Погружная установка электроприводного центробежного насоса с защитным охлаждающим устройством Российский патент 2024 года по МПК F04D29/58 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, конкретнее к области эксплуатации низкодебитных скважин установками центробежных насосов с погружным электрическим приводом и предназначено для обеспечения эффективного теплоотвода от погружного электродвигателя при низком притоке жидкости из пласта, а также при эксплуатации низкодебитных скважин в периодическом режиме.

Известна погружная электроцентробежная насосная установка, снабженная кожухом для дополнительного охлаждения погружного электродвигателя благодарявысокой скорости движения жидкости между внутренней поверхностью кожуха и корпусом погружного электродвигателя (патент RU №2382237 С1, МПК F04D 13/10, 29/58, 29/70, опубл. 20.02.2010). Кожух выполнен в виде цилиндрической емкости, прикрепленной сверху к колонне насосно-компрессорных труб, и снабжен клапанным узлом, каркасно-проволочным фильтром и накопителем для защиты погружного оборудования от механических примесей.

Недостатком данного устройства является недостаточное охлаждение погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости вследствие ее низкой теплопроводности, а также ламинарного режима течения жидкости в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью кожуха и внешней поверхностью погружного электродвигателя, при котором теплообмен между погружным электродвигателем и обтекающим его потоком минимален.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является погружная установка электроприводного центробежного насоса с защитным устройством, размещенным снаружи погружного электродвигателя с кольцевым зазором, причем нижняя часть корпуса защитного устройства выполнена в виде усеченного конуса, а внутренняя полость корпуса защитного устройства снабжена спиралевидными ребрами жесткости (патент RU 2779513 С1, МПК F04D 13/00, СПК F04D 13/00, опубл. 08.09.2022).

Недостатком данного устройства является сложность монтажа и технологии изготовления спиралевидных ребер жесткости, а также недостаточный теплоотвод от погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости ввиду ее низкой теплопроводности.

Технической проблемой изобретения является создание погружной установки электроприводного центробежного насоса с защитным охлаждающим устройством с достижением следующего технического результата: повышение эффективности охлаждения погружного электродвигателя и обеспечение надежной работы установки электроприводного центробежного насоса за счет увеличения интенсивности теплоотвода от погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости в условиях низкого притока жидкости из пласта, а также при эксплуатации низкодебитных скважин в периодическом режиме.

Технический результат достигается тем, что в погружной установке электроприводного центробежного насоса с защитным охлаждающим устройством, включающей в себя электроприводный центробежный насос с входным модулем, погружной электродвигатель с термоманометрической системой и гидрозащитой, погружной кабель, защитное охлаждающее устройство, размещенное снаружи погружного электродвигателя, закрепленное на корпусе входного модуля электроприводного центробежного насоса, согласно изобретению внутренняя поверхность защитного охлаждающего устройства выполнена с вертикальными прямоугольными пластинами оребрения, равномерно распределенными по периметру внутренней поверхности корпуса устройства с образованием во внутренней полости устройства канала с возможностью свободного подъема восходящего потока жидкости.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в скважине, на фиг. 2 - общий вид защитного охлаждающего устройства, на фиг. 3 - горизонтальный разрез защитного охлаждающего устройства.

Погружная установка электроприводного центробежного насоса включает электроприводный центробежный насос 1, входной модуль 2 насоса 1 с приемными отверстиями 3, гидрозащиту 4, погружной электродвигатель 5, погружной кабель 6, термоманометрическую систему 7, защитное охлаждающее устройство 8, внутренняя поверхность которого выполнена с вертикальными прямоугольными пластинами оребрения 9, равномерно распределенными по периметру внутренней поверхности корпуса защитного охлаждающего устройства 8 с образованием во внутренней полости устройства канала с возможностью свободного подъема восходящего потока жидкости. Защитное охлаждающее устройство 8 крепится к входному модулю 2 таким образом, что приемные отверстия 3, гидрозащита 4, погружной электродвигатель 5 и термоманометрическая система 7 расположены во внутренней полости устройства. Благодаря этому поток жидкости 12 из затрубного пространства 10, откачиваемой насосом, до поступления в приемные отверстия 3 входного модуля 2 сначала поступает во внутреннюю полость защитного охлаждающего устройства 8. Жидкость из пласта 11, расположенного ниже глубины подвески установки центробежного насоса с погружным электрическим приводом, также поступает во внутреннюю полость защитного охлаждающего устройства 8.

Устройство работает следующим образом. В процессе эксплуатации скважины в периодическом режиме при включенном электроприводном центробежном насосе 1 жидкость из затрубного пространства скважины 10, а также жидкость из пласта 11 поступают во внутреннюю полость защитного охлаждающего устройства 8, далее восходящий поток жидкости движется к приемным отверстиям 3 входного модуля 2, попутно охлаждая погружной электродвигатель. При выключенном электроприводном центробежном насосе 1 остаточный приток жидкости из пласта 11 поступает в затрубноепространство 10, попутно охлаждая корпус защитного охлаждающего устройства 8. При эксплуатации низкодебитной скважины в непрерывном режиме в условиях низкого притока жидкости из пласта во внутреннюю полость защитного охлаждающего устройства 8 жидкость поступает только из пласта 11, двигаясь к приемным отверстиям 3 входного модуля 2 и попутно охлаждая погружной электродвигатель.

Использование защитного устройства позволит увеличить интенсивность теплоотвода от погружного электродвигателя восходящим потоком жидкости, во-первых, за счет перенаправления жидкости из затрубного пространства, откачиваемого электроприводным центробежным насосом, к погружному двигателю с целью его охлаждения, во-вторых, благодаря наличию прямоугольных пластин оребрения. Согласно закону Ньютона-Рихмана интенсивность теплопередачи между погружным электродвигателем и восходящим потоком жидкости, выраженная тепловым потоком q, определяется величиной коэффициента теплоотдачи α и разностью температур ΔT наружной стенки погружного электродвигателя и жидкости

q=α⋅ΔT.

Наличие пластин оребрения приводит к снижению площади проходного сечения восходящего потока жидкости, движущегося во внутренней полости защитного охлаждающего устройства, благодаря чему возрастает скорость потока. В свою очередь, при увеличении скорости потока возрастают число Рейнольдса, степень турбулентности потока, что в конечном счете обуславливает увеличение коэффициента теплоотдачи от погружного электродвигателя восходящему потоку жидкости α. Кроме того, благодаря наличию пластин оребрения значительно возрастает поверхность теплового контакта восходящего потока жидкости и корпуса защитного охлаждающего устройства, вследствие чего жидкость более эффективно передает тепло корпусу защитного охлаждающего устройства, нагревается на меньшую величину, тем самым увеличивается разность температур стенки погружного электродвигателя и жидкости ΔT. В результате тепловой поток q и соответственно интенсивность теплопередачи между погружным двигателем и восходящим потоком жидкости возрастают.

Предлагаемое изобретение позволит интенсифицировать теплообмен между погружным электродвигателем и обтекающим его потоком жидкости, благодаря чему обеспечивается оптимальный тепловой режим погружного электродвигателя и надежная работа установки электроприводного центробежного насоса.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, конкретнее к области эксплуатации низкодебитных скважин установками центробежных насосов с погружным электрическим приводом. Предназначено для обеспечения эффективного теплоотвода от погружного электродвигателя при низком притоке жидкости из пласта, а также при эксплуатации низкодебитных скважин в периодическом режиме. Погружная установка электроприводного центробежного насоса с защитным охлаждающим устройством включает в себя электроприводный центробежный насос с входным модулем, погружной электродвигатель с термоманометрической системой и гидрозащитой, погружной кабель, защитное охлаждающее устройство, размещенное снаружи погружного электродвигателя, закрепленное на корпусе входного модуля электроприводного центробежного насоса, при этом внутренняя поверхность защитного охлаждающего устройства выполнена с вертикальными прямоугольными пластинами оребрения, равномерно распределенными по периметру внутренней поверхности корпуса устройства с образованием во внутренней полости устройства канала с возможностью свободного подъема восходящего потока жидкости. Предлагаемое изобретение позволит интенсифицировать теплообмен между погружным электродвигателем и обтекающим его потоком жидкости, благодаря чему обеспечивается оптимальный тепловой режим погружного электродвигателя и надежная работа установки электроприводного центробежного насоса. 3 ил.

Погружная установка электроприводного центробежного насоса с защитным охлаждающим устройством, включающая в себя электроприводный центробежный насос с входным модулем, погружной электродвигатель с термоманометрической системой и гидрозащитой, погружной кабель, защитное охлаждающее устройство, размещенное снаружи погружного электродвигателя, закрепленное на корпусе входного модуля электроприводного центробежного насоса, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность защитного охлаждающего устройства выполнена с вертикальными прямоугольными пластинами оребрения, равномерно распределенными по периметру внутренней поверхности корпуса устройства с образованием во внутренней полости устройства канала с возможностью свободного подъема восходящего потока жидкости.