УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СКВАЖИННОГО НАСОСА Российский патент 2009 года по МПК F04D13/10 

Изобретение относится к нефтедобывающий области и может быть применено в установках для гидрозащиты погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости из скважин различных диаметров и глубин.

Известно устройство (протектор) гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, раскрытое в описании к патенту на полезную модель RU 47587 U1, опубликованному 27.08.2005, МПК Н02К 5/12. Указанное устройство содержит корпус, торцовые уплотнения, по меньшей мере, одну камеру с размещенной в ней гибкой диафрагмой, закрепленной горловиной на опорах, клапан сброса давления, маслоподводящие и маслоотводящие отверстия в опорах, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено защитными гибкими демпфирующими элементами в виде полого цилиндра, установленного внутри диафрагмы с обеих ее торцов коаксиально с образованием свободного участка цилиндра, размещенного в рабочей зоне диафрагмы с зазором от ее внутренней поверхности, и опорного участка цилиндра, размещенного с примыканием к внутренней поверхности горловины диафрагмы в зоне ее крепежной опоры, причем образующие опорного и свободного участков каждого защитного элемента сопряжены между собой в зоне изгиба горловины диафрагмы с образованием сужения наружного диаметра опорного участка; внешний торец опорного участка защитного элемента снабжен стопорным буртом, примыкающим к внешнему торцу горловины диафрагмы; крепление диафрагмы с защитным элементом на крепежных опорах выполнено жестким посредством бандажных упругих колец с торцовыми буртами, а гибкая диафрагма, защитный элемент и бандажные кольца выполнены из эластичного, маслостойкого и химически стойкого материла.

Существенным недостатком описанного выше устройства является возможность разрыва гибкой диафрагмы при эксплуатации данного устройства и, как следствие, выхода устройства для гидрозащиты из строя. Если же указанную диафрагму с целью предотвращения разрыва сделать несколько более жесткой, то резко снижается эффективность работы устройства.

В качестве прототипа первого и входящего в его состав третьего объекта из группы предложенных технических решений может быть принят протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса и входящий в его состав подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости, раскрытый в описании к патенту US 6307290 В1, опубликованном 23.10.2001, МПК Н02К 5/132, F04D 13/08. Указанный протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса содержит вал, упорный и радиальный подшипники и, по меньшей мере, одну ступень, в состав которой входят цилиндрический корпус, коаксиально установленная внутри него окружающая вал трубка, первый и второй ниппели, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка, торцевое уплотнение и кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, разделяя при этом данную кольцевую камеру на два участка, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями. Соответственно входящий в состав протектора подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости, представляет собой кольцевой поршень.

В указанном устройстве-прототипе отсутствует такой его «рабочий» элемент как гибкая диафрагма для выравнивания давления пластовой и диэлектрической жидкостей. В качестве «рабочего» элемента в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса выступает расположенный в кольцевой камере между корпусом и трубкой кольцевой поршень, который имеет возможность возвратно-поступательного движения в пределах указанной кольцевой камеры. Поэтому в предложенной конструкции устройства для гидрозащиты исключается разрыв его «рабочего» элемента.

Однако в процессе эксплуатации подобного устройства на ограничивающих кольцевую камеру внутренней стенке цилиндрического корпуса и внешней стенке трубки образуются солеотложения (продукты реакции стенок кольцевой камеры и химически активной пластовой жидкости). И, как следствие, подобные образования могут существенно препятствовать движению кольцевого поршня в пределах соответствующего участка кольцевой камеры, вплоть до полного заклинивания поршня и соответственно выхода протектора из строя. Кроме того, указанные процессы вызывают повышенный износ внутренней поверхности корпуса и внешней поверхности трубки вследствие трения, возникающего между указанными поверхностями и кольцевым цилиндром, и, как следствие, снижение ресурса работоспособности протектора.

В качестве прототипа второго объекта из группы предложенных технических решений может быть принят компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, раскрытый в международном трансляторе «Установки погружных центробежных насосов для добычи нефти», под научной редакцией В.Ю.Алекперова и В.Я.Кершенбаума, М.:«Центр «Наука и техника», 1999, стр.370, рис.4.16. Указанный компенсатор содержит цилиндрический корпус и закрепленное на нем основание, в котором выполнен канал для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, головку и длинную кольцеобразную диафрагму, беззазорно сопряженную с основанием и с головкой.

Однако в качестве недостатка описанного выше компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса так же как и в протекторе, раскрытом в RU 47587 U1, следует выделить возможность разрыва гибкой диафрагмы при эксплуатации данного устройства и, как следствие, выхода компенсатора из строя. Если же указанную диафрагму с целью предотвращения разрыва сделать несколько более жесткой, то резко снижается эффективность работы известного компенсатора.

Что касается четвертого объекта из группы предложенных технических решений, являющегося конструктивным узлом, входящим в состав компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, то он на данный момент, как таковой, не имеет аналогов, поскольку подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по сути, реализован впервые. Реализация указанного устройства возможна на практике по аналогии с реализацией известного из уровня техники подвижного механического модуля, разделяющего диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса. По сути, оба указанных устройства реализуют соответственно в компенсаторе и протекторе гидрозащиты схожие функции.

Целью предложенного изобретения является предотвращение просачивания пластовой жидкости в камеру с диэлектрической жидкостью, а также предотвращение загрязнения и износа трущихся поверхностей камеры.

Для первого объекта из заявленной группы изобретений поставленная цель достигается тем, что в протекторе гидрозащиты электродвигателя, скважинного насоса, содержащем вал, упорный и радиальный подшипники и, по меньшей мере, одну ступень, в состав которой входят цилиндрический корпус, коаксиально установленная внутри него окружающая вал трубка, первый и второй ниппели, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка, торцевое уплотнение, радиальный подшипник и один кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, разделяя при этом кольцевую камеру на два участка, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями, в отличие от известных технических решений к торцу кольцевого поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры поршня кольцевых элемента, прилегающие соответственно к внутренней поверхности корпуса и к внешней поверхности трубки, при этом пространство между защитными кольцевыми элементами и поверхностью тех элементов протектора, к которым они прилегают, заполнено защитной смазкой.

В предпочтительном варианте конструктивной реализации предложенного протектора в кольцевую камеру со стороны торца поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный кольцевой поршень с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, при этом пространство между кольцевым поршнем и дополнительным кольцевым поршнем заполнено разделительной средой. В качестве разделительной среды могут быть использованы или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ, или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

Кроме того, кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень может быть снабжен, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внешней поверхностью трубки. В некоторых случаях кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень могут быть снабжены опорным центрирующим кольцом. Пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполняется защитной смазкой.

Для предотвращения возможности заклинивания кольцевого поршня и/или дополнительного кольцевого поршня в кольцевой камере они могут быть выполнены с бочкообразной формой внешней поверхности.

Защитные кольцевые элементы могут быть выполнены в нескольких вариантах: в виде трубок, выполненных с возможностью их деформирования, или гофрированными, или в виде жестких трубок.

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов гофрированными внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, могут быть установлены механически контактирующие с ним пружинящие элементы, поджимающие защитные кольцевые элементы соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки.

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов в виде жестких трубок в защитных кольцевых элементах на поверхностях, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, выполнены впадины для размещения смазки, а снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, установлены уплотнения.

В каждой из ступеней во втором ниппеле может быть выполнен канал, соединяющий участок кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, при этом в данном канале может быть установлен фильтр.

Помимо всего прочего кольцевой поршень может быть снабжен, по меньшей мере, одним отверстием для заправки разделительной среды, в котором установлено запирающее устройство.

На валу между участком кольцевой камеры, заполненным диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением может быть установлено насосное устройство.

Для второго объекта из заявленной группы изобретений поставленная цель достигается тем, что в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащем цилиндрический корпус и закрепленное на нем основание, в котором выполнен канал для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, в отличие от известных технических решений внутри цилиндрического корпуса установлен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение поршень, разделяющий пространство внутри цилиндрического корпуса на две полости, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью, при этом к торцу поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплен выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент, прилегающий к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом пространство между защитным кольцевым элементом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.

В предпочтительном варианте конструктивной реализации предложенного компенсатора внутри цилиндрического корпуса со стороны поршня, контактирующей с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный поршень, при этом пространство между поршнем и дополнительным поршнем заполнено разделительной средой. В качестве разделительной среды могут быть использованы или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

Кроме того, поршень и/или дополнительный поршень может быть снабжен, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса. В некоторых случаях поршень и/или дополнительный поршень может быть снабжен опорным центрирующим кольцом. Пространство между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполняется защитной смазкой.

Для предотвращения возможности заклинивания поршня и/или дополнительного поршня в цилиндрическом корпусе они могут быть выполнены с бочкообразной формой внешней поверхности.

Защитный кольцевой элемент может быть выполнен в нескольких вариантах: в виде трубки, выполненной с возможностью ее деформирования, или гофрированным, или в виде жесткой трубки.

В варианте выполнения защитного кольцевого элемента гофрированным внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, могут быть установлены механически контактирующие с ним пружинящие элементы, поджимающие защитные кольцевые элементы соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса.

В варианте выполнения защитного кольцевого элемента в виде жесткой трубки в защитном кольцевом элементе на поверхности, прилегающей соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, выполнены впадины для размещения смазки, а снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, установлены уплотнения.

Для очистки пластовой жидкости от механических частиц в канале основания, сообщающем внутреннюю полость цилиндрического корпуса с затрубным пространством, может быть установлен фильтр.

Помимо того поршень может быть снабжен, по меньшей мере, одним отверстием для заправки разделительной среды, в котором установлено запирающее устройство.

Для третьего объекта из заявленной группы изобретений поставленная цель достигается тем, что в подвижном механическом модуле, разделяющем диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащем кольцевой поршень, в отличие от известных технических решений к одному из торцов кольцевого поршня прикреплено два выступающих за контуры поршня защитных кольцевых элемента: один - с внутренним диаметром, примерно равным внутреннему диаметру кольцевого поршня, а второй - с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру кольцевого поршня.

Защитные кольцевые элементы могут быть выполнены в нескольких вариантах: в виде трубок, выполненных с возможностью их деформирования, или гофрированными, или в виде жестких трубок.

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов гофрированными внутри защитного кольцевого элемента с большим диаметром и снаружи защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром могут быть установлены механически контактирующие с ним пружинящие элементы.

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов в виде жестких трубок снаружи защитного кольцевого элемента с большим диаметром и внутри защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром выполнены впадины для размещения смазки.

Для предотвращения возможности заклинивания кольцевого поршня в кольцевой камере он может быть выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

Кроме того, желательно, чтобы кольцевой поршень был выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивно-стойкого (т.е. устойчивого к воздействию химических агрессивных сред) и температуростойкого полимерного материала.

Для четвертого объекта из заявленной группы изобретений поставленная цель достигается тем, что подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержит поршень, к одному из торцов которого прикреплен выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент с внешним диаметром примерно равным внешнему диаметру поршня.

Защитный кольцевой элемент может быть выполнен в нескольких вариантах: в виде трубки, выполненной с возможностью ее деформирования, или гофрированным, или в виде жесткой трубки.

В варианте выполнения защитного кольцевого элемента гофрированным внутри защитного кольцевого элемента может быть установлен, по меньшей мере, один механически контактирующий с ним пружинящий элемент.

В варианте выполнения защитного кольцевого элемента в виде жесткой трубки снаружи защитного кольцевого элемента выполнены впадины для размещения смазки.

Для предотвращения возможности заклинивания поршня в кольцевой камере он может быть выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

Кроме того, желательно, чтобы поршень был выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивостойкого и температуростойкого полимерного материала.

Заявленная группа технических решений пояснена следующими чертежами:

На фиг.1 приведена схема размещения узлов гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, реализованная с использованием компенсатора.

На фиг.2 приведена схема размещения узлов гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, реализованная без компенсатора.

На фиг.3 показан протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации (в своем продольном сечении).

На фиг.4 показан протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с дополнительным кольцевым поршнем (в своем продольном сечении).

На фиг.5 показан участок протектора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, в котором кольцевой поршень снабжен опорным центрирующим кольцом, защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными и снабжены пружинящими элементами, поджимающими данные защитные кольцевые элементы к цилиндрическому корпусу и трубке, запирающее устройство выполнено в виде пробки.

На фиг.6 показан участок протектора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, в котором кольцевой поршень снабжен несколькими уплотнителями в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и в месте его контакта с внешней поверхностью трубки, защитные кольцевые элементы выполнены в виде жесткой трубки и снабжены впадинами для помещения защитной смазки и уплотнением, запирающее устройство выполнено в виде клапана.

На фиг.7 показан компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации (в своем продольном сечении).

На фиг.8 показан компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с дополнительным поршнем (в своем продольном сечении).

На фиг.9 показан участок компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, в котором защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным и снабжен пружинящими элементами, поджимающими данный защитный кольцевой элемент к цилиндрическому корпусу.

На фиг.10 показан участок компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, в котором поршень снабжен несколькими уплотнителями в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, и защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки и снабжен впадинами для помещения защитной смазки и уплотнением.

На фиг.11 показан подвижный механический модуль протектора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с гофрированными защитными концевыми элементами.

На фиг.12 показан подвижный механический модуль протектора гидрозащиты электродвигателя скваженного насоса, в котором защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок и снабжены впадинами для помещения защитной смазки.

На фиг.13 показан подвижный механический модуль компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с гофрированным защитным кольцевым элементом.

На фиг.14 показан подвижный механический модуль компенсатора гидрозащиты, в котором защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки и снабжен впадинами для помещения смазки.

На фиг.15 показан подвижный механический модуль протектора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с бочкообразной формой внешней поверхности.

На фиг.16 показан подвижный механический модуль компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с бочкообразной формой внешней поверхности.

Эксплуатируемые в настоящее время устройства для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса могут быть реализованы в двух вариантах.

Первый вариант: в качестве устройства для гидравлической защиты использованы протектор 1 и компенсатор 2, причем протектор 1 размещен между скважинным насосом 3 и его электродвигателем 4, а компенсатор 2 размещен непосредственно под электродвигателем 4. Соответствующая схема установки элементов гидрозащиты пояснена на фиг.1.

Второй вариант: в качестве устройства для гидравлической защиты использован один только протектор 1 (без компенсатора), причем протектор 1 размещен между скважинным насосом 3 и его электродвигателем 4. В последнее время в нефтедобывающей отрасли отдается предпочтение именно этой схеме установки основных элементов нефтедобывающего оборудования. Соответствующая схема установки элементов гидрозащиты пояснена на фиг.2.

Показанный на фиг.3-6 протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации содержит вал 5, который передает крутящий момент от вала электродвигателя к валу центробежного скважинного насоса (на фиг.3 не показаны), упорный и радиальный 6 подшипники и, по меньшей мере, одну ступень. Обычно число ступеней варьируется от 1 до 3 в зависимости от марки электродвигателя и от состава добываемой пластовой жидкости. В состав каждой такой ступени входят цилиндрический корпус 7, коаксиально установленная внутри него окружающая вал 5 трубка 8, первый и второй ниппели 9, 10, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка 11, торцевое уплотнение 12 и кольцевой поршень 13. Указанный кольцевой поршень 13 установлен в кольцевой камере 14, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом 7 и трубкой 8, разделяя при этом данную кольцевую камеру на два участка 15 и 16, заполненные соответственно диэлектрической (15) и поступающей из затрубного пространства пластовой (16) жидкостью. Кольцевой поршень 13 реализован подвижным, т.е. он может совершать возвратно-поступательное движение в пределах упомянутой кольцевой камеры 14.

Поскольку основными требованиями, предъявляемыми к диэлектрической жидкости, заполняющей электродвигатель 4, являются ее высокое электрическое сопротивление и антифрикционные свойства, то в качестве подобной жидкости используется такая жидкость, как, например, масло МДПН или другое масло с диэлектрической прочностью не менее 4 кВ/см. Указанное масло к тому же надежно предотвращает износ трибосопряжений в электродвигателе 4.

Главной особенностью предложенного технического решения является то, что к торцу кольцевого поршня 13, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры кольцевого поршня защитных кольцевых элемента 17, 18. Первый из них 17 прилегает к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7, а второй 18 - к внешней поверхности трубки 8. При этом пространство между защитными кольцевыми элементами 17, 18 и поверхностью тех элементов протектора, к которым они прилегают (т.е. соответствующей поверхностью цилиндрического корпуса 7 и трубки 8), заполняется защитной смазкой.

Поскольку в процессе эксплуатации предложенной модификации протектора гидрозащиты, в которой в качестве «рабочего элемента», реагирующего на давление поступающей из затрубного пространства пластовой жидкости, выступает заключенный в соответствующую кольцевую камеру 14 кольцевой поршень 13, необходимо обеспечить возможность его стабильного возвратно-поступательного движения в кольцевой камере 14. Для этого собственно и используются упомянутые выше защитные кольцевые элементы 17, 18, между которыми и поверхностями тех элементов протектора 1, к которым они прилегают, помещена защитная смазка. Перемещаясь вместе с кольцевым поршнем 13, защитные кольцевые элементы 17, 18 с помещенной в них защитной смазкой защищают внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса 7 и наружную поверхность трубки 8 от отложения солей и парафинов, предотвращая коррозию, и снижают трение между кольцевым поршнем 13 и указанными поверхностями элементов протектора 1 и фактически исключают возможность заклинивания кольцевого поршня 13 в кольцевой камере 14.

Для того чтобы повысить надежность разделения диэлектрической и пластовой жидкостей в кольцевой камере 14, в нее со стороны торца кольцевого поршня 13, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный кольцевой поршень 19 с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере 14 заодно с кольцевым поршнем 13. При этом пространство между кольцевым поршнем 13 и дополнительным кольцевым поршнем 19 заполняют разделительной средой 20. В качестве разделительной среды 20 используется или диэлектрическая жидкость, например масло МДПН, или другое масло с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

Для дополнительного снижения трения между подвижными (кольцевым поршнем 13 и дополнительным кольцевым поршнем 19) и неподвижными конструктивными элементами протектора (в частности, цилиндрическим корпусом 7) пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня 13 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня 19 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7, как правило, заполняется защитной смазкой.

Для того чтобы исключить возможность утечки из одного участка кольцевой камеры 14 в другой участок, кольцевой поршень 13 и/или дополнительный кольцевой поршень 19 снабжается, по меньшей мере, одним уплотнителем 21 в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7 и, по меньшей мере, одним уплотнителем 21 в месте его контакта с внешней поверхностью трубки 8. С этой же целью кольцевой поршень 13 и/или дополнительный кольцевой поршень 19 также может быть снабжен опорным центрирующим кольцом 22.

Кольцевой поршень 13 и/или дополнительный кольцевой поршень 19 могут быть выполнены с бочкообразной формой 23 внешней поверхности, что позволяет уменьшить вероятность его заклинивания в кольцевой камере 14.

Защитные кольцевые элементы 17, 18 могут быть выполнены в нескольких вариантах: в виде трубок с возможностью их деформирования или гофрированными или в виде жестких трубок.

Защитные кольцевые элементы 17, 18, выполненные в виде трубок с возможностью их деформирования (фиг.3), изготавливаются или из эластомера или ткани, или полимерной пленки и могут при перемещении кольцевого поршня складываться и распрямляться в продольном направлении, при этом изменяется длина защитных кольцевых элементов.

В варианте исполнения защитных кольцевых элементов 17, 18 гофрированными (фиг.4, 5) гофр может быть выполненным или кольцевым или по винтовой линии, при этом защитные кольцевые элементы изготавливаются или из эластомера или ткани, или полимерной пленки, и так же, как и в первом варианте, защитные кольцевые элементы могут изменять длину при перемещении кольцевого поршня. В данном варианте исполнения для обеспечения более плотного поджатия защитных кольцевых элементов 17, 18 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и внешней поверхности трубки 8 внутри защитного кольцевого элемента 17, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7, и снаружи защитного кольцевого элемента 18, прилегающего к внешней поверхности трубки 8, установлены контактирующие с ним пружинящие элементы 24, поджимающие защитные кольцевые элементы 17, 18 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и к наружной поверхности трубки 8. Пружинящие элементы 24 могут быть выполнены в виде пружины растяжения для поджатия защитного кольцевого элемента 17 к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и в виде пружины сжатия для поджатия кольцевого элемента 18 к наружной поверхности трубки 8.

В варианте исполнения защитных кольцевых элементов 17, 18 в виде жестких трубок (фиг.6) они изготавливаются или из металла или пластмассы в виде цилиндрических или гофрированных трубок. Для обеспечения запаса защитной смазки на трущихся поверхностях в защитных кольцевых элементах на поверхностях, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, выполнены впадины 25 для помещения защитной смазки. Впадины могут быть выполнены или в виде кольцевых канавок или в виде канавок, выполненных по винтовой линии, или в виде лунок.

Для предотвращения вымывания защитной смазки снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, установлены уплотнения 26.

Для того чтобы пластовая жидкость могла попасть внутрь соответствующего участка кольцевой камеры 14, во втором ниппеле 10 может быть выполнен канал 27, соединяющий участок 16 кольцевой камеры 14, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, при этом в данном канале установлен фильтр 28.

Для того чтобы была обеспечена возможность заправки пространства между кольцевым поршнем 13 и дополнительным кольцевым поршнем 19 разделительной средой 20, кольцевой поршень 13 может быть снабжен, по меньшей мере, одним отверстием 29, в котором установлено запирающее устройство 30. Это устройство может быть выполнено или в виде пробки (фиг.5) или в виде клапана (фиг.6)

Для долговечной работы торцового уплотнения необходимо, чтобы оно работало на чистой диэлектрической, а не на пластовой жидкости, которая может содержать механические включения. Для этого давление диэлектрической жидкости перед торцовым уплотнением должно превосходить давление пластовой жидкости.

Обеспечить необходимый для надежной работы торцового уплотнения перепад давлений позволит установка на валу 5 протектора 1 между участком 15 кольцевой камеры 14, заполненным диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением 12 насосного устройства 31.

Насосное устройство 31 прокачивает диэлектрическую жидкость через канал 32 и фильтр 33 и таким образом производится очистка диэлектрической жидкости.

Показанный на фиг.7-10 компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации содержит цилиндрический корпус 34 и закрепленное на нем основание 35, в котором выполнен канал 36 для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса 34 с затрубным пространством.

В отличие от своего прототипа внутри цилиндрического корпуса 34 установлен поршень 37, разделяющий пространство внутри цилиндрического корпуса 34 на две полости 38, 39, заполненные соответственно диэлектрической (38) и поступающей из затрубного пространства пластовой (39) жидкостью. Указанный поршень 37 выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение внутри цилиндрического корпуса 34.

Главной отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что к торцу поршня 37, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплен выступающий за контуры поршня 37 защитный кольцевой элемент 40, прилегающий к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34. Пространство между защитным кольцевым элементом 40 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34 должно быть заполнено защитной смазкой.

Так же как и в протекторе гидрозащиты в процессе эксплуатации предложенной модификации компенсатора в качестве «рабочего элемента», реагирующего на давление поступающей из затрубного пространства пластовой жидкости, выступает расположенный в цилиндрическом корпусе 34 поршень 37. Для обеспечения стабильного возвратно-поступательного движения поршня 37 в цилиндрическом корпусе 34 используется упомянутый выше защитный кольцевой элемент 40, между которым и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34 заложена защитная смазка. Перемещаясь вместе с поршнем 37, защитный кольцевой элемент 40 с заложенной в него защитной смазкой защищает внутреннюю поверхность цилиндрического корпуса 34 от отложения солей и парафинов, предотвращая коррозию, и снижает трение между поршнем 37 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34 и фактически исключает возможность заклинивания поршня 37 в цилиндрическом корпусе 34.

Для того чтобы повысить надежность разделения диэлектрической и пластовой жидкостей в цилиндрическом корпусе 34, в него со стороны торца поршня 37, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный поршень 41 с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрическом корпусе 34 заодно с поршнем 37. При этом пространство между поршнем 37 и дополнительным поршнем 41 заполняют разделительной средой 42. В качестве разделительной среды 42 используется или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см (например, масло МДПН) или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

Для дополнительного снижения трения между подвижными (поршнем 37 и дополнительным поршнем 41) элементами протектора и цилиндрическим корпусом 34 пространство между внешней поверхностью поршня 37 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34, как правило, заполняется защитной смазкой.

Для того чтобы исключить возможность утечки из одной полости цилиндрического корпуса 34 в другую полость, поршень 37 и/или дополнительный поршень 41 снабжается, по меньшей мере, одним уплотнителем 43 в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34. С этой же целью поршень 37 и/или дополнительный кольцевой поршень 41 также может быть снабжен опорным центрирующим кольцом 44.

Поршень 37 и/или дополнительный поршень 41 может быть выполнен с бочкообразной формой 45 внешней поверхности, что уменьшает вероятность его заклинивания в цилиндрическом корпусе 34.

Защитный кольцевой элемент 40 может быть выполнен в нескольких вариантах: в виде трубки с возможностью ее деформирования или гофрированным, или в виде жесткой трубки.

Защитный кольцевой элемент 40, выполненный в виде трубки с возможностью ее деформирования, (фиг.7) изготавливается или из эластомера или ткани, или полимерной пленки и может при перемещении кольцевого поршня складываться и распрямляться в продольном направлении, при этом изменяется длина защитного кольцевого элемента.

В варианте исполнения защитного кольцевого элемента 40 гофрированным (фиг.8, 9) гофр может быть выполненным или кольцевым или по винтовой линии, при этом кольцевой элемент изготавливается или из эластомера, или ткани, или полимерной пленки, и так же, как и в первом варианте, защитный кольцевой элемент может изменять длину при перемещении кольцевого поршня.

Для обеспечения более плотного поджатия защитного кольцевого элемента 40 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34 внутри защитного кольцевого элемента 40, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, установлены контактирующие с ним пружинящие элементы 46, поджимающие защитный кольцевой элемент 40 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34. Пружинящие элементы 46 могут быть выполнены в виде пружины растяжения для поджатия защитного кольцевого элемента 40 к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34.

В варианте исполнения защитного кольцевого элемента 40 в виде жесткой трубки (фиг.12) он изготавливается или из металла или пластмассы в виде цилиндрической или гофрированной трубок. Для обеспечения запаса защитной смазки на трущихся поверхностях в защитном кольцевом элементе 40 на поверхности, прилегающей соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, выполнены впадины 47 для помещения защитной смазки. Впадины могут быть выполнены или в виде кольцевых канавок или в виде канавок, выполненных по винтовой линии, или в виде лунок. Для предотвращения вымывания защитной смазки снаружи защитного кольцевого элемента 40, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, установлены уплотнения 48.

Для того чтобы пластовая жидкость, нагнетаемая в полость 39 цилиндрического корпуса 34, могла бы быть очищена от крупных механических включений, в канале 36, расположенном в основании 35, сообщающем внутреннюю полость цилиндрического корпуса 34 с затрубным пространством, может быть установлен фильтр 49.

Для того чтобы была обеспечена возможность заправки пространства между поршнем 37 и дополнительным поршнем 41 разделительной средой 42, поршень 37 может быть снабжен, по меньшей мере, одним отверстием 50 для заправки разделительной среды 42, в котором установлено запирающее устройство 51. Запирающее устройство может быть выполнено или в виде пробки (фиг.10) или в виде клапана.

Подвижные механические модули, разделяющие диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе 1 и компенсаторе 2, описаны в рамках раздела, посвященного описанию соответственно протектора и компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса и отдельно показаны соответственно на фиг.11, 12, 15 и фиг.13, 14, 16.

Как было показано выше, в состав подвижного механического модуля, входящего в состав протектора 1 гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, входят кольцевой поршень 13 и прикрепленные к одному из торцов указанного кольцевого поршня 13 два выступающих за его контуры защитных кольцевых элемента 17, 18. Один из них 18 выполнен с внутренним диаметром, примерно равным внутреннему диаметру кольцевого поршня 13, а второй 17 с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру кольцевого поршня 13 (фиг.11).

В состав подвижного механического модуля, входящего в состав компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, входят поршень 37 и прикрепленный к одному из торцов указанного поршня 37 выступающий за его контуры защитный кольцевой элемент 40 с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру поршня 37 (фиг.13).

Для первого из указанных выше подвижных механических модулей указано, что внутренний диаметр одного из защитных кольцевых элементов 18 примерно равен внутреннему диаметру кольцевого поршня 13, а внешний диаметр второго 17 примерно равен внешнему диаметру кольцевого поршня 13. Аналогично для второго из указанных выше подвижных механических модулей указано, что защитный кольцевой элемент 40 выполнен с внешним диаметром примерно равным внешнему диаметру поршня 37. В отношении характеристики «примерно» здесь следует подчеркнуть, что в идеале второй из указанных выше защитных кольцевых элементов 17 и защитный кольцевой элемент 40 следовало бы в идеале выполнить с внешним диаметром точно равным соответственно внешнему диаметру кольцевого поршня 13 и внешнему диаметру поршня 37, а первый из указанных выше защитных кольцевых элементов 18 следовало бы в идеале выполнить с внутренним диаметром точно равным внутреннему диаметру кольцевого поршня 13. Однако учитывая, что точное совпадение указанных размеров технологически реализовать на практике просто невозможно, то в данном случае указанные размеры соотносятся как примерно равные, и указанное «примерное» равенство характеризуется неким технологическим допуском соотношения соответствующих диаметров, выбранным из конструктивных соображений (с одной стороны, защитные кольцевые элементы 17 и 40 должны быть плотно поджаты к соответствующей смазываемой ими поверхности корпуса протектора 1 или компенсатора 2, а с другой стороны, они не должны заклинивать при движении поршня, к которому они прикреплены).

Так, для нашего случая под термином примерно равные понимается, что внешние диаметры защитного кольцевого элемента 17 и 40 определяются из соотношения d₁=(0,9-1,1)d₂, где d₁ - внешний диаметр защитного кольцевого элемента 17 и 40, d₂ - внешний диаметр кольцевого поршня 13 и поршня 37, а внутренний диаметр защитного кольцевого элемента 18 определяется из соотношения d₃=(0,9-1,1)d₄, где d₃ - внутренний диаметр защитного кольцевого элемента 18, d₄ - внутренний диаметр кольцевого поршня 13.

Как кольцевой поршень 13, входящий в состав подвижного механического модуля протектора 1 гидрозащиты, так и поршень 37, входящий в состав подвижного механического модуля компенсатора 2, выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивностойкого и температуростойкого полимерного материала. Это обеспечивает более длительный срок службы рассматриваемых подвижных механических модулей.

Подвижные механические модули протектора и компенсатора могут быть использованы в других конструкциях, например в измерительных приборах.

Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса работает следующим образом.

Вал 5 протектора 1, установленный на радиальных подшипниках 6, передает крутящий момент от вала электродвигателя 4 к валу скважинного насоса 3. При этом еще при погружении нефтедобывающего оборудования в скважину участок 16 кольцевой камеры 14 протектора гидрозащиты заполняется пластовой жидкостью через канал 27 с фильтром 28, выполненными во втором ниппеле 10. Участок 15 кольцевой камеры 14 предварительно заполняется диэлектрической жидкостью через кольцевой канал между валом 5 и трубкой 8 через канал 32, выполненный в первом ниппеле 9. Трубка 8 установлена на демпфирующих втулках 11. Установленный в кольцевой камере 14 кольцевой поршень 13 с уплотнителем 21 и центрирующим кольцом 22 препятствует проникновению пластовой жидкости к участку 15 кольцевой камеры 14, сообщающемуся с внутренней герметичной полостью электродвигателя 4. Кроме того, пластовая жидкость также отделяется от диэлектрической жидкости посредством торцевого уплотнения 12.

При включении электродвигателя 4 (или увеличении числа его оборотов) находящаяся в его внутренней полости диэлектрическая жидкость нагревается и начинает постепенно расширяться (увеличивается ее рабочий объем), и, как следствие, возрастает давление диэлектрической жидкости во внутренней полости электродвигателя 4 и гидравлически сообщенной с ней полостью протектора 1 гидрозащиты, т.е. участка 15 кольцевой камеры 14. Чтобы указанное давление не стало причиной открытия торцевого уплотнения 12, нужно каким-либо образом демпфировать изменения давления в заполняющей электродвигатель 4 диэлектрической жидкости. С этой целью кольцевой поршень 13 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере 14. При очередном увеличении давления диэлектрической жидкости он перемещается в кольцевой камере 14 в сторону участка 16 с пластовой жидкостью. При уменьшении давления он перемещается в сторону участка с диэлектрической жидкостью (возвращается в исходное состояние).

Поскольку пластовая жидкость содержит большое число химически активных веществ, в процессе эксплуатации нефтяной скважины на стенках кольцевой камеры (т.е. на внутренней стенке цилиндрического корпуса 7 и на внешней стенке трубки 8) откладываются различные солеотложения, являющиеся продуктом реакции химически активной пластовой жидкости со стенками кольцевой камеры 14. Указанный процесс солеотложения является существенным препятствием для реализации перемещения кольцевого поршня 13 в кольцевой камере 14. Помимо того, что в этом случае существенно увеличивается износ стенок цилиндрического корпуса 7 и трубки 8, возникает вероятность того, что кольцевой поршень 13 может и «прикипеть» к указанным стенкам. Чтобы избежать этого, к кольцевому поршню 13 со стороны пластовой жидкости крепятся защитные кольцевые элементы 17, 18, между которыми и поверхностью тех элементов протектора, к которым они прилегают, помещена защитная смазка. Перемещаясь вместе с кольцевым поршнем 13, защитные кольцевые элементы 17, 18 защищают стенки кольцевой камеры 14 и трубки 8 от солеотложения и обеспечивают плавное перемещение кольцевого поршня 13 в кольцевой камере 14.

Указанный кольцевой поршень 13 вместе с закрепленными на нем защитными кольцевыми элементами 17, 18 в совокупности образуют подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе 1 гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса (третий объект из группы заявленных изобретений).

При реализации варианта с дополнительным кольцевым поршнем 19 схема работы протектора, по существу, не меняется. В этом случае диэлектрическая жидкость в участке 15 кольцевой камеры 14 будет оказывать давление на дополнительный кольцевой поршень 19, а тот, в свою очередь, через разделительную среду 20, которая раньше была заправлена через отверстие 29, которое закрыто запирающим устройством 30, будет передавать указанное давление на кольцевой поршень 13. В этом случае будет существенно снижена вероятность нарушения герметизации в кольцевой камере 14 (попадание пластовой жидкости в полость вала 5).

При реализации варианта исполнения кольцевых элементов гофрированными с пружинящими элементами 24, поджимающими защитные кольцевые элементы 17, 18 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и к наружной поверхности трубки 8, а так же варианта выполнения защитных элементов в виде жестких трубок с использованием уплотнений 26, установленных снаружи защитного кольцевого элемента 17 и внутри защитного кольцевого элемента 18, и прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и к наружной поверхности трубки 8, принцип работы рассматриваемого узла протектора 1 также не меняется. В первом случае обеспечивается лучшее качество прилегания защитных кольцевых элементов 17, 18 к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7 и к наружной поверхности трубки 8, во втором случае обеспечивается защита от вымывания защитной смазки.

Установленное на валу 5 протектора между участком 15 кольцевой камеры 14, заполненным диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением 12 насосное устройство 31 обеспечивает необходимый для надежной и долговечной работы торцового уплотнения перепад давлений между диэлектрической и пластовой жидкостями. В этом случае торцовое уплотнение охлаждается и смазывается чистой диэлектрической, а не пластовой жидкостью, которая содержит твердые механические включения.

Насосное устройство 31 прокачивает диэлектрическую жидкость через канал 32 и фильтр 33 и тем самым производится очистка диэлектрической жидкости.

Каждое из раскрытых в зависимых пунктах формулы предложенного изобретения нововведений имеет свою функциональную предназначенность (см. описание фигур настоящего описания), однако поскольку подобные нововведения не оказывают какого-либо существенного влияния на принцип (режим) работы первого устройства из заявленной группы изобретений, они не рассматриваются в рамках настоящего раздела описания.

Компенсатор 2 гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса работает следующим образом.

При погружении нефтедобывающего оборудования в скважину полость 39 цилиндрического корпуса 34 компенсатора гидрозащиты заполняется пластовой жидкостью через канал 36 с фильтром 49, выполненные в основании 35. В то же время полость 38 цилиндрического корпуса 34, гидравлически сообщенная с внутренней полостью электродвигателя, предварительно заполнена диэлектрической жидкостью. Установленный в цилиндрическом корпусе 34 поршень 37 с уплотнителем 43 и центрирующим кольцом 44 препятствует проникновению пластовой жидкости к полости 38 цилиндрического корпуса 34, сообщающейся с внутренней герметичной полостью электродвигателя 4.

Как было указано выше, при включении электродвигателя 4 или увеличении числа его рабочих оборотов находящаяся в его внутренней полости диэлектрическая жидкость нагревается и начинает постепенно расширяться (увеличивается ее рабочий объем), и, как следствие, возрастает давление диэлектрической жидкости во внутренней полости электродвигателя 4 и гидравлически сообщенной с ней полостью 38 компенсатора 2 гидрозащиты. Если средств, реализованных в протекторе 1 гидрозащиты, недостаточно для того, чтобы демпфировать изменения давления в заполняющей электродвигатель 4 диэлектрической жидкости, то эту функцию дополнительно будет также выполнять и компенсатор 2 гидрозащиты. С этой целью поршень 37 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрическом корпусе 34. При очередном повышении давления диэлектрической жидкости он перемещается в цилиндрическом корпусе 34 в сторону полости 39 с пластовой жидкостью. При уменьшении давления он перемещается в сторону полости 38 с диэлектрической жидкостью (возвращается в исходное состояние).

Поскольку пластовая жидкость содержит большое число химически активных веществ, в процессе эксплуатации нефтяной скважины на стенках цилиндрического корпуса 34 откладываются различные солеотложения, являющиеся продуктом реакции химически активной пластовой жидкости со стенками цилиндрического корпуса 34. Указанный процесс солеотложения является существенным препятствием для реализации перемещения поршня 37 в цилиндрическом корпусе 34. Помимо того что в этом случае увеличивается износ внутренней стенки цилиндрического корпуса 34, возникает вероятность того, что поршень 37 может и «прикипеть» к указанной стенке. Чтобы избежать этого, к поршню 37 со стороны пластовой жидкости крепится защитный кольцевой элемент 40, между которым и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 34 помещена защитная смазка. Перемещаясь вместе с поршнем 37, защитный кольцевой элемент 40 защищает стенки цилиндрического корпуса 34 от солеотложения и обеспечивает плавное перемещение поршня 37 внутри цилиндрического корпуса 34.

Указанный поршень 37 вместе с закрепленным на нем защитным кольцевым элементом 40 в совокупности образуют подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе 2 гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса (четвертый объект из группы заявленных изобретений).

При реализации варианта с дополнительным поршнем 41 схема работы компенсатора, по существу, не меняется. В этом случае диэлектрическая жидкость в полости 38 цилиндрического корпуса 34 будет оказывать давление на дополнительный поршень 41, а тот, в свою очередь, через разделительную среду 42, которая раньше была заправлена через отверстие 50, которое закрыто запирающим устройством 51, будет передавать указанное давление на поршень 37. В этом случае будет существенно снижена вероятность нарушения герметизации в цилиндрическом корпусе 34 (попадание пластовой жидкости в полость электродвигателя 4).

При реализации варианта исполнения кольцевого элемента гофрированным с пружинящими элементами 46, поджимающими защитный кольцевой элемент 40 соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, и варианта выполнения защитного элемента 40 в виде жесткой трубки с использованием уплотнения 48, установленного снаружи защитного кольцевого элемента 40, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, принцип работы рассматриваемого узла компенсатора 2 также не меняется. В первом случае обеспечивается лучшее качество прилегания защитного кольцевого элемента 40 к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 34, во втором случае обеспечивается защита от вымывания защитной смазки.

Каждое из раскрытых в зависимых пунктах формулы предложенного компенсатора 2 нововведений имеет свою функциональную предназначенность (см. описание фигур настоящего описания), однако поскольку подобные нововведения не оказывает какого-либо существенного влияния на принцип (режим) работы второго устройства из заявленной группы изобретений, они не рассматриваются в рамках настоящего раздела описания.

Благодаря предлагаемой конструкции протектора и компенсатора гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса с использованием в качестве рабочего элемента (подвижного механического элемента) поршня с защитным(и) кольцевым(и) элементом(ами) фактически исключена возможность их выхода из строя, при этом по сравнению с реализуемыми в настоящее время поршневыми протекторами гидрозащиты в них фактически не изнашиваются рабочие поверхности элементов трибосопряжения.

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к гидрозащите погружных электроцентробежных насосов. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса содержит, по меньшей мере, одну ступень, включающую цилиндрический корпус, коаксиально установленную окружающую вал трубку, ниппели, демпфирующую втулку, торцевое уплотнение, кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между корпусом и трубкой. Поршень делит камеру на два участка, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями. К торцу поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры поршня защитных кольцевых элемента, прилегающих соответственно к внутренней поверхности корпуса и к внешней поверхности трубки. Пространство между кольцевыми элементами и прилегающими к ним поверхностями корпуса и трубки заполнено защитной смазкой. Использование изобретения предотвращает просачивание пластовой жидкости в камеру с диэлектрической жидкостью, загрязнение и износ трущихся поверхностей камеры. 4 н. и 43 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий вал, упорный и радиальный подшипники и, по меньшей мере, одну ступень, в состав которой входят цилиндрический корпус, коаксиально установленная внутри него окружающая вал трубка, первый и второй ниппели, по меньшей мере, одна демпфирующая втулка, торцевое уплотнение и кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, разделяя при этом данную кольцевую камеру на два участка, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями, отличающийся тем, что к торцу кольцевого поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры кольцевого поршня защитных кольцевых элемента, прилегающие соответственно к внутренней поверхности корпуса и к внешней поверхности трубки, при этом пространство между защитными кольцевыми элементами и поверхностью тех элементов протектора, к которым они прилегают, заполнено защитной смазкой.

2. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1, отличающийся тем, что в кольцевую камеру со стороны торца кольцевого поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный кольцевой поршень с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, при этом пространство между кольцевым поршнем и дополнительным кольцевым поршнем заполнено разделительной средой.

3. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.2, отличающийся тем, что в качестве разделительной среды использованы или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ, или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

4. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень снабжен, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внешней поверхностью трубки.

5. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень снабжен опорным центрирующим кольцом.

6. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по пп.1, 2, отличающийся тем, что пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.

7. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

8. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде трубок с возможностью их деформирования.

9. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными.

10. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок.

11. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.9, отличающийся тем, что внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и ' снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, установлены механически контактирующие с ним пружинящие элементы, поджимающие защитные кольцевые элементы соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки.

12. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.10, отличающийся тем, что в защитных кольцевых элементах на поверхностях, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, выполнены впадины для размещения защитной смазки.

13. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.10, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, установлены уплотнения.

14. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что во втором ниппеле выполнен канал, соединяющий участок кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, при этом в данном канале установлен фильтр.

15. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.2, отличающийся тем, что кольцевой поршень снабжен, по меньшей мере, одним отверстием для заправки разделительной среды, в котором установлено запирающее устройство.

16. Протектор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.1 или 2, отличающийся тем, что на валу между участком кольцевой камеры, заполненным диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением установлено насосное устройство.

17. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий цилиндрический корпус и закрепленное на нем основание, в котором выполнен канал для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, отличающийся тем, что внутри цилиндрического корпуса установлен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение поршень, разделяющий пространство внутри цилиндрического корпуса на две полости, заполненные соответственно диэлектрической и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостями, при этом к торцу поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплен выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент, прилегающий к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом пространство между защитным кольцевым элементом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.

18. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17, отличающийся тем, что внутри цилиндрического корпуса со стороны поршня, контактирующей с диэлектрической жидкостью, установлен, по меньшей мере, один дополнительный поршень, при этом пространство между поршнем и дополнительным поршнем заполнено разделительной средой.

19. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.18, отличающийся тем, что в качестве разделительной среды использованы или диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из ряда: воздух, инертный газ, углеводородный газ, или смесь диэлектрической жидкости с газом, или защитная смазка.

20. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17 или 18, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень снабжен, по меньшей мере, одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса.

21. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17 или 18, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень снабжен опорным центрирующим кольцом.

22. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17 или 18, отличающийся тем, что пространство между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а также пространство между внешней поверхностью дополнительного поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.

23. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17 или 18, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

24. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде трубки с возможностью ее деформирования.

25. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным.

26. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки.

27. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.25, отличающийся тем, что внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, установлен, по меньшей мере, один механически контактирующий с ним пружинящий элемент, поджимающий защитный кольцевой элемент к внутренней поверхности цилиндрического корпуса,

28. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.26, отличающийся тем, что в защитном кольцевом элементе на поверхности, прилегающей соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, выполнены впадины для размещения защитной смазки.

29. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.26, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, установлено уплотнение.

30. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.17 или 18, отличающийся тем, что в канале основания, сообщающем внутреннюю полость цилиндрического корпуса с затрубным пространством, установлен фильтр.

31. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.18, отличающийся тем, что поршень снабжен, по меньшей мере, одним отверстием для заправки разделительной среды, в котором установлено запирающее устройство.

32. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий кольцевой поршень, отличающийся тем, что к одному из торцов кольцевого поршня прикреплено два выступающих за контуры поршня защитных кольцевых элемента, один с внутренним диаметром, примерно равным внутреннему диаметру кольцевого поршня, а второй с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру кольцевого поршня.

33. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде трубок с возможностью их деформирования.

34. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными.

35. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок.

36. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.34, отличающийся тем, что внутри защитного кольцевого элемента с большим диаметром и снаружи защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром установлено, по меньшей мере, по одному механически контактирующему с ним пружинящему элементу.

37. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.35, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента с большим диаметром и внутри защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром выполнены впадины для размещения защитной смазки.

38. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.32, отличающийся тем, что кольцевой поршень выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

39. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в протекторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.32, отличающийся тем, что кольцевой поршень выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивно-стойкого и температуростойкого полимерного материала.

40. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий поршень, к одному из торцов которого прикреплен выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру поршня.

41. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде трубки с возможностью ее деформирования.

42. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным.

43. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки.

44. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.42, отличающийся тем, что внутри защитного кольцевого элемента установлен, по меньшей мере, один механически контактирующий с ним пружинящий элемент.

45. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.43, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента выполнены впадины для размещения защитной смазки.

46. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.40, отличающийся тем, что поршень выполнен с бочкообразной формой внешней поверхности.

47. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкости в компенсаторе гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса, по п.40, отличающийся тем, что поршень выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивно-стойкого и температуростойкого полимерного материала.