УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2012 года по МПК F04D29/08 F04B53/16 F16J15/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для уплотнительной системы барьерной текучей среды для насосного агрегата и к способу регулирования давления в этой уплотнительной системе барьерной текучей среды.

Уровень техники

Насосы однофазного, двухфазного и многофазного типа широко используются применительно к извлечению нефти, и эти насосы могут в некоторых случаях располагаться под водой. Насосы используются для нескольких целей, например для создания давления при нагнетании воды в водонагнетательной скважине или для поднятия добываемой текучей среды из скважины. Это может быть особенно актуально на фазе истощения эксплуатационного ресурса скважины, поскольку давление скважины может уменьшаться. Кроме того, извлечение нефти происходит на все более увеличивающихся глубинах, и это подразумевает все более жесткие требования к оборудованию, которое должно располагаться на подводной установке. Насосы являются общим признаком такой подводной установки.

Вообще говоря, насосы предназначены для того, чтобы увеличивать давление в текучей среде от давления на всасывающей стороне до давления нагнетания. Уплотнительная система барьерной текучей среды применительно к насосам должна быть приспособлена к давлениям на всасывающей и нагнетательной сторонах насоса или, другими словами, к рабочим давлениям насоса. Обычно барьерная текучая среда должна нагнетаться в насос с некоторым избыточным давлением относительно давлений на всасывании и нагнетании. Это избыточное давление должно находиться в заданных пределах, например на 10-70 бар выше рабочего давления, и не должно находиться выше или ниже этого установленного диапазона, так как это может приводить к недостаточному уплотнению или избыточному потреблению барьерной текучей среды.

В этом отношении имеется несколько сложных проблем. Одна из таких проблем заключается в том, что давления всасывания и нагнетания в целом будут немного колебаться; и они могут изменяться также и на протяжении срока службы насоса. В случае использования насосов применительно к извлечению нефти может существовать несколько факторов, которые приводят к изменению рабочих режимов насоса. Может иметь место остановка добычи из скважины, что может вызывать повышение давление в системах, например, из-за формирования газовых карманов. Фактическое пластовое давление может со временем падать, или же в добываемой текучей среде может иметь место изменение, например увеличение количества газа со временем, что приводит к изменению режимов давления и т.п.

Это означает, что имеется потребность в наличии динамической уплотнительной системы барьерной текучей среды, у которой давление в уплотнительной системе барьерной текучей среды реагирует на рабочие режимы насоса. Заявитель предлагает системы такого типа, в которых подводный насос снабжается барьерной текучей средой из системы, находящейся на надводной установке. Надводная система барьерной текучей среды содержит источник текучей среды, имеющий заданное максимальное давление, который подает текучую среду в подводящий трубопровод, который ведет вниз, к подводному насосу. Источник текучей среды может в таком случае содержать резервуар для барьерной текучей среды с насосом, который повышает давление в барьерной текучей среде из резервуара до максимального требуемого давления и нагнетает текучую среду в подводящий трубопровод системы барьерной текучей среды. Первый клапан располагается в надводной части подводящего трубопровода. Этот первый клапан может открываться с тем, чтобы инициировать увеличение давления в системе барьерной текучей среды благодаря подаче барьерной текучей среды при требуемом максимальном давлении в системе. Второй клапан устанавливается после первого клапана в соединении с надводным подводящим трубопроводом. Этот второй клапан имеет функцию, которая заключается в том, что он может открываться с тем, чтобы уменьшить давление в контуре барьерной текучей среды в том смысле, что он открывает трубопровод текучей среды между подающим трубопроводом после первого клапана и резервуаром системы. Системный резервуар имеет нормальное атмосферное давление, и, следовательно, будет функционировать как резервуар для сброса давления. В результате это создает динамическую уплотнительную систему барьерной текучей среды, которую можно непрерывно или с интервалами подстраивать относительно фактических рабочих условий насоса по давлению. Система чрезвычайно хорошо работает для подводных насосов, которые не расположены на больших глубинах, однако может вызывать проблемы на бóльших глубинах. Если имеется несколько подводных насосов, то каждый насос с системой регулирования барьерной текучей среды этого типа должен иметь также свою собственную систему регулирования давления в системе барьерной текучей среды над водой и по одному подающему трубопроводу на насос, идущему от этой поверхностной установки вниз, к подводному насосу. Это является относительно дорогим решением.

Однако извлечение нефти осуществляется на все больших глубинах с увеличивающимся расстоянием между насосом и поверхностной установкой. Как уже ранее упоминалось, это приводит к ряду сложных проблем. Большее расстояние между поверхностной системой регулирования и подводным насосом в результате приводит к системе, которая имеет относительно большое время реагирования. Другой фактор заключается в том, что при больших глубинах статическое давление столба барьерной текучей среды на насос в некоторых случаях будет слишком высоким; это означает, что имеется слишком большая разница давлений в добываемой текучей среде и в барьерной текучей среде; это особенно относится к давлению на всасывающей стороне насоса. Таким образом, может иметь место ситуация, при которой самое низкое давление в барьерной текучей среде, которое представляет собой статическое давление барьерной текучей среды в насосе, является слишком высоким по отношению к рабочим условиям насоса по давлению.

Раскрытие изобретения

Одна из задач настоящего изобретения заключается в создании устройства для уплотнительной системы барьерной текучей среды для насоса, которая решает вышеупомянутые проблемы и которая обеспечивает хорошие условия эксплуатации для насоса. Задача состоит также в том, чтобы предоставить решение, которое в большей степени является независимым от статического давления барьерной текучей среды в насосе. Другая задача заключается в том, чтобы предоставить устройство, которое имеет меньшее время реагирования, нежели у ранее известных систем, и в частности, для глубоководных насосов. Еще одна задача состоит также в том, чтобы предоставить решение, предполагающее упрощенную систему для регулирования давления барьерной текучей среды для множества подводных насосов.

Вышеупомянутые задачи решаются посредством устройства и способа по нижеприведенным пунктам формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройству для динамической уплотнительной системы, предпочтительно предназначенной для погружного насоса. Насос выполнен с возможностью присоединения к трубопроводу добываемой текучей среды при помощи впускного трубопровода добычи (впуска насоса) и выпускного трубопровода добычи (выпуска насоса), чтобы увеличивать давление в текучей среде, протекающей через насос между впуском и выпуском насоса. Насос предпочтительно погружается, например, в воду и располагается в соединении с подводной установкой.

Насос содержит как компрессор давления для увеличения давления в текучей среде, протекающей через насос, так и двигатель для приведения в действие компрессора давления, со средствами подключения необходимых устройств для подачи необходимой энергии и управления насосом. Для специалиста в данной области техники это понятно.

Динамическая уплотнительная система представляет собой систему, работающую с помощью барьерной текучей среды, в которой барьерная текучая среда подается к соответствующим уплотнениям, которые могут являться динамическими уплотнениями или статическими уплотнениями между двумя взаимно перемещающимися деталями или взаимно неподвижными деталями насоса, соответственно, с тем, чтобы получить уплотняющее действие между ними. Уплотнительная система содержит средства для присоединения к подводу барьерной текучей среды и для разводки барьерной текучей среды к уплотнениям.

Устройство, соответствующее изобретению, содержит подводящий трубопровод для подачи барьерной текучей среды от источника барьерной текучей среды к уплотнительной системе. В случае подводных насосов источником барьерной текучей среды обычно является источник барьерной текучей среды, расположенный над водой, предпочтительно на поверхностной установке, но возможно также иметь источник барьерной текучей среды, расположенный, например, поблизости от насоса под водой, или чтобы барьерная текучая среда представляла собой текучую среду, в которую погружен насос, т.е. воду. Источник барьерной текучей среды подает барьерную текучую среду к устройству при наибольшем давлении, предусмотренном для барьерной текучей среды в уплотнительной системе, то есть давлении барьерной текучей среды, адаптированном к самому большому рабочему давлению, при котором должен работать насос. Источник барьерной текучей среды обычно содержит резервуар барьерной текучей среды и насос, который повышает давление барьерной текучей среды до требуемого максимального давления, которое необходимо в системе, и подает эту текучую среду в подводящий трубопровод. Первое клапанное устройство устанавливается перед точкой ввода подводящего трубопровода в уплотнительную систему. Это первое клапанное устройство, в одном варианте осуществления, может располагаться вблизи насоса, приблизительно при таком же статическом давлении, как у насоса. В альтернативном варианте осуществления первое клапанное устройство может располагаться в точке, выбранной таким образом, что требуемое статическое давление находится ниже по потоку от клапанного устройства. Это первое клапанное устройство устанавливается для того, чтобы открывать и закрывать подводящий трубопровод для обеспечения давления в уплотнительной системе. Это давление соответствует максимальному давлению, требуемому в контуре барьерной текучей среды.

Максимальное давление в контуре барьерной текучей среды зачастую слишком велико для непосредственного использования в уплотнительной системе и, следовательно, должно регулироваться в отношении требуемого уровня. Для подводных насосов на больших глубинах любое статическое давление в любом трубопроводе барьерной текучей среды, проходящем к поверхности, тоже было бы столь высоким, что такое решение невозможно было бы использовать для регулирования давления в контуре барьерной текучей среды с понижением до более низкого минимального значения для давления в уплотнительной системе.

В соответствии с изобретением этот вопрос решается при помощи второго клапанного устройства, которое устанавливается таким образом, что в открытом положении оно открывает перепускной трубопровод, который проходит от точки на подводящем трубопроводе, расположенной между первым клапанным устройством и насосом, и отверстием в направлении добываемой текучей среды, которая протекает и нагнетается насосом. Это отверстие предпочтительно располагается на всасывающей стороне насоса, рядом с впускным трубопроводом добычи насоса. Давление в добываемой текучей среде, как правило, будет ниже, нежели давление, требуемое в барьерной текучей среде, и, в частности, впускной трубопровод добычи всегда будет иметь давление, меньшее, чем давление, требуемое в барьерной текучей среде в уплотнительной системе насоса.

Устройство содержит также блок управления со средствами для получения фактических рабочих условий насоса по давлению, причем первое и второе клапанные устройства подключаются к блоку управления, и блок управления управляет клапанными устройствами в соответствии с рабочими условиями насоса по давлению. Блок управления может располагаться рядом с насосом или находиться в удаленном месте. Он может быть автоматически регулирующимся и/или может принимать сигналы от оператора или с операционного блока.

Такое устройство уплотнительной системы в результате создает систему уплотнения, которая имеет очень короткое время реагирования от возникновения изменений в режимах рабочего давления насоса до того момента, когда уплотнительная система регулируется относительно этих режимов. Это удается достигнуть вследствие того, что система управления устанавливается близко к насосу, погруженному в воду. Это обеспечивает также уплотнительную систему, у которой всегда имеется доступный источник давления, имеющий давление, меньшее, чем давление, требуемое в уплотнительной системе, так что барьерную текучую среду всегда можно сбросить в этот источник давления. Это создает уплотнительную систему, у которой давление барьерной текучей среды в уплотнительной системе может находиться на уровне, значительно меньшем, нежели статическое давление для барьерной текучей среды на месте выполнения работ. Следовательно, такая уплотнительная система является независимой от водной глубины, на которой располагается насос, и статического давления в барьерной текучей среде в насосе.

Для большинства подводных насосов это обеспечивает также возможность иметь только один подводящий трубопровод, проходящий от поверхности, где располагается источник барьерной текучей среды, вниз, к месту расположения насосов, где устройство, соответствующее данному изобретению, может быть предусмотрено для каждого подводного насоса. Давление в барьерной текучей среде в уплотнительных системах для насосов может регулироваться для каждого насоса в отдельности, позволяя, таким образом, одному подводящему трубопроводу иметь давление, соответствующее максимальному давлению, предусмотренному для всех насосов. Наличие только одного подводящего трубопровода позволяет обеспечивать огромную экономию затрат, поскольку в этом случае над водой требуется только одна система для подачи барьерной текучей среды при одном давлении, и имеется только один подводящий трубопровод вместо необходимости иметь по одному подводящему трубопроводу на насос, что представляет собой экономичное решение, как в отношении монтажа, так и в процессе использования.

В соответствии с одним аспектом изобретения предусмотрено третье клапанное устройство. Это третье клапанное устройство имеет несколько положений, но в открытом положении оно будет открывать второй перепускной трубопровод, который проходит между точкой на подводящем трубопроводе перед первым клапанным устройством и впускным трубопроводом добычи. Это позволяет вводить давление барьерной текучей среды во всасывающую линию насоса независимо от регулирования первого и второго клапанов, в качестве быстрого реагирования в случае, когда давление здесь быстро падает. В одном варианте осуществления изобретения второе клапанное устройство может присоединяться ко второму перепускному трубопроводу между третьим клапанным устройством и впускным трубопроводом добычи и устанавливаться так, что в одном положении оно открывает первый перепускной трубопровод и закрывает второй перепускной трубопровод, а во втором положении закрывает первый перепускной трубопровод и держит открытым второй перепускной трубопровод. Установка такого типа обеспечивает, чтобы второй и третий перепускные трубопроводы не были открыты одновременно.

В одном варианте осуществления к подводящему трубопроводу между первым клапанным устройством и насосом присоединен, по меньшей мере, один накопитель. Присоединение накопителя обеспечивает некоторую гибкость в системе, а если присоединить несколько накопителей, то их можно предварительно накачать при различных давлениях. В подводящем трубопроводе между первым клапанным устройством и насосом и/или впускным трубопроводом добычи предпочтительно разместить также, по меньшей мере, одно сопловое приспособление. Установка сопла в подводящем трубопроводе обеспечивает сглаживание любых импульсов давления в системе, поскольку эти сопла дросселируют трубопровод и сглаживают импульсы давления за соплом. Импульсы давления могут создаваться, например, тогда, когда первое клапанное устройство открывается для подачи давления в систему.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения устройство может предусматривать соединение между подводящим трубопроводом барьерной текучей среды и системой охлаждения насоса, благодаря чему можно использовать барьерную текучую среду в качестве охлаждающей текучей среды. В одном таком варианте осуществления охлаждающая система может быть снабжена циркуляционной крыльчаткой, которая присоединяется к валу двигателя, так что скорость циркуляционной крыльчатки непосредственно управляется вращением вала двигателя. В одном варианте осуществления в контуре барьерной текучей среды, которая должна использоваться как охлаждающая текучая среда, могут предусматриваться, по меньшей мере, один охлаждающий блок и, по меньшей мере, один фильтрующий блок. В одном варианте осуществления охлаждающий блок может устанавливаться параллельно с фильтрующим блоком, и такое размещение будет обеспечивать возможность установки выпуска во второе клапанное устройство ниже по потоку от фильтрующего блока, причем текучая среда, которая проходит в направлении этого клапана, таким образом, фильтруется.

Изобретение предлагает также способ понижения барьерного давления в уплотнительной системе для насоса, предусматривающий использование подводящего трубопровода барьерной текучей среды, проходящего между источником барьерной текучей среды и насосом, при этом в подводящем трубопроводе, вблизи насоса, установлено первое клапанное устройство, а между первым клапанным устройством и насосом предусмотрено второе клапанное устройство. Второе клапанное устройство подсоединено к перепускному трубопроводу между подводящим трубопроводом и трубопроводом добываемой текучей среды насоса. В соответствии с изобретением первое клапанное устройство приводят в закрытое состояние для обеспечения перекрытия подводящего трубопровода, открывают второе клапанное устройство, чтобы получить открытый проход через перепускной трубопровод между подводящим трубопроводом и всасывающей стороной насоса, и выпускают барьерную текучую среду во всасывающую сторону насоса.

Краткое описание чертежей

Далее следует более подробное описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

на фиг.1 представлена принципиальная схема возможного применения изобретения;

на фиг.2 представлена технологическая схема для указания по управлению устройством, соответствующим данному изобретению, в отношении давления добываемой текучей среды в насосе;

на фиг.3 показано применение изобретения;

на фиг.4 показано второе применение;

на фиг.5 показано третье применение; и

на фиг.6 показан принцип, по которому устройства присоединяются к системе охлаждения.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству для динамической уплотнительной системы, предназначенной для насоса. Возможное применение показано на фиг.1, где насос 100 располагается погруженным на грунт морского дна 101 и где устройство 105, соответствующее данному изобретению, располагается в соединении с насосом 100. Устройство 105 может снабжаться барьерной текучей средой от источника 103 барьерной текучей среды, установленного на поверхностной установке 102, которая предусмотрена на поверхности текучей среды, в которую погружается насос 100. Между источником 103 барьерной текучей среды и устройством 105 устраивается трубопровод 104. В качестве альтернативы, устройство 105 может получать снабжение по трубопроводу 104' от источника 103' барьерной текучей среды, установленного рядом с насосом 100.

Устройство, соответствующее данному изобретению, позволяет осуществлять регулирование давления в барьерной текучей среде С, которая подается к уплотнениям в насосе в соответствии с давлением в добываемой текучей среде. На фиг.2 показан вариант, где давление А на впуске добычи для насоса является постоянным, но где на какой-то период желательно иметь более высокое давление В на выпуске добычи из насоса, и где давление С барьерной текучей среды в ответ на увеличение давления на выпуске добычи увеличивается (участок увеличения графиков) и впоследствии уменьшается как результат уменьшения давления на выпуске добычи (участок уменьшения графиков). Таким способом обеспечивается, что перепад давлений между давлением барьерной текучей среды и давлением добываемой текучей среды в насосе поддерживается в пределах приемлемого диапазона, то есть перепад давлений не становится слишком большим или слишком маленьким.

На фиг.3 показан вариант осуществления устройства, соответствующего изобретению. Насос 1 присоединен к трубопроводу 2 добываемой текучей среды и имеет впуск 3 добываемой текучей среды и выпуск 4 добываемой текучей среды. Уплотнительная система в насосе 1 снабжается барьерной текучей средой по подводящему трубопроводу 7 от источника 70 барьерной текучей среды, показанного схематически. Этот источник может представлять собой отдельный источник рядом с насосом или может находиться на поверхности, или же это может быть текучая среда, в которую погружен насос.

Первое клапанное устройство 8 устанавливается на подводящем трубопроводе 7 вблизи насоса 1. Это первое клапанное устройство 8 имеет два положения (открытое и закрытое положения), так что подача барьерной текучей среды может быть открыта или перекрыта при самом большом давлении, предусмотренном в системе барьерной текучей среды для насоса. Таким образом, это давление будет определяться максимальным давлением нагнетания насоса, плюс требуемый перепад давлений между давлением добычи и давлением барьерной текучей среды. Кроме того, с целью сглаживания любых импульсов давления между первым клапанным устройством 8 и насосом 1 устанавливается впускное сопло 9. Предусматриваются также два накопителя 10, 11, которые могут быть предварительно накачаны при различных давлениях. Помимо этого, на впуске подводящего трубопровода 7 в направлении насоса 1 устанавливается считывающее устройство 5 давления; считывающие устройства 5 давления предусматриваются также и на впуске добычи и на выпуске добычи насоса. Они подключаются к блоку 20 управления для управления устройством, соответствующим данному изобретению. Блок 20 управления содержит соединения 21, показанные на фиг.3 примерными пунктирными линиями, с соответствующими элементами системы (от которых он получает информацию и которыми должен управлять), такими как клапаны, датчики давления и т.п. Этот блок 20 управления может устанавливаться рядом с насосом или на поверхностной установке.

Кроме того, в системе устанавливается второе клапанное устройство 12, которое имеет, по меньшей мере, два положения, при этом в одном положении оно открывает первый перепускной трубопровод 13, который соединяет точку на подводящем трубопроводе 7 между первым клапанным устройством 8 и насосом 1 с впускным трубопроводом 3 добычи насоса. В этом первом перепускном трубопроводе 13 устанавливаются также перепускное сопло 14 и одноходовой клапан 15, который открывается от перепускного трубопровода 13 в направлении впускного трубопровода 3 добычи. Второе клапанное устройство 12 имеет второе положение, в котором оно закрывает перепускной трубопровод 13.

Помимо этого имеется второй перепускной трубопровод 17, который соединяет точку на подводящем трубопроводе 7 перед первым клапанным устройством 8 с впускным трубопроводом 3 добычи через второе клапанное устройство 12, которое в положении, при котором оно закрывает первый перепускной трубопровод 13, открывает второй перепускной трубопровод 17. В то же время перед этим соединением со вторым клапанным устройством 12 устанавливается третье клапанное устройство 16 для закрытия и открытия второго перепускного трубопровода 17. Это может оказаться необходимым в тех случаях, когда требуется увеличение давления на всасывающей стороне насоса в случае быстрого падения давления во впуске 2 добываемой текучей среды.

В системе имеется также третий перепускной трубопровод 19 с четвертым клапанным устройством 18, при этом третий перепускной трубопровод 19 присоединяется между точкой на первом перепускном трубопроводе 13 (между вторым клапанным устройством 12 и впуском 3 добычи) и соединительным устройством, содержащим одноходовой клапан 26 для присоединения ко второму источнику текучей среды, например, с помощью клапана с дистанционным управлением (ROV, Remote Operated Valve). Система содержит также пятое клапанное устройство 22, устанавливаемое на подводящем трубопроводе 7 перед первым клапанным устройством 8 в качестве предохранительного клапана, который является нормально открытым, но может закрываться при помощи клапанного управляющего устройства 25 и, например, с помощью клапана с дистанционным управлением. Подобные устройства 25, 25' предусмотрены для третьего и четвертого клапанных устройств 16, 18.

На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, который показан на фиг.3. Одинаковым элементам присвоены одинаковые ссылочные номера, и объясняться будут только те детали, которые отсутствуют в объясненном ранее варианте осуществления. По другим же элементам дается ссылка на вышеприведенное объяснение. В этом варианте осуществления показано ответвление первого перепускного трубопровода, проходящее в направлении впуска 3 добычи, к насосу 1, где на каждом из ответвлений устанавливается одноходовой клапан 15. В этом варианте осуществления второе клапанное устройство 12 располагается так, что оно управляет только первым перепускным трубопроводом и не связано непосредственно со вторым перепускным трубопроводом.

Помимо этого, в этом варианте осуществления вводятся фильтрующие блоки 23 и охлаждающие блоки 23', присоединяемые в боковом ответвлении 28. В этом же боковом ответвлении 28 устанавливается циркуляционная крыльчатка 24. Циркуляционная крыльчатка 24 приводит барьерную текучую среду в состояние циркуляции, так что любое накопившееся в системе тепло можно остудить при помощи циркуляции барьерной текучей среды. Вращение циркуляционной крыльчатки 24 можно связать с вращающимся валом двигателя 30, который приводит в действие насос 1. Применен также фильтрующий блок 23 с тем, чтобы циркулирующая барьерная текучая среда могла при этом фильтроваться через равные промежутки времени.

На фиг.5 показан альтернативный вариант осуществления устройства, соответствующего изобретению. В этом случае устройство содержит такие системы, при которых имеется возможность иметь различные давления барьерной текучей среды на всасывающей стороне и на нагнетательной стороне насоса. Это может быть необходимо, например, в случае, когда имеется очень большое увеличение давления через насос. Как показано на фигуре, устройство содержит подводящий трубопровод 7, который разделяется на два трубопровода 7' и 7'', проходящих в направлении двух отдельных первых клапанных устройств 8', 8''. Как описывается выше, подводящие трубопроводы 7', 7'' дополнительно содержат соответствующее сопло 9', 9'', накопитель 10', 10'' и первый перепускной трубопровод 13', 13'', каждый из которых содержит вторые клапанные устройства 12', 12'' и перепускные сопла 14', 14''. В направлении уплотнений вокруг выпуска 4 добычи от насоса 1 проходит боковое ответвление 28', присоединенное к циркуляционной крыльчатке 24' и охлаждающему блоку 23', так что барьерная текучая среда может прокачиваться вокруг выпуска добычи и действовать в качестве охлаждающей текучей среды. Соответствующее боковое ответвление 28'' с охлаждающим блоком 23'' и циркуляционной крыльчаткой 24'' располагается в соединении с уплотнениями вокруг впуска 3 добычи.

Кроме того, устройство формируется таким образом, что первый перепускной трубопровод 13'', соединенный с выпускной стороной насоса 1, присоединяется к подводящему трубопроводу 7'' после первого клапанного устройства 8'', соединенного с впускной стороной насоса 1. Это связано с тем, что давление барьера на впускной стороне насоса обычно будет иметь более низкое значение, нежели у выпускной стороны насоса, так что впускная сторона может использоваться для того, чтобы при необходимости сбрасывать давление с выпускной стороны. В одном альтернативном варианте этот перепускной трубопровод 13' может присоединяться таким образом, что он ведет непосредственно к впуску 2 добычи через одноходовые клапаны 15. В других случаях имеются системы, подобные тем, которые были описаны ранее, с тем, чтобы можно было работать при разных уровнях давлений в сторону впускной стороны и выпускной стороны насоса 1.

В этом варианте осуществления показано также, что имеется возможность иметь один подводящий трубопровод, который ведет вниз, к множеству насосов, которые работают при различных уровнях давления, и что может быть множество насосов с необходимостью различного давления барьерной текучей среды на впускной и выпускной стороне насосов, и что это может быть обеспечено одним подводящим трубопроводом от источника текучей среды и с помощью соответствующих данному изобретению устройств, присоединенных к каждому насосу или к каждой стороне насосов.

Как уже упоминалось ранее, барьерная текучая среда, используемая в устройстве, соответствующем данному изобретению, используется в качестве охлаждающей текучей среды, и возможный вариант осуществления этого применения показан на фиг.6. Система, показанная на фиг.6, принимает подвод барьерной текучей среды из системы, которая описана выше, и эта текучая среда используется в качестве системы охлаждения для двигателя, уплотнений и насоса, поскольку в контуре текучей среды предусматривается циркуляционная крыльчатка 38. Оно может быть аналогична циркуляционным крыльчаткам 24, 24', 24'' в предыдущих вариантах осуществления. Помимо этого, в контуре показаны: двигатель 30, через который проходит барьерная текучая среда, подшипник 33, радиальный подшипник 34, 34', механические уплотнения 35, 35', крыльчатка насоса 36 и гибкая зубчатая передача 37. Барьерная текучая среда в контуре будет отводить тепло от этих деталей, после чего она пропускается через охлаждающие блоки 32 и/или фильтрующий блок 31 для охлаждения и/или фильтрации барьерной текучей среды. Эти охлаждающие и фильтрующие блоки 32, 31 аналогичны фильтрующим блокам 23 и охлаждающим блокам 23' на фиг.4. Циркуляционная крыльчатка 38 соединяется с валом двигателя 38, так что она приводится в движение от вращения вала 39 двигателя, что обеспечивает хорошо сбалансированное охлаждение в системе.

Устройство, соответствующее данному изобретению, объяснено с использованием множества примеров осуществления изобретения. Специалисту в данной области техники будет понятно, что возможно выполнение таких модификаций и изменений этих вариантов осуществления, которые находятся в объеме нижеприведенной формулы изобретения. Например, данное первое клапанное устройство может устанавливаться погруженным, однако при другом статическом давлении, нежели у погружного насоса.

Изобретение относится к устройству для динамической уплотнительной системы, предназначенной для погружного насоса (1), содержащему, по меньшей мере, один подводящий трубопровод (7), проходящий в направлении динамической уплотнительной системы, первое клапанное устройство (8), установленное в подводящем трубопроводе (7), и второе клапанное устройство (12), установленное таким образом, что в открытом положении оно открывает первый перепускной трубопровод (13), который проходит от точки на подводящем трубопроводе (7), расположенной между первым клапанным устройством (8) и насосом (1), и источником низкого давления, расположенным в области насоса (1), с тем, чтобы понизить давление барьерной текучей среды в уплотнительной системе. Изобретение также предлагает способ уменьшения давления барьерной текучей среды для погружного насоса. Улучшаются условия эксплуатации. Упрощается система для регулирования давления. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для динамической уплотнительной системы, предпочтительно предназначенной для погружного насоса (1), выполненного с возможностью присоединения к трубопроводу (2) добываемой текучей среды при помощи впуска (3) и выпуска (4) с целью нагнетания добываемой текучей среды, содержащее, по меньшей мере, один подводящий трубопровод (7), проходящий от источника (70) барьерной текучей среды в направлении динамической уплотнительной системы, отличающееся тем, что содержит первое клапанное устройство (8), установленное в подводящем трубопроводе (7) для его открытия или закрытия; и второе клапанное устройство (12), установленное таким образом, что в открытом положении оно открывает первый перепускной трубопровод (13), который проходит от точки на подводящем трубопроводе (7), расположенной между первым клапанным устройством (8) и насосом (1), и источником низкого давления, расположенным в области насоса (1), с тем, чтобы понизить давление барьерной текучей среды в указанной уплотнительной системе; а также блок (20) управления, имеющий средства (21) для получения фактических рабочих условий насоса (1) по давлению, причем клапанные устройства (8, 12) связаны с блоком (20) управления, который управляет указанными устройствами (8, 12) в соответствии с рабочими условиями насоса (1) по давлению.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник низкого давления, расположенный в области насоса (1), образован трубопроводом (2).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первое клапанное устройство (8) расположено вблизи насоса (1) или в точке, выбранной таким образом, что требуемое статическое давление находится ниже по потоку от клапанного устройства (8).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый перепускной трубопровод (13) проходит от подводящего трубопровода (7) к впуску (3).

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что содержит третье клапанное устройство (16), которое в одном положении открывает второй перепускной трубопровод (17), проходящий между точкой на подводящем трубопроводе (7), расположенной перед первым клапанным устройством (8), и впуском (3).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второе клапанное устройство (12) присоединено ко второму перепускному трубопроводу (17) между третьим клапанным устройством (16) и впуском (3) так, что в одном положении оно открывает первый перепускной трубопровод (13) и закрывает второй перепускной трубопровод (17), а во втором положении закрывает первый перепускной трубопровод (13) и удерживает открытым второй перепускной трубопровод (17).

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит клапанные средства (18, 22), которые в одном положении открывают третий перепускной трубопровод (19) от точки на подводящем трубопроводе (7), расположенной перед первым клапанным устройством (8), в сторону впуска (3).

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что с подводящим трубопроводом (7) соединен, по меньшей мере, один накопитель (10, 11), расположенный между первым клапанным устройством (8) и насосом (1).

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в подводящем трубопроводе (7), между первым клапанным устройством (8) и насосом (1) и/или впуском (3) установлено, по меньшей мере, одно сопло (9, 14).

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрено соединение между подводящим трубопроводом (7) для барьерной текучей среды и системой охлаждения двигателя (30), соединенного с насосом (1), причем барьерная текучая среда может использоваться в качестве охлаждающей текучей среды.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в охлаждающей системе установлена циркуляционная крыльчатка (38, 24), соединенная с валом (39) двигателя, причем скорость циркуляционной крыльчатки (38, 24) непосредственно регулируется вращением вала (39) двигателя.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в контуре охлаждающей текучей среды установлен, по меньшей мере, один охлаждающий блок (32, 23') и, по меньшей мере, один фильтрующий блок (31, 23).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что охлаждающий блок (32, 23') установлен параллельно фильтрующему блоку (31, 23).

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подводящий трубопровод (7) проходит к двум подводящим трубопроводам (7', 7''), каждый из которых содержит первое клапанное устройство (8', 8'') и второе клапанное устройство (12', 12''), установленное на перепускном трубопроводе (13', 13''), для подачи барьерной текучей среды к уплотнительной системе, соответственно, на всасывающей стороне и на выпускной стороне насоса; или на два отдельных насоса.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник (70) барьерной текучей среды установлен на поверхности текучей среды, в которую погружен насос (1), погружен в эту текучую среду или образован текучей средой, в которую погружен насос (1).

16. Способ понижения барьерного давления в уплотнительной системе для насоса (1), предусматривающий использование подводящего трубопровода (7) барьерной текучей среды, проходящего между источником барьерной текучей среды (70) и насосом (1), причем в подводящем трубопроводе (7) установлено первое клапанное устройство (8) и предусмотрено второе клапанное устройство (12), установленное между первым клапанным устройством (8) и насосом (1), причем второе клапанное устройство (12) подсоединено к перепускному трубопроводу (13) между подводящим трубопроводом (7) и трубопроводом (2) добываемой текучей среды, отличающийся тем, что первое клапанное устройство (8) приводят в закрытое состояние для обеспечения перекрытия подводящего трубопровода (7), открывают второе клапанное устройство (12) для обеспечения через перепускной трубопровод (13) открытого прохода между подводящим трубопроводом (7) и, таким образом, уплотняющей системой и впуском (3) насоса, и выпускают барьерную текучую среду во впуск (3) насоса.