ОПТИМИЗИРОВАННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНОЙ ДОБЫЧЕ Российский патент 2019 года по МПК F04D13/10 F04D29/58 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Предложенное изобретение относится, в целом, к области техники, связанной с погружными насосными установками и, в частности, но без ограничения этим, к погружной насосной установке, содержащей охлаждающее двигатель устройство.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[002] Погружные насосные установки часто используют в скважинах для добычи текучих сред, содержащих углеводороды, из подземных продуктивных пластов. Типичные погружные насосные установки содержат некоторое количество компонентов, в том числе один или более электродвигателей, заполненных текучей средой и присоединенных к одному или более насосам, имеющим высокую эффективность и расположенным над двигателем. При подаче питания двигатель сообщает вращающий момент насосу, перемещающему скважинные текучие среды к поверхности через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну. Каждый из компонентов в погружной насосной установке должен быть выполнен с обеспечением возможности выдерживать жесткие скважинные условия.

[003] Большая часть скважин содержит обсадную трубу, проходящую вдоль внутренней части ствола скважины для поддержания структурной целостности ствола скважины и предотвращения поступления текучих сред в скважину. Через обсадную трубу в требуемых местоположениях выполнены «перфорации», обеспечивающие возможность проникновения текучих сред из продуктивной формации в обсадную трубу. Во многих случаях погружная насосная установка расположена в стволе скважины выше перфораций. При расположении погружной насосной установки выше перфораций достигается охлаждающее воздействие по мере втягивания текучей среды в насос с обтеканием двигателя. При установках, в которых имеется недостаточное количество текучей среды для обеспечения этого охлаждающего воздействия, электродвигатель может перегреваться и выходить из строя.

[004] Однако, являются признанными преимущества расположения по меньшей мере части погружной насосной установки ниже перфораций, которое иногда называют положением «грязеотстойника». При расположении по меньшей мере заборного средства насоса ниже перфораций оператор может довести до максимума снижение давления в стволе скважины, что может увеличить добычу текучих сред из скважины. В некоторых скважинах размещение заборного средства насоса ниже перфораций также снижает содержание газа, имеющегося в поступающей к насосу текучей среде. По мере поступления двухфазных текучих сред в скважину через перфорации, более легкие газообразные компоненты стремятся подняться, в то время как более тяжелые жидкие компоненты опускаются. Размещение заборного средства насоса ниже перфораций улучшает гравитационное разделение и уменьшает содержание газа в поступающей к насосу текучей среде. Снижение содержания газа в поступающей к насосу текучей среде уменьшает опасность возникновения газовой пробки и, в общем, улучшает эффективность погружной насосной установки.

[005] Основная проблема, связанная с размещением погружной насосной установки ниже перфораций, заключается в недостатке охлаждения, обеспечиваемого перемещением текучей среды с обтеканием электродвигателя. Когда погружная насосная установка размещена ниже перфораций, текучая среда, поступающая в скважину через перфорации, может быть втянута в заборное средство насоса без обтекания двигателя. Таким образом, текучая среда вокруг двигателя может стать относительно неподвижной и неспособной обеспечивать достаточного рассеивания тепла.

[006] Изготовители для решения этой проблемы используют несколько способов. Наиболее распространенным способом для увеличения потока вокруг электродвигателя является использование огражденного заборного средства. Ограждение заборного средства в типичном случае имеет закрытый конец, расположенный выше заборного средства насоса, и открытый конец, смежный с нижней частью двигателя. По мере втягивания текучих сред в ствол скважины через перфорации они проходят вокруг наружной части двигателя с помощью ограждения. Несмотря на результативность, в целом, проведения потока текучей среды вокруг двигателя, тем не менее, для ограждения требуется дополнительное пространство между погружной насосной установкой и обсадной трубой скважины при этом оно может создавать нежелательное падение давления при определенных условиях. Кроме того, охлаждающее воздействие, обеспечиваемое ограждением, зависит от наличия соответствующей выработки жидкости в стволе скважины. В близких к истощению скважинах или в скважинах с высокой газовой фракцией нехватка достаточного количества жидкости будет уменьшать охлаждающее воздействие, обеспечиваемое ограждением. Следовательно, существует потребность в улучшенном устройстве охлаждения двигателя, устраняющем недостатки предшествующего уровня техники. Именно на эти и другие потребности предшествующего уровня техники направлены предпочтительные варианты выполнения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[007] Предпочтительные варианты выполнения предложенного изобретения включают охлаждающее устройство с замкнутым контуром, предназначенное для уменьшения температуры электродвигателя в погружной насосной установке. Погружная насосная установка, предпочтительно, содержит двигатель, добычной насос, приводимый в действие двигателем, теплообменник, расположенный смежно с добычным насосом, и циркуляционный масляный насос, соединенный с двигателем. Добычной насос перемещает текучие среды из ствола скважины через теплообменник. Циркуляционный масляный насос обеспечивает циркуляцию масла между двигателем и теплообменником для понижения рабочей температуры двигателя. Тепло, поглощаемое маслом, проходящим через двигатель, переносится к добываемой текучей среде, перемещающейся через теплообменник.

[008] В другом аспекте предпочтительные варианты выполнения включают охлаждающее устройство, используемое в погружной насосной установке, содержащей заполненный маслом электродвигатель и добычной насос, приводимый в действие заполненным маслом электродвигателем. Охлаждающее устройство содержит теплообменник, имеющий центральный канал, проточно сообщающийся с добычным насосом, теплообменные трубы, расположенные смежно с центральным каналом, и циркуляционный масляный насос, приводимый в действие двигателем. Циркуляционный масляный насос проточно сообщается с электродвигателем, заполненным маслом, и теплообменными трубами теплообменника.

[009] В еще одном аспекте предпочтительные варианты выполнения включают способ управления рабочей температурой электродвигателя в погружной насосной установке, расположенной в стволе скважины, причем насосная установка содержит добычной насос, приводимый в действие электродвигателем для добычи текучих сред из ствола скважины. Способ включает этапы обеспечения циркуляционного масляного насоса, соединенного с электродвигателем, и обеспечения теплообменника, соединенного с добычным насосом. Далее, данный способ продолжается этапом приведения в действие циркуляционного масляного насоса для перемещения смазочного вещества двигателя при исходной температуре через электродвигатель, при этом смазочное вещество двигателя поглощает тепло из работающего электродвигателя. Далее, данный способ продолжается этапами перемещения нагретого смазочного вещества из электродвигателя к теплообменнику и приведения в действие добычного насоса для перемещения добываемых текучих сред из ствола скважины через теплообменник. Нагретое смазочное вещество двигателя переносит тепло к добываемым текучим средам в теплообменнике. И наконец, данный способ обеспечивает перемещение охлажденного смазочного вещества из теплообменника обратно к работающему двигателю для возобновления этого цикла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[010] На фиг. 1 представлен вид в вертикальном разрезе погружной насосной установки, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения.

[011] На фиг. 2А представлено поперечное сечение двигателя насосной установки, показанной на фиг. 1, в первом предпочтительном варианте выполнения.

[012] На фиг. 2В представлено поперечное сечение двигателя и уплотнительной секции насосной установки, показанной на фиг. 1, во втором предпочтительном варианте выполнения.

[013] На фиг. 3 представлен вид сверху в поперечном сечении двигателя, показанного на фиг. 2А и фиг. 2В.

[014] На фиг. 4А представлено поперечное сечение циркуляционного масляного насоса насосной установки, показанной на фиг. 1, выполненной в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения.

[015] На фиг. 4В представлено поперечное сечение циркуляционного масляного насоса насосной установки, показанной на фиг. 1, выполненной в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения.

[016] На фиг. 5 представлено поперечное сечение модуля теплообменника насосной установки, показанной на фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[017] В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения предложенного изобретения на фиг. 1 показан вертикальный разрез насосной установки 100, прикрепленной к эксплуатационной насосно-компрессорной колонне 102. Насосная установка 100 и эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 102 расположены в обсаженном стволе 104 скважины, пробуренной для добычи текучей среды, такой как вода или нефть. Под используемым в настоящем документе термином «нефть» понимаются в широком смысле все минеральные углеводороды, такие как сырая нефть, газ и сочетания нефти и газа. Эксплуатационная насосно-компрессорная колонна 102 присоединяет насосную установку 100 к устью 106 скважины, расположенному на поверхности.

[018] Насосная установка 100, предпочтительно, содержит добычной насос 108, двигатель 110, уплотнительную секцию 112, газосепаратор 114, теплообменник 116 и циркуляционный масляный насос 118. В предпочтительном варианте выполнения двигатель 110 является электродвигателем, получающим электроэнергию из расположенного на поверхности источника питания через силовой кабель 120. Двигатель 110 преобразует электроэнергию в механическую энергию, передаваемую к добычному насосу 108 посредством одного или более валов 122. Добычной насос 108 затем переносит часть этой механической энергии к текучим средам внутри ствола скважины, заставляя скважинные текучие среды перемещаться через эксплуатационную насосно-компрессорную колонну 102 к поверхности. В конкретном предпочтительном варианте выполнения добычной насос 108 является турбомашиной, использующей одно или более рабочих колес и диффузоры для преобразования механической энергии в гидростатическое давление. В другом варианте выполнения добычной насос 108 является винтовым насосом типа или поршневым насосом прямого вытеснения, перемещающим скважинные текучие среды посредством одного или более винтов или поршней. Несмотря на то, что показан вертикальный ствол 104 скважины, тем не менее, следует понимать, что насосная установка 100 также может быть выполнена в горизонтальном и наклонном стволах скважины. Предпочтительные варианты выполнения насосной установки 100 также могут найти применение в областях наземного применения насоса, а также при получении энергии из геотермальных источников.

[019] Уплотнительная секция 112 предохраняет двигатель 110 от воздействия осевой нагрузки, создаваемой добычным насосом 108, и препятствует проникновению скважинных текучих сред в двигатель 110. Уплотнительная секция 112 также может компенсировать расширение и сжатие смазочных веществ внутри двигателя 110. Газосепаратор 114 соединен с уплотнительной секцией 112. Газосепаратор 114 содержит заборное средство 124, выпускающую головку 126 и газовыпускные отверстия 128. Текучие среды втягиваются в газосепаратор 114, в котором жидкости и газы разделяются известным в данной области техники способом. Жидкости выводятся из газосепаратора 114 в теплообменник 116, а газы вытесняются в ствол 104 скважины через газовыпускные отверстия 128. Следует понимать, что газосепаратор 114 не может удалить весь газ из добываемых текучих сред, обрабатываемых насосной установкой 100, и что некоторое количество газа может пройти в теплообменник 116. Несмотря на то, что уплотнительная секция 112 на фиг. 1 изображена расположенной выше двигателя 110, тем не менее, другие варианты выполнения могут включать размещение уплотнительной секции 112 ниже двигателя 110. Если уплотнительная секция 112 расположена ниже двигателя 110, то может быть желательным расположение подшипниковой камеры, проходящей от уплотнительной секции 112 к двигателю 110. В других добавочных вариантах выполнения в дополнение к уплотнительной секции 112, расположенной выше двигателя 110, желательно ниже двигателя 110 использовать специальную камеру, компенсирующую расширение смазочного вещества двигателя.

[020] Как правило, теплообменник 116 и циркуляционный масляный насос 118 выполнены с возможностью совместного удаления тепла из двигателя 110. Смазочные вещества двигателя перекачиваются циркуляционным масляным насосом 118 через двигатель 110 и теплообменник 116 посредством первого и второго маслопроводов 130а, 130b. Смазочные вещества двигателя поглощают тепло из двигателя 110 и отводят его в добываемые текучие среды, проходящие через теплообменник 116. Использование теплообменника 116 и циркуляционного масляного насоса 118 обеспечивает значительное преимущество при поддержании температур двигателя. Поскольку охлаждающее двигатель устройство в соответствии с предпочтительными вариантами выполнения не зависит от наружного конвективного охлаждения, то двигатель 110 может работать в окружающих условиях с уменьшенным потоком текучей среды, проходящим вокруг двигателя 110. В частности, предложенные охлаждающие двигатель устройства предпочтительных вариантов выполнения будут особенно полезны в случаях, когда двигатель 110 расположен ниже перфораций в стволе 104 скважины (как проиллюстрировано на фиг. 1) или в близких к истощению скважинах, не производящих достаточного объема текучей среды для наружного конвективного охлаждения.

[021] Несмотря на то, что на фиг. 1 показан лишь один добычной насос 108, двигатель 110, уплотнительная секция 112, газосепаратор 114, теплообменник 116 и циркуляционный масляный насос 118, тем не менее, следует понимать, что при необходимости может быть использовано более одного каждого из этих компонентов внутри насосной установки 100. Кроме того, использование газосепаратора 114 является необязательным и поэтому при некоторых применениях он может быть исключен. Например, может быть желательным исключение газосепаратора в скважинах, характеризующихся наличием низкой газовой фракции. В тех применениях, в которых газосепаратор 114 исключен из насосной установки 100, используют заборное средство 124 для проведения текучих сред к добычному насосу 108, при этом теплообменник 116 может быть расположен между добычным насосом 108 и эксплуатационной насосно-компрессорной колонной 102 (если заборное средство 124 выполнено за одно целое с добычным насосом 108) или между заборным средством 124 и добычным насосом 108 (если заборное средство 124 выполнено отдельно от добычного насоса 108).

[022] Несмотря на то, что на фиг. 1 теплообменник 116 показан расположенным между добычным насосом 108 и газосепаратором 114, тем не менее, в дополнительных вариантах выполнения предполагается размещение теплообменника 116 в других местоположениях внутри насосной установки 100. Например, может быть желательным расположение теплообменника 116 выше заборного средства 124 и ниже добычного насоса 108, выше добычного насоса 108 или между смежными добычными насосами 108 при использовании множества добычных насосов 108.

[023] Как вариант, теплообменник 116 может быть расположен ниже двигателя 110 или ниже заборного средства 124 добычного насоса 108. Расположение теплообменника 116 ниже двигателя 110 или заборного средства 124 может обеспечить особую целесообразность в применениях, в которых насосная установка 100 размещена в стволе 104 скважины выше перфораций. При такой компоновке текучая среда, втягиваемая в ствол 104 скважины, проходит по наружной части теплообменника 116, прежде, чем она будет нагрета двигателем 110.

[024] Обратимся теперь к фиг. 2А, на которой показано поперечное сечение на виде сбоку двигателя 110 и уплотнительной секции 112. Двигатель 110 содержит корпус 132, вал 134, статорный узел 136 и ротор 138. Корпус 132 окружает и защищает внутренние части двигателя 110 и, предпочтительно, уплотнен для уменьшения поступления скважинных текучих сред в двигатель 110. Нижняя часть двигателя 110 соединена с циркуляционным масляным насосом 118 и сообщается с ним.

[025] Уплотнительная секция 112 прикреплена к верхнему концу двигателя 110 и обеспечивает компенсацию осевой нагрузки, создаваемой добычным насосом 108. Уплотнительная секция 112 содержит подшипниковую камеру 200, размещающую узел 202 упорных подшипников, и одно или более механический уплотнений 204. Узел 202 содержит пару закрепленных подшипников 206 и упорный диск 208, прикрепленный к валу 134. Упорный диск 208 расположен между закрепленными подшипниками 206, которые ограничивают осевое смещение упорного диска 208 и вала 134. Уплотнительная секция 112, предпочтительно, также содержит изолирующий текучую среду узел 210. В варианте выполнения, изображенном на фиг. 2В, изолирующий текучую среду узел 210 содержит мешочный уплотнитель 212, который изолирует скважинные текучие среды в добычном насосе 108 от чистых смазочных средств в уплотнительной секции 212 и двигателе 110.

[026] Первый маслопровод 130а присоединен ниже по потоку от подшипниковой камеры 200 уплотнительной секции 212 и проточно сообщается с внутренним объемом подшипниковой камеры 200. Во многих применениях узел 202 упорных подшипников вырабатывает тепло, когда упорный диск 208 входит в контакт с закрепленными подшипниками 206. Размещение первого маслопровода 130а ниже по потоку от подшипниковой камеры 200 способствует уменьшению температуры внутри подшипниковой камеры 200. В другом варианте выполнения, изображенном на фиг. 2В, показано, что первый маслопровод 130а присоединен непосредственно к двигателю 110 и проходит через корпус 132 двигателя во внутренний объем двигателя 110. Несмотря на то, что первый и второй маслопроводы 130а, 130b показаны, как внешние по отношению к двигателю 110, уплотнительной секции 112 и теплообменнику 116, тем не менее, маслопроводы 130а, 130b, как вариант, могут быть выполнены в виде внутренних компонентов, расположенных внутри насосной установки 100.

[027] Смежно с внутренней поверхностью корпуса 132 двигателя расположен неподвижный статорный узел 136, который остается закрепленным относительно корпуса 132 двигателя. Статорный узел 136 окружает внутренний ротор 138. Различие между внутренним диаметром статорного узла 136 и наружным диаметром ротора 138 определяет зазор 140 между статором и ротором, проходящий по длине ротора 138.

[028] Как показано на виде сверху в поперечном сечении двигателя на фиг. 3, статорный узел 136 содержит статорные обмотки 142, проходящие через сердечник 144 статора. Сердечник 144 статора выполнен посредством сложения и сжатия набора тонких пластин 146 с созданием практически твердого сердечника. Статорные обмотки 142 сформированы посредством прохождения обмоточного провода 148 через пазы 150, выполненные в каждой пластине 146 сердечника 144. Обмоточный провод 148 обмотки электромагнита изолирован от пластин 146 обкладками 152 пазов. Обкладки пазов, предпочтительно, изготовлены из прочного электроизоляционного материала, такого как полимер перфторалкоксил (ПФАК). В предпочтительных вариантах выполнения площадь поперечного сечения внутреннего объема каждой из обкладок 152 превышает суммарную площадь поперечного сечения множества прохождений обмоточного провода 148 внутри каждой обкладки 152. Разница между площадью поперечного сечения обкладки 152 и суммарной площадью поперечного сечения обмоточного провода определяет маслопровод 154 в пазах статора, заполняемый диэлектрическим смазочным маслом двигателя.

[029] Обратимся к фиг. 4А, на которой показано поперечное сечение предпочтительного варианта выполнения циркуляционного масляного насоса 118 и части двигателя 110. Циркуляционный масляный насос 118 содержит корпус 156, соединенный с корпусом 132 двигателя, и второй маслопровод 130b. Циркуляционный масляный насос 118, предпочтительно, содержит одну или более ступеней 158 и резервуар 160 для смазочного вещества двигателя. В конкретном предпочтительном варианте выполнения каждая из одной или более ступеней 158 насоса является турбомашиной, содержащей неподвижный диффузор 162 и рабочее колесо 164, выполненное с возможностью вращения и присоединенное к валу 134 двигателя. При вращении посредством двигателя 110 ступени 158 насоса продвигают смазочное вещество двигателя через циркуляционный масляный насос 118. В других вариантах выполнения насос 118 содержит ступени поршневого насоса прямого вытеснения.

[030] В другом варианте выполнения, изображенном на фиг. 4В, показано, что циркуляционный масляный насос 118 приводится в действие отдельным двигателем 214 циркуляционного масляного насоса. Использование отдельного двигателя 214 для циркуляционного масляного насоса обеспечивает возможность независимого управления добычным насосом 108 и циркуляционным масляным насосом 118. В предпочтительных вариантах выполнения насосная установка 100 дополнительно содержит устройство 216 управления, измеряющее температуру двигателя 110 и управляющее работой двигателя 214 циркуляционного масляного насоса для увеличения или уменьшения потока смазочного вещества двигателя, проходящего через циркуляционный масляный насос 118, при необходимости. При повышении температуры в установке, посредством циркуляционного масляного насоса 118, может быть обеспечено увеличение скорости потока смазочного вещества двигателя, циркулирующего через двигатель 110 и теплообменник 116. С другой стороны, при понижении температуры смазочного вещества двигателя поток, проходящий через насос 118, может быть уменьшен без дросселирования потока, проходящего через добычный насос 108.

[031] На фиг. 5 показано поперечное сечение теплообменника 116. Теплообменник 116 содержит корпус 166 теплообменника, присоединенный к выпускающей головке 126 газосепаратора 114 и к впускной стороне добычного насоса 108. Теплообменник 116 содержит центральный канал 168, проточно соединяющий добычный насос 108 с газосепаратором 114. Несмотря на то, что на фиг. 5 не показано, тем не менее, центральный канал 168 может содержать дефлекторы или спиральные лопасти, увеличивающие время пребывания текучих сред, проходящих через центральный канал 168. Вал 122, проходящий через центральный канал 168, передает вращающий момент от газосепаратора 114 к добычному насосу 108.

[032] Теплообменник 116 также содержит ряд теплообменных труб 170, расположенных внутри корпуса 166 теплообменника. В предпочтительном варианте выполнения, изображенном на фиг. 5, теплообменные трубы 170 выполнены в спиральной конфигурации, проходящей вдоль внутреннего объема корпуса 166 теплообменника. В конкретном предпочтительном варианте выполнения теплообменные трубы 170 расположены внутри теплопроводящего кожуха 172, препятствующего вхождению в контакт теплообменных труб 170 с добываемой текучей средой, находящейся в центральном канале 168. Теплообменные трубы 170 соединены с первым и вторым маслопроводами 130а, 130b через корпус 166 теплообменника. При таком способе смазочное вещество двигателя, перекачиваемое через первый и второй маслопроводы 130а, 130b, проходит через теплообменные трубы 170 и обеспечивает теплообмен через кожух 172 с добываемой текучей средой, перемещающейся через центральный канал 168. В другом предпочтительном варианте выполнения теплообменные трубы 170 выполнены в виде одной прямой трубы или множества прямых труб, соединенных торцевыми изгибами и проходящих вдоль длины корпуса 166 теплообменника. В еще одном варианте выполнения перекачиваемая технологическая текучая среда перемещается через смежные трубы, расположенные внутри теплообменника, а смазочное вещество двигателя проходит через полость между смежными трубами. Следует понимать, что могут быть использованы другие формы и конструктивные решения теплообменников в пределах предпочтительных вариантов выполнения.

[033] В первом предпочтительном варианте выполнения диэлектрическое смазочное вещество двигателя перекачивается вниз через уплотнительную секцию 112 в двигатель 110, в котором смазочное вещество проходит через зазор между статором и ротором и через маслопроводы 154 в пазах статора. По мере прохождения смазочного вещества через камеру 200 уплотнительной секции, а также через двигатель 110, смазочное вещество поглощает некоторое количество тепла. Теплопередачу оптимизируют посредством прохождения смазочного вещества в непосредственной близи от камеры 200 и сердечника 144 статора, которые часто являются наиболее горячими частями насосной установки 100. Затем насос 118 перемещает горячее смазочное вещество через второй маслопровод 130b в верхнюю часть теплообменника 116. Горячее смазочное вещество двигателя перемещается вниз через теплообменные трубы в направлении противоположном направлению потока добываемой текучей среды, проходящего через центральный канал 168. Смазочное вещество передает тепло в добываемую текучую среду для охлаждения. Охлажденное смазочное вещество возвращается к верхней части двигателя 110 через первый маслопровод 130а, и теплообменный цикл повторяется. При таком способе двигатель 110, уплотнительная секция 112, насос 118 и теплообменник 116 взаимодействуют в замкнутом теплообменном цикле, в котором происходит передача тепла от уплотнительной секции 112 и двигателя 110 к добываемой текучей среде, перемещающейся через теплообменник 116. В дополнение к управлению рабочей температурой секции 112 и двигателя 110 охлаждающие устройства в предпочтительных вариантах выполнения также могут уменьшать вязкость добываемой текучей среды в результате повышения ее температуры. Уменьшение вязкости добываемой текучей среды может способствовать работе насоса, особенно при текучих средах с высокой вязкостью, содержащих нефть.

[034] Во втором предпочтительном варианте выполнения смазочное вещество для двигателя перекачивается вверх через двигатель 110 в подшипниковую камеру 200 и в теплообменник 116 через первый маслопровод 130а. Затем горячее смазочное вещество поступает в нижнюю часть теплообменника 116 и проходит через теплообменные трубы 170 в направлении, совпадающем с направлением потока добываемой текучей среды, проходящего через центральный канал 168. Затем охлажденное смазочное вещество возвращается к циркуляционному масляному насосу 118 через второй маслопровод 130b.

[035] Следует понимать, что дополнительные варианты выполнения содержат противоточную и прямоточную схемы потоков, упомянутые выше, как дополнительно видоизмененные посредством присоединения первого маслопровода 130а к циркуляционному масляному насосу 118, а также второго маслопровода 130b к подшипниковой камере 200 или к верхней части двигателя 110. Параметры конструкции для конкретного применения будут обусловливать принятие решений об использовании противоточной или прямоточной схемы потоков, а также о выпуске насосом 118 смазочного вещества в камеру 200, двигатель 110 или в теплообменник 116.

[036] Таким образом, предпочтительные варианты выполнения раскрывают усовершенствованное устройство для управления рабочей температурой двигателя 110, используемого для приведения в действие добычного насоса 108. Использование циркуляционного масляного насоса 118 и теплообменника 116 обеспечивает возможность отведения тепла из установки 100 в наиболее горячих частях двигателя 110, в которых фактически вырабатывается тепло. Тепло переносится управляемым способом посредством смазочного вещества двигателя, которое действует в качестве переносящей тепло текучей среды. Насос 118 может быть выполнен с возможностью приведения его в действие непосредственно двигателем 110 или отдельным двигателем 214 циркуляционного масляного насоса. Устройства управления могут быть использованы для управления параметрами насоса 118 в соответствии с изменениями температуры двигателя 110. В предпочтительных вариантах выполнения тепло, отводимое от двигателя 110, рассеивается в теплообменнике 116, в котором скорость перекачивания текучей среды является наивысшей.

[037] Следует понимать, что даже, несмотря на то, что в приведенном описании были изложены многочисленные характеристики и преимущества различных вариантов выполнения предложенного изобретения вместе с деталями конструкции и функциями различных вариантов выполнения изобретения, тем не менее, это описание является лишь иллюстративным, при этом возможно внесение изменений во всех подробностях, особенно в вопросах, касающихся конструкции и расположения компонентов, в пределах основополагающих идей изобретения, в полной мере раскрытых общепринятым значением терминов, в которых изложена прилагаемая формула изобретения. Специалистам должно быть очевидным, что основные идеи предложенного изобретения могут быть применены к другим установками без отклонения от объема охраны и сущности изобретения.

Группа изобретений относится к насосной технике для добычи текучих сред из скважины. Погружная электронасосная установка содержит двигатель, заполненный смазочным маслом двигателя, добычной насос, приводимый в действие двигателем, теплообменник и циркуляционный масляный насос, соединенный с двигателем, первый маслопровод, присоединенный между циркуляционным масляным насосом и теплообменником, и второй маслопровод, присоединенный между двигателем и теплообменником. Добычной насос перемещает текучие среды из ствола скважины через теплообменник. Циркуляционный масляный насос обеспечивает циркуляцию масла между двигателем и теплообменником для понижения рабочей температуры двигателя посредством первого и второго маслопроводов. Тепло, поглощаемое маслом, проходящим через двигатель, переносится к добываемой текучей среде, перемещающейся через теплообменник. Изобретения направлены на повышение эффективности работы насосной установки путем уменьшения температуры ее электродвигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Насосная установка, выполненная с возможностью установки в стволе скважины, содержащая двигатель, заполненный смазочным маслом двигателя, добычной насос, приводимый в действие двигателем, теплообменник и циркуляционный масляный насос, соединенный с двигателем, первый маслопровод, присоединенный между циркуляционным масляным насосом и теплообменником, и второй маслопровод, присоединенный между двигателем и теплообменником.

2. Насосная установка по п. 1, в которой циркуляционный масляный насос приводится в действие двигателем.

3. Насосная установка по п. 1, дополнительно содержащая уплотнительную секцию, включающую подшипниковую камеру.

4. Насосная установка по п. 3, в которой теплообменник содержит корпус, центральный канал, проточно сообщающийся с добычным насосом, и теплообменные трубы, проточно сообщающиеся с первым маслопроводом и вторым маслопроводом.

5. Насосная установка по п. 4, в которой теплообменник дополнительно содержит кожух, причем теплообменные трубы расположены внутри кожуха.

6. Насосная установка по п. 4, содержащая газосепаратор, при этом теплообменник присоединен между газосепаратором и добычным насосом.

7. Насосная установка по п. 1, в которой двигатель содержит ротор и статорный узел, который содержит сердечник статора и статорные обмотки, проходящие через сердечник статора, и зазор между ротором и статорным узлом.

8. Насосная установка по п. 7, в которой сердечник статора содержит множество статорных пластин, каждая из которых содержит множество пазов статора, обкладку паза в каждом из множества пазов статора, обмоточный провод, проходящий через каждую обкладку пазов, и маслопровод в пазах статора, проходящий через каждую обкладку пазов.

9. Насосная установка по п. 1, дополнительно содержащая заборное средство, причем теплообменник присоединен между заборным средством и добычным насосом.

10. Охлаждающее устройство, предназначенное для использования в погружной насосной установке, содержащей электродвигатель, заполненный маслом, и добычный насос, приводимый в действие указанным электродвигателем, причем охлаждающее устройство содержит:

теплообменник, содержащий центральный канал, проточно сообщающийся с добычным насосом, и теплообменные трубы, расположенные смежно с центральным каналом,

циркуляционный масляный насос, приводимый в действие двигателем, причем циркуляционный масляный насос проточно сообщается с электродвигателем и теплообменными трубами теплообменника,

первый маслопровод, присоединенный между указанным электродвигателем и теплообменником, и

второй маслопровод, присоединенный между циркуляционным масляным насосом и теплообменником.

11. Охлаждающее устройство по п. 10, в котором первый маслопровод присоединен между указанным электродвигателем и первым концом теплообменных труб теплообменника, и второй маслопровод присоединен между циркуляционным масляным насосом и вторым концом теплообменных труб теплообменника.

12. Охлаждающее устройство по п. 11, дополнительно содержащее устройство с замкнутым контуром для циркуляции текучей среды, выполненное между указанным электродвигателем и теплообменными трубами теплообменника.

13. Способ управления рабочей температурой электродвигателя в погружной насосной установке, расположенной в скважине, причем насосная установка содержит добычной насос, приводимый в действие электродвигателем, для добычи текучих сред из ствола скважины, при этом способ включает этапы:

использования циркуляционного масляного насоса, присоединенного к электродвигателю;

использования теплообменника, присоединенного к добычному насосу;

приведения в действие циркуляционного масляного насоса для перемещения смазочного вещества двигателя при исходной температуре через электродвигатель, при этом смазочное вещество двигателя поглощает тепло от работающего электродвигателя;

перемещения нагретого смазочного вещества двигателя из электродвигателя к теплообменнику;

приведения в действие добычного насоса для перемещения добываемых текучих сред из ствола скважины через теплообменник, при этом нагретое смазочное вещество двигателя переносит тепло к добываемым текучим средам; и

перемещения охлажденного смазочного вещества двигателя из теплообменника обратно к работающему двигателю.

14. Способ по п. 13, в котором на этапе приведения в действие циркуляционного масляного насоса подают питание к электродвигателю и передают вращающий момент от электродвигателя циркуляционному масляному насосу через вал двигателя.

15. Способ по п. 13, в котором на этапе приведения в действие добычного насоса подают питание к электродвигателю и передают вращающий момент от электродвигателя к добычному насосу через группу валов.

16. Способ по п. 13, в котором на этапе приведения в действие циркуляционного масляного насоса для перемещения смазочного вещества двигателя при исходной температуре через электродвигатель перемещают смазочное вещество двигателя через зазор между статорным узлом и ротором внутри электродвигателя.

17. Способ по п. 16, в котором на этапе приведения в действие циркуляционного масляного насоса для перемещения смазочного вещества двигателя при исходной температуре через электродвигатель перемещают смазочное вещество двигателя через маслопроводы в пазах статора внутри электродвигателя.

18. Способ по п. 13, в котором на этапе перемещения нагретого смазочного вещества двигателя из электродвигателя к теплообменнику перемещают нагретое смазочное вещество двигателя через теплообменник в направлении, противоположном направлению потока добываемых текучих сред, проходящего через теплообменник.

19. Способ по п. 13, в котором на этапе перемещения нагретого смазочного вещества двигателя из электродвигателя к теплообменнику перемещают нагретое смазочное вещество двигателя через теплообменник в направлении, совпадающем с направлением потока добываемых текучих сред, проходящего через теплообменник.

20. Способ по п. 13, в котором на этапе перемещения нагретого смазочного вещества двигателя из электродвигателя к теплообменнику перемещают нагретое смазочное вещество через теплообменные трубы, расположенные внутри теплообменника.