Устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для гидравлической защиты погружных электродвигателей электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости. Устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя содержит вал (1), головку, основание, упорный и радиальный подшипники, по меньшей мере один компенсирующий модуль. Компенсирующий модуль включает верхний ниппель (7) и нижний ниппель, соединенные цилиндрическим корпусом, торцевое уплотнение (10) и компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости. В верхнем ниппеле (7) под торцевым уплотнением (10) выполнена канавка (17), в которой установлено демпфирующее кольцо (18), контактирующее с валом (1) без зазора. Полости (19 и 20) соответственно над демпфирующим кольцом (18) и под ним негерметичны относительно друг друга. Изобретение направлено на повышение надежности и срока службы устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя за счет оптимизации работы торцевого уплотнения и его дополнительной защиты. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано в устройствах для гидравлической защиты установок погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости.

В качестве привода в установках погружных электроцентробежных насосов используется погружной маслозаполненный электродвигатель. Для предотвращения попадания внутрь электродвигателя пластовой жидкости применяется устройство для гидравлической защиты (гидрозащита), которое устанавливается между насосом и электродвигателем. В гидрозащите для уплотнения вала используют торцевое уплотнение, состоящее из двух основных частей, одна из которых устанавливается на валу и вращается вместе с ним, а другая установлена неподвижно в корпусе. Для надежной работы торцевого уплотнения необходимо, чтобы радиальное биение вала не превышало 0,05 мм, в то время как при использовании в конструкции гидрозащиты в качестве радиальных опор подшипников скольжения биение вала, как правило, превышает 0,1 мм. Также, для надежной работы торцевого уплотнения необходим расход масла через него.

Известна погружная насосная установка, содержащая роторный насос, приводимый в действие двигателем, секцию гидрозащиты, расположенную между двигателем и насосом для выравнивания давления моторного смазочного масла, содержащегося в двигателе, с давлением скважинного флюида снаружи насосной установки и включающую корпус, расположенный между насосом и двигателем и имеющий конец со стороны насоса и конец со стороны двигателя, вал, проходящий через корпус и служащий для осуществления привода насоса от двигателя, первичное уплотнение, расположенное у конца корпуса со стороны насоса и имеющее вращающийся уплотнительный элемент, закрепленный на валу с возможностью совместного с ним вращения и взаимодействия с неподвижным уплотнительным элементом, неподвижно закрепленном на корпусе вокруг вала, и невращающееся вторичное уплотнение, расположенное у конца корпуса со стороны насоса на конце первичного уплотнения со стороны двигателя и имеющее по внутреннему диаметру участок, имеющий скользящий и уплотняющий контакт с валом, а по внешнему диаметру участок, неподвижно уплотненный относительно корпуса, причем первичное и вторичное уплотнения образуют между собой герметичную камеру, не имеющую каких-либо входных отверстий (по патенту US7665975, МПК F04B 35/04, опубл. 23.02.10).

Недостатком данного решения является то, что герметичная камера между первичным и вторичным уплотнением препятствует расходу масла через первичное уплотнение, необходимому для его надежной работы, что негативно сказывается на надежности и ресурсе первичного уплотнения.

Наиболее близким техническим решением является секция уплотнения, которая имеет соединенные корпусом головку и основание для установки ее между насосом и двигателем соответственно. Узел упорного подшипника расположен в корпусе выше основания. Радиальные подшипники устанавливаются внутри корпуса. Изолирующие трубки закрывают вал и соединяются между опорами радиальных подшипников и головкой. По варианту исполнения вал уплотняется относительно головки при помощи торцевого уплотнения и сальника установленного под ним (по патенту US7530391, МПК E21B 43/00, опубл. 12.05.09).

Недостатком данной конструкции является то, что сальник, установленный под торцевым уплотнением, обеспечивает только дополнительную герметизацию вала от попадания пластовой жидкости внутрь, но не обеспечивает центрирование вала необходимого для надежной работы торцевого уплотнения.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении надежности и срока службы устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя за счет оптимизации работы торцевого уплотнения и его дополнительной защиты.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя содержит вал, головку, основание, упорный и радиальный подшипники, по крайней мере один компенсирующий модуль, в состав которого входят верхний и нижний ниппели, соединенные цилиндрическим корпусом, торцевое уплотнение и компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, и отличается тем, что в верхнем ниппеле под торцевым уплотнением выполнена канавка, в которой установлено демпфирующее кольцо, контактирующее с валом без зазора, при этом полости над демпфирующим кольцом и под ним негерметичны относительно друг друга.

Кроме того, демпфирующее кольцо может быть выполнено из эластичного полимерного материала.

Кроме того, внутренний диаметр демпфирующего кольца может быть больше диаметра вала, а профиль демпфирующего кольца в поперечном сечении может иметь круглую форму, при этом высота канавки меньше диаметра профиля, а ширина больше.

Кроме того, над торцевым уплотнением может располагаться неподвижная относительно верхнего ниппеля крышка с манжетой, установленной на валу.

Кроме того, полость под крышкой над торцевым уплотнением может быть заполнена консистентной смазкой.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1 – устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя;

Фиг. 2 – место установки торцевого уплотнения, демпфирующего кольца и манжеты.

Устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя (далее – гидрозащита) (фиг. 1) содержит вал 1, головку 2, основание 3, упорный подшипник 4, радиальные подшипники 5 и компенсирующий модуль 6.

На фиг.1 представлен вариант гидрозащиты с диафрагменным компенсирующим модулем. Возможно использование других вариантов компенсирующего модуля, например таких как, лабиринтный, поршневой, металлосильфонный и т.д.

Компенсирующий модуль состоит из верхнего ниппеля 7 и нижнего ниппеля 8, соединенных корпусом 9, и торцевого уплотнения 10. Внутри корпуса 9 между ниппелями 7 и 8 на опоре 11 установлена диафрагма 12, разделяющая компенсирующий модуль на внутреннюю полость 13 и наружную полость 14. В верхнем ниппеле имеется клапан 15 для сброса газа и излишков масла. В нижнем ниппеле выполнен канал 16 для связи наружной полости 14 с затрубным пространством.

В верхнем ниппеле 7 под торцевым уплотнением 10 выполнена канавка 17, в которой установлено демпфирующее кольцо 18. Над демпфирующим кольцом расположена полость 19, а под ним – полость 20. Полости 19 и 20 негерметичны относительно друг друга.

Над торцевым уплотнением 10 располагается неподвижная относительно верхнего ниппеля 7 крышка 21 с манжетой 22, установленной на валу 1. Под крышкой 21 над торцевым уплотнением 10 имеется полость 23, которая может быть заполнена консистентной смазкой.

Устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя работает следующим образом. Перед спуском в скважину гидрозащита вместе с погружным электродвигателем (на фиг. не показан) заполняется диэлектрическим маслом. При включении погружного маслозаполненного электродвигателя крутящий момент от вала электродвигателя передается через вал 1 гидрозащиты валу погружного центробежного насоса (на фиг. не показан). Выравнивание затрубного давления и давления внутри погружного маслозаполненного электродвигателя, а также компенсация утечек масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановках осуществляется за счет компенсирующего модуля 6.

Наличие демпфирующего кольца 18, установленного без зазора на валу 1, позволяет центрировать вал 1 и демпфировать его биение, не позволяя превышать значения, при которых торцевое уплотнение 10 не обеспечивает необходимую герметичность. Кроме того, кольцо 18 демпфирует скачки давления в гидрозащите, препятствуя раскрытию торцевого уплотнения 10.

Наличие крышки 21 с манжетой 22, а также заполнение полости 23 консистентной смазкой, препятствует попаданию механических примесей в зону над торцевым уплотнением 10, обеспечивая его надежную работу.

Негерметичность полостей 19 и 20 относительно друг друга позволяет обеспечить минимально необходимый расход масла через торцевое уплотнение 10, который необходим для смазки трущихся поверхностей уплотнения и без которого надежность уплотнения снижается в связи с повышенным износом.

Демпфирующее кольцо 18 может быть выполнено из эластичного полимерного материала и иметь любую форму, позволяющую выполнять заявленные в изобретении функции.

Предпочтительно внутренний диаметр демпфирующего кольца 17 выполнен больше диаметра вала 1, профиль демпфирующего кольца 18 в поперечном сечении имеет круглую форму, при этом высота канавки 17 меньше диаметра профиля, а ширина больше диаметра профиля (см. фиг. 2).

Таким образом, предложенное в изобретении техническое решение способствует достижению технического результата, который заключается в повышении надежности и срока службы устройства для гидравлической защиты погружного электродвигателя.

1. Устройство для гидравлической защиты погружного электродвигателя, содержащее вал, головку, основание, упорный и радиальный подшипники, по меньшей мере один компенсирующий модуль, в состав которого входят верхний и нижний ниппели, соединенные цилиндрическим корпусом, торцевое уплотнение и компенсирующий элемент, разделяющий компенсирующий модуль на две полости, отличающееся тем, что в верхнем ниппеле под торцевым уплотнением выполнена канавка, в которой установлено демпфирующее кольцо, контактирующее с валом без зазора, при этом полости над демпфирующим кольцом и под ним негерметичны относительно друг друга.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что демпфирующее кольцо выполнено из эластичного полимерного материала.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что внутренний диаметр демпфирующего кольца больше диаметра вала, а профиль демпфирующего кольца в поперечном сечении имеет круглую форму, при этом высота канавки меньше диаметра профиля, а ширина больше.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что над торцевым уплотнением располагается неподвижная относительно верхнего ниппеля крышка с манжетой, установленной на валу.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что полость под крышкой над торцевым уплотнением заполнена консистентной смазкой.