УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ УПЛОТНЕНИЕ СКВАЖИННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОГРУЖНОГО НАСОСА Российский патент 2014 года по МПК F04D13/10 H02K5/12 

Область техники

В целом изобретение относится к погружным скважинным насосам и, в частности, к узлам уплотнения, используемым вместе с приводными двигателями погружных скважинных насосов.

Уровень техники

В нефтяных скважинах и иных применениях, где производится добыча флюида, используются разнообразные системы подъема флюида для накачки флюида к расположенному на поверхности оборудованию хранения и обработки. Для накачки флюидов из подземных пластов к расположенному на поверхности приемному оборудованию для дальнейшей транспортировки к местам обработки обычно используются скважинные насосные системы различных типов.

Одна из таких обычных насосных систем представляет собой погружную насосную установку, подвешенную в буровой скважине и погруженную во флюиды. Типовая электрическая погружная насосная установка включает погружной насос, электродвигатель и протектор (гидрозащиту) погружного электродвигателя, располагающийся между насосом и двигателем. Задачей протектора погружного электродвигателя является защита двигателя от загрязнения, поскольку скважинный флюид обычно содержит вредные вещества, например твердые частицы и другие осколки породы. Применение обычных протекторов погружного электродвигателя показало их неэффективность в предотвращении загрязнения двигателя со стороны окружающей среды.

Таким образом, существует потребность в протекторе погружного электродвигателя, предотвращающем попадание вредных веществ, например твердых частиц и другой материи, содержащейся в пластовом флюиде, в двигатель, где эти загрязнители могут нарушить его нормальную работу и сократить срок службы двигателя.

Раскрытие изобретения

Согласно одной особенности изобретения, предложена установка электрического погружного насоса, которая включает электродвигатель с полостью для флюида; насос, функционально соединенный с электродвигателем; приводной вал, установленный между электродвигателем и насосом; узел уплотнения, установленный между электродвигателем и насосом, включающий: корпус, в котором образована полость, нижний конец которой соединен с двигателем, а верхний конец соединен с насосом, впускное отверстие, функционально соединенное с полостью и областью снаружи корпуса, отверстие связи, функционально соединенное с полостью для флюида в электродвигателе, нижний осевой канал для введения в него одного конца приводного вала и верхний осевой канал для введения в него другого конца приводного вала; трубку связи, нижний конец которой функционально соединен с отверстием связи, а верхний конец проходит в корпус; сильфон, который расположен внутри полости корпуса и в который входит верхний конец трубки связи, по которой может проходить флюид; и нижний и верхний уплотнительные элементы, расположенные внутри нижнего и верхнего осевых каналов соответственно для герметизации границ между нижним и верхним каналами и приводным валом.

Согласно другой особенности изобретения, предложен способ управления установкой электрического погружного насоса, включающей насос, электродвигатель, имеющий приводной вал для приведения в действие насоса и полость для флюида, и узел уплотнения, установленный между насосом и двигателем и герметично захватывающий введенный в него приводной вал, при осуществлении которого дают возможность флюидам в полости для флюида в двигателе протекать в верхнюю часть переливной камеры, расположенной внутри узла уплотнения; и дают возможность флюидам снаружи узла уплотнения протекать в нижнюю часть переливной камеры.

Согласно другой особенности изобретения, предложен узел уплотнения для установки электрического погружного насоса, имеющего насос и двигатель с приводным валом для приведения в действие насоса, включающей корпус, в котором образована полость, нижний конец которой приспособлен для соединения с двигателем, а верхний конец приспособлен для соединения с насосом, впускное отверстие, функционально соединенное с полостью и областью снаружи корпуса, отверстие связи, функционально соединенное с полостью для флюида электродвигателя, нижний осевой канал для введения в него одного конца приводного вала и верхний осевой канал для введения в него другого конца приводного вала; трубку связи, нижний конец которой функционально соединен с отверстием связи, а верхний конец проходит в корпус; сильфон, который расположен внутри полости корпуса и в который входит верхний конец трубки связи, через который может протекать флюид; и нижний и верхний уплотнительные элементы, расположенные внутри нижнего и верхнего осевых каналов, соответственно, для герметизации границ между нижним и верхним каналами и приводным валом.

Согласно другой особенности изобретения, предложена система для обеспечения работы установки электрического погружного насоса, включающей насос, электродвигатель с приводным валом для приведения в действие насоса, имеющий полость для флюида, и узел уплотнения, установленный между насосом и двигателем для введения в него и герметичного захвата приводного вала, включающая средства, позволяющие флюидам в полости для флюида двигателя протекать в верхнюю часть переливной камеры, расположенной внутри узла уплотнения; и средства, позволяющие флюидам снаружи узла уплотнения протекать в нижнюю часть переливной камеры.

Краткое описание чертежей

Выше были заявлены некоторые признаки и преимущества настоящего изобретения, другие будут очевидны при рассмотрении изобретения совместно с приложенными чертежами, на которых:

на фиг.1 представлен вид части сечения установки электрического погружного насоса, расположенной внутри скважины, пересекающей подземный пласт; и

на фиг.2 представлен вид части сечения узла уплотнения установки электрического погружного насоса, показанной на фиг.1.

Подробное описание осуществления изобретения

Далее приводится более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых представлены частные варианты осуществления изобретения. Данное изобретение может быть, однако, выполнено в различных формах и не должно считаться ограниченным показанными здесь вариантами осуществления. Представленные варианты осуществления, скорее, обеспечивают исчерпывающий характер и полноту раскрытия и целиком представляют специалисту область притязаний изобретения. Одинаковые цифровые обозначения относятся к одинаковым элементам по всему описанию.

Представленный на фиг.1 частный вариант осуществления установки 10 электрического погружного насоса, включающей обычный погружной насос 12 с всасывающим отверстием 12а и выпускным отверстием, соединенным с трубопроводом 11 или иной отводящей трубой, для передачи откачанных насосом флюидных материалов к одному или более подземному и (или) наземному оборудованию хранения и обработки. Насос 12 функционально соединен с обычным двигателем 14, приводящим его в действие. Предполагается, что конструкция и работа насоса 12 и двигателя 14 хорошо известны специалистам в данной области.

В частном варианте осуществления, узел 16 уплотнения установлен между насосом 12 и двигателем 14 и соединен с ними. Двигатель 14 включает трубчатый несущий элемент 18, имеющий продольный канал 18а и отверстие 18b связи, который включает наружный фланец 18с, внутреннюю кольцевую выемку 18d с одного конца и наружный выступ 18е в верхней части одного конца. В частном варианте осуществления, другой конец трубчатого несущего элемента 18 может быть соединен с двигателем 14. Конец внутренней втулки 20, определяющей продольный канал 20а и одно или более окон 20b связи на одном конце, вставляется и сопряженно соединяется с внутренней кольцевой выемкой 18d трубчатого несущего элемента 18. В частном варианте осуществления, на границе раздела между внутренней втулкой 20 и внутренней кольцевой выемкой 18d трубчатого элемента 18 для герметизации стыка между ними устанавливаются одна или более кольцевые уплотнительные прокладки 22. Другой конец внутренней втулки 20, включающей наружную кольцевую выемку 24а, вставляется в трубчатый уплотнительный элемент 24, сопряженно и герметично соединяется с ним.

В конец эластомерного трубчатого сильфона 26 вставляется конец трубчатого несущего элемента 18, сопряженно и герметично соединяясь с ним, а в другой конец сильфона вставляется, сопряженно и герметично соединяясь с ним, наружная кольцевая выемка 24а трубчатого уплотнительного элемента 24, соединенного с другим концом внутренней втулки 20. При этом внутри сильфона образована камера 28. Конец трубки 30 связи вставляется в отверстие 18b связи трубчатого несущего элемента, сопряженно и герметично соединяясь с ним, а другой конец трубки связи проходит в противоположный конец камеры 28 внутри сильфона 26. Одно или более крепежных колец 32 охватывают внутреннюю втулку 20 и трубку 30 связи для закрепления трубки внутри камеры 28 сильфона 24.

Конец наружной втулки 34 надевается на конец трубчатого несущего элемента 18, сопряженно и герметично соединяясь с ним, а другой конец наружной втулки надевается, сопряженно и герметично соединяясь, на наружную кольцевую выемку 36а трубчатого несущего элемента 36, который определяет продольный канал 36b, включающий внутреннюю кольцевую выемку 36с на одном конце и внутренние кольцевые выемки 36d, 36е и 36f на другом конце, а также отверстие 36g связи. Таким образом, внутри наружной втулки 34 образована кольцевая камера 38, окружающая камеру 28, образованную внутри сильфона 26, и изолированная от нее для флюида. Кроме того, в частном варианте осуществления, из камеры 38 флюид может протекать в отверстие 36g связи, из которого, в свою очередь, флюид может протекать во впускное отверстие 40. Таким образом, текучие материалы, находящиеся снаружи узла 16 уплотнения, могут входить в камеру 38, тем самым выравнивая давление внутри камеры 38 с давлением внутри камеры 28.

В частном варианте осуществления, другой конец трубчатого несущего элемента 36 может быть присоединен к насосу 12. В частном варианте осуществления, конец трубчатого уплотнительного элемента 24 вставлен, образуя сопряженное и герметичное соединение, во внутреннее кольцевое углубление 36с трубчатого несущего элемента 36. В частном варианте осуществления, приводной вал 42 вставлен в продольные каналы 18а, 20а и 36b трубчатого несущего элемента 18, внутренней втулки 20 и трубчатого несущего элемента 36 соответственно для передачи крутящего момента от двигателя 14 к насосу 12. В частности, нижний конец 42а приводного вала 42 может быть соединен с двигателем 14, в то время как верхний конец 42b приводного вала может быть соединен с насосом 12.

В частном варианте осуществления, на границе раздела между трубчатым несущим элементом 18 и трубчатым несущим элементом 36 соответственно и приводным валом 42 помещены подшипники 44 и 46 для закрепления приводного вала 42. В частном варианте осуществления, в кольцевом углублении 36d помещена уплотняющая прокладка 48 для герметизации границы раздела между кольцевой выемкой и приводным валом 42, а уплотнительный элемент 50 помещен внутри кольцевой выемки 36е для герметизации границы раздела между кольцевой выемкой и приводным валом 42.

В частном варианте осуществления, при работе установки 10 электрического погружного насоса, установка может быть помещена в обсадную трубу 100 скважины, пересекающую подземный пласт 102. В частном варианте осуществления, обсадная труба скважины может быть ориентирована в целом вертикально.

Двигатель 14 в процессе работы передает крутящий момент насосу 12, используя приводной вал 42. При этом находящийся в обсадной трубе 100 скважины материал флюида входит во всасывающее отверстие 12а насоса 12 сквозь одно или более впускных отверстий 12аа, сделанных во всасывающем отверстии насоса. В результате материалы флюида будут засасываться снаружи насоса 12 в трубопровод 11. Как известно специалистам, обычные двигатели, например двигатель 14, имеют полость, содержащую диэлектрический и (или) смазывающий флюид, например моторное масло, которое расширяется или сжимается в зависимости от условий работы внутри двигателя. В частном варианте осуществления, во время работы двигателя 14, диэлектрический флюид внутри двигателя может расширяться так, что он будет входить в камеру 28, образованную внутри сильфона 26, через отверстие 18b связи и трубку 30 связи. Поскольку кольцевая камера 38 открыта для материалов флюида внутри обсадной трубы 100 скважины за счет возможности прохождения флюида между впускным отверстием 40 и отверстием 36g связи, рабочее давление внутри камеры 28 должно быть примерно равным рабочему давлению внутри кольцевой камеры.

Поскольку диэлектрический флюид, который может попасть сквозь отверстие 18b связи и трубку 30 связи в камеру 28, образованную внутри сильфона 26, имеет более низкую плотность, чем типичные материалы флюида, находящиеся внутри обсадной трубы 100 скважины, в случае наличия утечки на границах раздела и сквозь уплотнительные элементы узла 16 уплотнения, при которой флюиды из обсадной трубы скважины смогут войти в камеру 28 через каналы 20b, имеющиеся во внутренней втулке 20, диэлектрический флюид двигателя, благодаря своей более низкой плотности, должен всплывать над любыми такими флюидами из обсадной трубы. В результате любые флюиды из обсадной трубы скважины, которые могут попасть в камеру 28, останутся ниже уровня открытого конца трубки 30 связи. Таким образом, в случае последующего уменьшения объема диэлектрического флюида внутри двигателя 14, любой флюид внутри камеры 28, который может быть втянут обратно в открытый конец трубки 30 связи, не будет содержать материалов флюида из обсадной трубы скважины. При этом загрязнители, например материалы флюида из обсадной трубы 100 скважины, не смогут попасть внутрь двигателя 14.

В частном примере, несколько узлов 16 уплотнения могут быть соединены друг с другом последовательно.

Подразумевается, что в описанном выше изобретении могут быть сделаны изменения, не выходящие за пределы области его притязаний. Хотя были показаны и описаны конкретные варианты осуществления, специалисты могут предложить модификации в рамках существа или принципов настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления служат только примером и не ограничивают изобретения. Возможные многочисленные вариации и модификации находятся в пределах области притязаний изобретения. Соответственно, область патентной защиты не ограничена описанными вариантами осуществления, а определяется только приведенной далее формулой, область притязаний которой должна включать все эквиваленты предмета изобретения согласно формуле.

Группа изобретений относится к погружным скважинным насосам и к узлам уплотнения, используемым вместе с приводными двигателями насосов. Узел уплотнения между электродвигателем и насосом скважинной электрической погружной насосной установки включает корпус с полостью, нижний конец которой соединен с двигателем, а верхний конец - с насосом. Узел включает впускное отверстие, соединенное с полостью и областью снаружи корпуса, отверстие связи, соединенное с полостью для флюида электродвигателя, нижний и верхний осевые каналы для введения в него концов приводного вала. Узел имеет трубку связи, нижний конец которой соединен с отверстием связи, а верхний конец проходит в корпус. Внутри полости корпуса расположен сильфон, и в него входит верхний конец трубки связи с обеспечением прохождения флюида. Узел имеет нижний и верхний уплотнительные элементы, расположенные внутри нижнего и верхнего осевых каналов соответственно для герметизации границ между нижним и верхним каналами и приводным валом. Изобретения направлены на увеличение срока службы двигателя путем предотвращения попадания в него вредных веществ. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка электрического погружного насоса, содержащая:
электродвигатель, имеющий полость для флюида;
насос, функционально соединенный с электродвигателем;
приводной вал, соединяющий электродвигатель с насосом;
узел уплотнения, установленный между электродвигателем и насосом, включающий:
корпус, в котором образована полость, нижний конец которой соединен с двигателем, а верхний конец соединен с насосом, впускное отверстие, функционально соединенное с полостью и областью снаружи корпуса, отверстие связи, функционально соединенное с полостью для флюида электродвигателя, нижний осевой канал для введения в него одного конца приводного вала и верхний осевой канал для введения в него другого конца приводного вала;
трубку связи, нижний конец которой функционально соединен с упомянутым отверстием связи, а верхний конец проходит в корпус;
сильфон, который расположен внутри полости корпуса и в который входит верхний конец трубки связи с обеспечением прохождения флюида; и
нижний и верхний уплотнительные элементы, расположенные внутри нижнего и верхнего осевых каналов соответственно для герметизации границ между нижним и верхним каналами и приводным валом.

2. Установка по п.1, в которой верхний конец трубки связи расположен вблизи верхнего конца сильфона.

3. Установка по п.1, содержащая втулку, расположенную внутри корпуса узла уплотнения, нижний конец которой вставлен в нижний осевой канал корпуса и герметично соединен с ним, а верхний конец вставлен в верхний осевой канал корпуса и герметично соединен с ним, причем в эту втулку вставляется приводной вал.

4. Установка по п.1, в которой втулка имеет один или более радиальных каналов вблизи нижнего конца втулки.

5. Узел уплотнения для установки электрического погружного насоса, имеющей насос и двигатель с приводным валом для приведения в действие насоса, содержащий:
корпус, в котором образована полость, нижний конец которой приспособлен для соединения с двигателем, а верхний конец приспособлен для соединения с насосом, впускное отверстие, функционально соединенное с полостью и областью снаружи корпуса, отверстие связи, функционально соединенное с полостью для флюида электродвигателя, нижний осевой канал для введения в него одного конца приводного вала и верхний осевой канал для введения в него другого конца приводного вала;
трубку связи, нижний конец которой функционально соединен с отверстием связи, а верхний конец проходит в корпус;
сильфон, который расположен внутри полости корпуса и в который входит верхний конец трубки связи с обеспечением прохождения флюида; и
нижний и верхний уплотнительные элементы, расположенные внутри нижнего и верхнего осевых каналов соответственно для уплотнения границ между нижним и верхним каналами и приводным валом.

6. Узел по п.5, в котором верхний конец трубки связи расположен вблизи верхнего конца сильфона.

7. Узел по п.5, содержащий втулку, расположенную внутри корпуса узла уплотнения, нижний конец которой вставлен в нижний осевой канал корпуса и герметично соединен с ним, а верхний конец вставлен в верхний осевой канал корпуса и герметично соединен с ним, причем во втулку вставляется приводной вал.