Погружная насосная установка с линейным электродвигателем открытого типа

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным установкам для добычи нефти из малодебитных скважин. Установка содержит линейный электродвигатель и насос с возвратно-поступательным действием рабочего органа (плунжера, поршня), связанного с подвижной частью электродвигателя (бегуном). Полость статора электродвигателя с обмоткой выполнена герметичной. Полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью. Бегун перемещается в опорных элементах, расположенных в статоре. Установка снабжена торцевыми щитами между полостями насоса и электродвигателя, средствами защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтрами, имеющими характеристики фильтров тонкой очистки. Фильтры расположены в корпусе электродвигателя между статором и торцевыми щитами, внешняя поверхность торцевых щитов плотно соединена с корпусом, внутренняя поверхность торцевых щитов механически контактирует с поверхностью бегуна через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей. Установка имеет повышенный срок службы за счет улучшения условий работы опорных узлов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным установкам для добычи нефти из малодебитных скважин.

Известны погружные насосные установки, содержащие линейный электродвигатель, корпус которого механически связан с корпусом насоса, подвижная часть (бегун) механически связана с рабочим органом насоса через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей (см., патент РФ №2422676, класс F04B 47/06, от 2009 года).

Известное устройство имеет относительно низкий срок службы. При колебаниях температуры и, следовательно, давления внутри электродвигателя, газ, растворенный в пластовой жидкости, прорывается в полость электродвигателя, часть опорных элементов бегуна оказывается без смазки жидкостью и ускоренно изнашивается.

Известна также погружная насосная установка, содержащая линейный электродвигатель, состоящий из корпуса, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси статора, насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой (евразийский патент №009268, кл. F04B 47/06, от 2007 года).

Недостатком известного устройства является низкий срок службы, вызванный тем, что опорные элементы линейного электродвигателя вынуждены работать непосредственно в среде пластовой жидкости, в которой, как известно, содержатся твердые механические примеси с различными по размерам частицами.

Изобретение направлено на повышение срока службы установки.

Указанный технический результат достигается тем, что погружная насосная установка, содержащая линейный электродвигатель, включающий в себя корпус, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен на опорных элементах статора с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси электродвигателя, и насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой, согласно изобретению снабжена торцевыми щитами между полостями насоса и электродвигателя, средствами защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтрами тонкой очистки, расположенными в осевом направлении в корпусе электродвигателя между статором и торцевыми щитами, внешняя поверхность торцевых щитов плотно соединена с корпусом, внутрення поверхность торцевых щитов механически контактирует с поверхностью бегуна через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей.

Дополнительные фильтры тонкой очистки могут быть размещены в торцевых щитах.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 схематически представлена конструкция насосной установки. Установка состоит из погружного линейного электродвигателя 1 и насоса 2. Неподвижная часть насоса 2 механически соединена с корпусом 3 электродвигателя 1, через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой. В корпусе 3 электродвигателя размещен неподвижный статор 4 с обмоткой, полость которого герметезирована, например, корпусом 3, торцевыми герметезирующими элементами 5, расположенными с обеих сторон и гильзой 6. Рабочий орган (поршень, плунжер) насоса 2 возвратно-поступательного действия механически связан с бегуном 7 электродвигателя 1. Бегун 7 располагается в опорных элементах 8 статора электродвигателя 1. Полость электродвигателя 1, образованная статором 4, корпусом 3 и бегуном 7, заполнена жидкостью. Фильтры 9 тонкой очистки, имеющие характеристики фильтров тонкой очистки, размещаются в корпусе 3 электродвигателя в осевом направлении между статором 4 и торцевыми щитами 10 с двух сторон. Внешняя поверхность торцевых щитов 10, расположенных между полостями насоса и электродвигателя, плотно соединена с корпусом 3 электродвигателя. С торцевыми щитами 10 механически связаны средства 12 защиты полости электродвигателя от попадания механических примесей. Через средства 12 защиты полости электродвигателя от механических примесей внутренняя поверхность торцевых щитов 10 механически контактирует с поверхностью бегуна 7. Дополнительные фильтры 11 тонкой очистки размещены в торцевых щитах 10.

Полость электродвигателя 1, образованная корпусом 3, торцевыми щитами 10 и бегуном 7, перед погружением в скважину заполняется жидкостью (маслом, водой). Объем жидкости зависит от мощности электродвигателя, его размеров и частоты возвратно-поступательного движения.

Устройство работает следующим образом.

При управлении токами в обмотках электродвигателя по соответствующему алгоритму бегун 7 совершает возвратно-поступательные перемещения, насос 2 вытесняет пластовую жидкость в выходную магистраль. В случае, если диаметр бегуна строго постоянен на всем участке его соприкосновения с неподвижными элементами, в полости электродвигателя практически отсутствуют колебания давления, и, следовательно, отсутствуют гидродинамические потери в фильтрах.

Температура активных элементов электродвигателя в процессе его работы повышается, вместе с ней повышается температура жидкости в полости электродвигателя и соответственно увеличивается ее объем. Поскольку тепловые процессы протекают относительно медленно, жидкость постепенно поступает через фильтры тонкой очистки в окружающую среду, выравнивая давление в полости электродвигателя с давлением окружающей среды. При отключении электродвигателя процесс повторяется в обратном порядке. При этом практически отсутствует перепад давления на средствах 12 защиты полости электродвигателя от механических примесей, что исключает прорыв растворенного в пластовой жидкости газа в полость электродвигателя, в том числе к опорным элементам 8 статора.

Если бы средства защиты полости электродвигателя от механических примесей были установлены на известном устройстве (прототипе), то при нагревании электродвигателя в процессе работы жидкость прорывалась бы из полости статора через средства защиты от механических примесей через полость насоса в окружающую среду. При остывании электродвигателя после его остановки, например, при исчезновении напряжения в сети, температура внутри полости элекродвигателя снижается, объем жидкости уменьшается, давление внутри полости двигателя также снижается. Под действием перепада давления газ прорывается в полость электродвигателя, в том числе в его опорные узлы (подшипники), нарушая их смазку. При повторном включении износ подшипников резко возрастает.

В реальных условиях эксплуатации отключения установок происходят довольно часто, поэтому станции управления погружными установками всегда оборудуются устройствами автоматического повторного включения (блоками АПВ).

Таким образом, только совокупность средств защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтров тонкой очистки и их расположение обеспечивают увеличение срока службы установки.

1. Погружная насосная установка, содержащая линейный электродвигатель, включающий в себя корпус, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен на опорных элементах статора с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси статора, и насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой, отличающаяся тем, что она снабжена торцевыми щитами между полостями насоса и электродвигателя, средствами защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтрами тонкой очистки, фильтры тонкой очистки расположены в осевом направлении в корпусе электродвигателя между статором и торцевыми щитами, внешняя поверхность торцевых щитов плотно соединена с корпусом, внутрення поверхность торцевых щитов механически контактирует с поверхностью бегуна через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными фильтрами тонкой очистки, размещенными в торцевых щитах.