в отверстии перегородки между нижней и средней камерами установлена трубка, нижний конец которой размещен над уровнем буферной жидкости, размещенной в нижней камере.
Известное устройство хорошо защищает погружной маслозаполненный электродвигатель в вертикальных и наклоненных под углом не более 40° скважинах. Однако в горизонтальных скважинах такая конструкция работать не сможет, так как не защищена от воздействия песка, удельный вес которого выше удельного веса жидкости, а положение в пространстве лабиринтных трубок при спуске в скважину не может быть задано.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя - протектор ПБ92, выпускаемый ООО «Борец», г.Москва (ТУ3665-010-00217780-01). Указанное устройство содержит: вал, корпус, пяту, радиальный и осевой подшипники, торцовые уплотнения, разделяющие корпус на камеры, секцию лабиринта, сбрасывающий клапан, секцию компенсации, обеспечивающую разделение диэлектрической и пластовой жидкости, поступающей из затрубного пространства. В данном устройстве секция лабиринта, принцип действия которой строится на разности плотности жидкости скважины и диэлектрического масла, заливаемого внутрь устройства, представляет собой конструкцию с трубами, образующую гидрозамок. Действие секции компенсации, являющейся второй ступенью защиты устройства, основано на изоляции диэлектрического масла и жидкости скважины при выравнивании внутреннего и внешнего давлений во время нагревания и охлаждения масла. Такая конструкция может работать хорошо в вертикальных скважинах и в скважинах с небольшим наклоном к вертикали.
Недостатком данной конструкции низкая эффективность работы установки при перекачке нефти в горизонтальных и наклонных скважинах.
Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции, обеспечивающей гидрозатвор пластовой жидкости при работе оборудования как вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах, в том числе и при высоком содержании песка.
Указанный технический результат достигается тем. что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцовыми уплотнениями, внутренние камеры, секцию лабиринта, секцию компенсации, сбрасывающий клапан, пяту, радиальные и осевой подшипники, согласно изобретению в секции лабиринта коаксиально валу размещена опора, опирающаяся на соединяющие корпус ниппеля и имеющая, по крайней мере, два продольных канала, на опоре закреплены два диска с уплотнениями по корпусу и по опоре, между дисками образована лабиринтная полость, внутри которой на опоре с возможностью ограничения вдоль ее оси установлены нижний и верхний поворачивающиеся и самоустанавливающиеся эксцентрики, снабженные кольцевыми каналами, окружающими опору, и уплотнениями по торцам, при этом кольцевые каналы соединены с продольными каналами опоры, один из которых открыт со стороны долабиритной полости, а второй связан с залабиринтной полостью, причем кольцевой канал нижнего эксцентрика выполнен сообщающимся с лабиринтной полостью, а кольцевой канал верхнего эксцентрика - с залабиринтной полостью. Кольцевой канал нижнего эксцентрика может быть сообщен с лабиринтной полостью посредством канала в утяжеленной части. Кольцевой канал верхнего эксцентрика может быть выполнен сообщающимся с залабиринтной полостью в облегченной части. При этом лабиринтная полость, долабиринтная и залабиринтная полости служат защитой от песка для нижних торцовых уплотнений.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя в погружной насосной установке; на фиг.2 представлен узел лабиринта этого устройства.
В погружной насосной установке устройство для гидравлической защиты 1 погружного маслозаполненного электродвигателя 2 размещено между скважинным насосом 3 и погружным электродвигателем 2 (фиг.1).
Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя 1 состоит из наружного корпуса 4, внутри которого коаксиально установлен вал 5 с цилиндрической опорой 6 и торцовыми уплотнениями 9 (фиг.2). Ниппеля 7 и 8, соединенные корпусом 4 и опорой 6, формируют лабиринтное пространство, которое, в свою очередь, разделено дисками 10 на лабиринтную полость 11, долабиринтную полость 18 и залабиринтную полость 20. На опоре 6 имеются два продольных канала 16 и 17, смещенные по длине относительно друг друга и имеющие открытые участки с противоположных сторон. Канал 16 выполнен открытым со стороны долабиринтной полости 18, где он заканчивается, а канал 17 открыт со стороны залабиринтной полости 20. Диски 10 закреплены на опоре 6 и корпусе 4 посредством уплотняющих колец 21 и 22.
Внутри лабиринтной полости 11 на опоре 6 размещены два эксцентрика 12 и 13, имеющие кольцевые каналы 14 и 15 вокруг опоры 6, соединенные соответственно, с продольными каналами 16 и 17. Эксцентрики 12 и 13 установлены с возможностью вращения вокруг своей оси под действием силы тяжести и с помощью колец 23 зафиксированы от перемещения вдоль оси опоры 6. При работе в горизонтальных и сильно наклоненных скважинах они могут самоустанавливаться в зависимости от положения в скважине утяжеленной частью вниз. В вертикальных скважинах положение эксцентриков может быть произвольным. В центре утяжеленной части нижнего эксцентрика 12 выполнен радиальный канал 24, который соединяет кольцевой канал 14 с лабиринтной полостью 11. Радиальный канал 24 может быть выполнен изогнутым (фиг.2) либо наклонным для максимального использования объема.
В облегченной части верхнего эксцентрика 13 имеется канал 25, который с одной стороны соединяется через трубку 19 с лабиринтной полостью 11, а с другой стороны через кольцевой канал 15 и канал 17 сообщается с залабиринтной полостью 20. Трубка 19 выведена в верхнюю часть лабиринтной полости 11. По торцам с обеих сторон эксцентрики 12 и 13 имеют уплотнения 26. например, в виде манжет, препятствующие проникновению песка в глубь устройства.
При работе электродвигателя 2 масло нагревается и увеличивается в объеме. Избыточное масло сбрасывается через клапан сброса давления 28 в полость 30, а затем в залабиринтную полость 20, при этом секция 27 компенсации и разделения диэлектрического масла и пластовой жидкости скважины заполнена горячим маслом и клапан сброса 28 закрыт. При отключении электроэнергии масло внутри электродвигателя 2 и во внутренней полости 29 секции компенсации 27 будет остывать и уменьшаться в объеме, внутри двигателя 2 появится разрежение, которое должна скомпенсировать секция компенсации 27 за счет перемещения поршня или сжатия диафрагмы, после чего давление внутри и снаружи электродвигателя 2 выравнивается.
Согласно характеристике любое торцовое уплотнение 9 может пропускать определенное количество жидкости в единицу времени. В случае если пластовая жидкость проходит через верхнее торцовое уплотнение 9, она будет скапливаться в долабиринтной полости 18, а затем по каналу 16, кольцевому каналу 14, каналу 24 попадет в лабиринтную полость 11 и начнет выдавливать масло в глубь устройства для гидравлической защиты 1. Поэтому для более надежной работы секции лабиринта необходимо, чтобы объем лабиринтной полости 11 был равным или больше объема секции компенсации 27.
Секция лабиринта описываемой конструкции будет работать максимально эффективно в любом положении. Для наклонных и горизонтальных скважин это гарантируется за счет поворачивающихся и самоустанавливающихся эксцентриков. В вертикальных скважинах нижний эксцентрик 12 всегда будет внизу, а верхний эксцентрик 13 за счет трубки 19 будет максимально использовать лабиринтную полость 11, а наличие отделенных друг от друга полостей в секции лабиринта препятствует проникновению песка внутрь устройства гидрозащиты.
1. Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащее корпус, вал с торцовыми уплотнениями, внутренние камеры, секцию лабиринта, секцию компенсации, сбрасывающий клапан, пяту, радиальные и осевой подшипники, отличающееся тем, что в секции лабиринта коаксиально валу размещена опора, опирающаяся на соединяющие корпус ниппеля и имеющая, по крайней мере, два продольных канала, на опоре закреплены два диска с уплотнениями по корпусу и по опоре, между дисками образована лабиринтная полость, внутри которой на опоре с возможностью ограничения вдоль ее оси установлены нижний и верхний поворачивающиеся и самоустанавливающиеся эксцентрики, снабженные кольцевыми каналами, окружающими опору, и уплотнениями по торцам, при этом кольцевые каналы соединены с продольными каналами опоры, один из которых открыт со стороны долабиритной полости, а второй связан с залабиринтной полостью, причем кольцевой канал нижнего эксцентрика выполнен сообщающимся с лабиринтной полостью, а кольцевой канал верхнего эксцентрика - с залабиринтной полостью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой канал нижнего эксцентрика сообщен с лабиринтной полостью радиальным каналом в утяжеленной части.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевой канал верхнего эксцентрика выполнен сообщающимся с залабиринтной полостью через трубку, расположенную в облегченной части.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лабиринтная полость, долабиринтная и залабиринтная полости служат защитой от песка для нижних торцевых уплотнений.
