EA012386B1

EA012386B1 - Устройство для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса

Info

Publication number: EA012386B1
Application number: EA200870026A
Authority: EA
Inventors: Иван Соломонович ПЯТОВ; Виктор Михайлович Лысенко; Алексей Владимирович Трулев
Original assignee: Иван Соломонович ПЯТОВ
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2009-10-30
Also published as: EA200870026A1; US20090022609A1; WO2007094700A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к нефтедобыче, в частности к гидравлической защите погружных электрических центробежных насосов. Протектор для гидравлической защиты электродвигателя насоса содержит по меньшей мере одну ступень, включающую цилиндрический корпус (7), трубку (8), коаксиально установленную в корпусе и окружающую вал, ниппели (9, 10), демпфирующую втулку (11), торцевое уплотнение (12) и кольцевой поршень (13), установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере (14), образованной в пространстве между корпусом (7) и трубкой (8). Поршень (13) делит камеру (14) на две части (15, 16), заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью. К торцу поршня (13), контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры поршня защитных кольцевых элемента (17, 18), прилегающих соответственно к внутренней поверхности корпуса (7) и к внешней поверхности трубки (8). Пространство между элементами (17, 18) и прилегающими к ним поверхностями корпуса (7) и трубки (8) заполнено защитной смазкой. Использование изобретения предотвращает просачивание пластовой жидкости в камеру с диэлектрической жидкостью, загрязнение и износ трущихся поверхностей камеры.

Description

Область техники

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

Предшествующий уровень техники

Известно устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, раскрытое в описании к патенту России на полезную модель № 47587 И1, опубликованному 27.08.2005, МПК Н02К 5/12. Указанное устройство содержит корпус, торцевые уплотнения, по меньшей мере одну камеру с размещенной в ней гибкой диафрагмой, закрепленной горловиной на опорах, клапан сброса давления, маслоподводящие и маслоотводящие отверстия в опорах, защитные гибкие демпфирующие элементы в виде полого цилиндра, установленного внутри диафрагмы с обеих ее торцов коаксиально с образованием свободного участка цилиндра, размещенного в рабочей зоне диафрагмы с зазором от ее внутренней поверхности, и опорного участка цилиндра, размещенного с примыканием к внутренней поверхности горловины диафрагмы в зоне ее крепежной опоры, причем образующие опорного и свободного участков каждого защитного элемента сопряжены между собой в зоне изгиба горловины диафрагмы с образованием сужения наружного диаметра опорного участка, внешний торец опорного участка защитного элемента снабжен стопорным буртом, примыкающим к внешнему торцу горловины диафрагмы. Крепление диафрагмы с защитным элементом на крепежных опорах выполнено жестким посредством бандажных упругих колец с торцовыми буртами, а гибкая диафрагма, защитный элемент и бандажные кольца выполнены из эластичного, маслостойкого и химически стойкого материла.

Существенным недостатком описанного выше устройства для гидравлической защиты является возможность разрыва гибкой диафрагмы при эксплуатации устройства и, как следствие, выхода устройства из строя. Если указанную диафрагму для предотвращения разрыва выполнить более жесткой, то резко снижается эффективность работы устройства.

В качестве прототипа первого и входящего в его состав третьего объекта из группы предложенных технических решений может быть принят протектор для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса и входящий в его состав подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость, раскрытый в патенте США № 6307290 В1, опубликованном 23.10.2001, МПК Н02К 5/132, Ε04Ό 13/08. Указанный протектор для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса содержит вал, упорный и радиальный подшипники и по меньшей мере одну ступень, включающую цилиндрический корпус, коаксиально установленную в нем окружающую вал трубку, первый и второй ниппели, по меньшей мере одну демпфирующую втулку, торцевое уплотнение и кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратнопоступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, и разделяющий кольцевую камеру на две части, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью. Соответственно, входящий в состав протектора подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость, представляет собой кольцевой поршень.

В указанном известном протекторе отсутствует такой его «рабочий» элемент, как гибкая диафрагма для выравнивания давления пластовой жидкости и диэлектрической жидкости. В качестве «рабочего» элемента в данном протекторе гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса использован расположенный в кольцевой камере между корпусом и трубкой кольцевой поршень, осуществляющий возвратно-поступательное движение в кольцевой камере. Поэтому в предложенной конструкции исключается разрыв его «рабочего» элемента.

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

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

Однако в качестве недостатка описанного выше компенсатора гидравлической защиты электродви- 1 012386 гателя скважинного насоса так же, как и в устройстве, раскрытом в патенте России 47587 И1, следует указать возможность разрыва гибкой диафрагмы при эксплуатации данного устройства и, как следствие, выхода компенсатора из строя. Если же указанную диафрагму с целью предотвращения разрыва выполнить более жесткой, то резко снижается эффективность работы известного компенсатора.

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

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является предотвращение просачивания пластовой жидкости в камеру с диэлектрической жидкостью и предотвращение загрязнения и износа трущихся поверхностей камеры.

Указанная цель достигается тем, что протектор для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса содержит вал, соединяющий насос и электродвигатель, упорный и радиальный подшипники и по меньшей мере одну ступень, включающую цилиндрический корпус, трубку, коаксиально установленную в корпусе и окружающую вал, первый и второй ниппели, по меньшей мере одну демпфирующую втулку, торцевое уплотнение и один кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, и разделяющий кольцевую камеру на две части, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью. Согласно изобретению протектор дополнительно содержит два кольцевых элемента, прикрепленных к торцу кольцевого поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, выступающих за контуры поршня кольцевых элементов и прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубки, при этом пространство между защитными кольцевыми элементами и соответственно поверхностью цилиндрического корпуса и внешней поверхностью трубки заполнено защитной смазкой.

В предпочтительном варианте реализации протектор содержит по меньшей мере один дополнительный кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере со стороны торца поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, при этом пространство между кольцевым поршнем и дополнительным кольцевым поршнем может быть заполнено разделительной средой. В качестве разделительной среды могут быть использованы диэлектрическая жидкость с электрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смеси диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.

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

Для предотвращения возможности заклинивания кольцевого поршня и/или дополнительного кольцевого поршня в кольцевой камере они могут иметь внешнюю поверхность бочкообразной формы. Защитные кольцевые элементы могут быть выполнены в виде деформируемых или жестких трубок или выполнены гофрированными.

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

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов в виде жестких трубок в защитных кольцевых элементах на поверхностях, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, могут быть выполнены впадины для размещения смазки, а снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, мо- 2 012386 гут быть установлены уплотнения.

В каждой из ступеней во втором ниппеле может быть выполнен канал, соединяющий часть кольцевой камеры, заполненный пластовой жидкостью, с затрубным пространством, и имеющий установленный в нем фильтр.

Дополнительно кольцевой поршень может быть снабжен по меньшей мере одним отверстием для заправки разделительной среды с установленным в нем запирающим устройством.

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

Указанная цель достигается и тем, что компенсатор гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий цилиндрический корпус и закрепленное на нем основание с выполненным в основании каналом для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, согласно изобретению имеет поршень, установленный в цилиндрическом корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и разделяющий пространство внутри цилиндрического корпуса на две полости, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью, и защитный кольцевой элемент, прикрепленный к торцу поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, выступающий за контуры поршня и прилегающий к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом пространство между защитным кольцевым элементом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.

В предпочтительном варианте реализации предложенный компенсатор содержит по меньшей мере один дополнительный поршень, установленный в цилиндрическом корпусе со стороны поршня и контактирующий с диэлектрической жидкостью, при этом пространство между поршнем и дополнительным поршнем заполнено разделительной средой. В качестве разделительной среды могут быть использованы или диэлектрическая жидкость с электрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смеси диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.

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

Для предотвращения возможности заклинивания поршня и/или дополнительного поршня в цилиндрическом корпусе они могут иметь внешнюю поверхность бочкообразной формы.

Защитный кольцевой элемент может быть выполнен в виде деформируемой или жесткой трубки или выполнен гофрированным.

При выполнении защитного кольцевого элемента гофрированным внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, может быть установлен по меньшей мере один механически контактирующий с ним пружинящий элемент, поджимающий защитный кольцевой элемент к внутренней поверхности цилиндрического корпуса.

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

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

Дополнительно поршень может быть снабжен по меньшей мере одним отверстием для заправки разделительной среды с установленным в нем запирающим устройством.

Поставленная цель достигается и тем, что в подвижном механическом модуле, разделяющем диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в протекторе для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащем кольцевой поршень, согласно изобретению имеются два защитных кольцевых элемента, прикрепленных к одному из торцов кольцевого поршня и выступающих за контуры поршня защитных кольцевых элементов, первый из которых имеет внутренний диаметр, примерно равный внутреннему диаметру кольцевого поршня, а второй из которых имеет внешний диаметр, примерно равный внешнему диаметру кольцевого поршня.

Защитные кольцевые элементы могут быть выполнены в виде деформируемой или жесткой трубки, или выполнены гофрированными, или в виде жестких трубок.

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

В варианте выполнения защитных кольцевых элементов в виде жестких трубок снаружи защитного

- 3 012386 кольцевого элемента с большим диаметром и внутри защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром могут быть выполнены впадины для размещения смазки.

Для предотвращения возможности заклинивания кольцевого поршня в кольцевой камере он может иметь внешнюю поверхность бочкообразной формы.

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

Поставленная цель достигается и тем, что подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в компенсаторе гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий поршень, согласно изобретению имеет защитный кольцевой элемент, прикрепленный к одному из торцев поршня, выступающий за контуры поршня и имеющий внешний диаметр, приблизительно равный внешнему диаметру поршня.

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

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

Для предотвращения возможности заклинивания поршня в кольцевой камере он может иметь внешнюю поверхность бочкообразной формы.

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

Описание чертежей

Ниже приведено подробное описание заявленных изобретений со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1 изображает схему размещения узлов гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, реализованной с использованием компенсатора;

фиг. 2 - схему размещения узлов гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, реализованной без компенсатора;

фиг. 3 - продольное сечение протектора для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса согласно изобретению;

фиг. 4 - продольное сечение протектора для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с дополнительным кольцевым поршнем;

фиг. 5 - часть протектора для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, в котором кольцевой поршень снабжен опорным центрирующим кольцом, защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными и снабжены пружинящими элементами, поджимающими данные защитные кольцевые элементы к цилиндрическому корпусу и трубке, запирающее устройство выполнено в виде пробки;

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

фиг. 7 - продольное сечение компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации;

фиг. 8 - продольное сечение компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с дополнительным поршнем;

фиг. 9 - часть компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, в котором защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным и снабжен пружинящими элементами, поджимающими данный защитный кольцевой элемент к цилиндрическому корпусу;

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

фиг. 11 - подвижный механический модуль протектора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с гофрированными защитными концевыми элементами;

фиг. 12 - подвижный механический модуль протектора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, в котором защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок и снабжены впадинами для помещения защитной смазки;

фиг. 13 - подвижный механический модуль компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с гофрированным защитным кольцевым элементом;

- 4 012386 фиг. 14 - подвижный механический модуль компенсатора гидравлической защиты, в котором защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки и снабжен впадинами для помещения смазки;

фиг. 15 - подвижный механический модуль протектора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с внешней поверхностью бочкообразной формы;

фиг. 16 - показан подвижный механический модуль компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса с внешней поверхностью бочкообразной формы.

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

В первом варианте в качестве устройства для гидравлической защиты использованы протектор 1 и компенсатор 2, причем протектор 1 размещен между скважинным насосом 3 и его электродвигателем 4, а компенсатор 2 размещен непосредственно под электродвигателем 4. Соответствующая схема установки элементов гидравлической защиты показана на фиг. 1.

Во втором варианте в качестве устройства для гидравлической защиты использован один только протектор 1 (без компенсатора), размещенный между скважинным насосом 3 и его электродвигателем 4. В последнее время в нефтедобывающей отрасли отдается предпочтение именно этой схеме установки основных элементов нефтедобывающего оборудования.

Соответствующая схема установки элементов гидравлической защиты пояснена на фиг. 2.

Показанный на фиг. 3-6 протектор для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса в своей базовой комплектации содержит вал 5, который передает крутящий момент от вала электродвигателя к валу центробежного скважинного насоса (на фиг. 3 не показаны), упорный и радиальный подшипники 6 и по меньшей мере одну ступень. Обычно число ступеней варьируется от 1 до 3 в зависимости от марки электродвигателя и от состава добываемой пластовой жидкости. Каждая ступень содержит цилиндрический корпус 7, коаксиально установленную в нем и окружающую вал 5 трубку 8, первый и второй ниппели 9, 10, по меньшей мере одну демпфирующую втулку 11, торцевое уплотнение 12 и кольцевой поршень 13. Кольцевой поршень 13 установлен в кольцевой камере 14, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом 7 и трубкой 8, и разделяет кольцевую камеру на две части 15 и 16, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и пластовой жидкостью, поступающей из затрубного пространства. Кольцевой поршень 13 способен совершать возвратно-поступательное движение в пределах кольцевой камеры 14.

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

Главной особенностью предложенного технического решения является то, что к торцу кольцевого поршня 13, контактирующему с пластовой жидкостью, прикреплены два выступающих за контуры кольцевого поршня защитных кольцевых элемента 17, 18. Первый элемент 17 прилегает к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 7, а второй элемент 18 прилегает к внешней поверхности трубки 8. Пространство между защитными кольцевыми элементами 17, 18 и соответствующей поверхностью цилиндрического корпуса 7 и трубки 8, к которым они прилегают, заполнено защитной смазкой.

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

Для повышения надежности разделения диэлектрической жидкости и пластовой жидкости в кольцевой камере 14 в камеру со стороны торца кольцевого поршня 13, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен по меньшей мере один дополнительный кольцевой поршень 19, способный осуществлять возвратно-поступательное движение в кольцевой камере 14 вместе с кольцевым поршнем 13. Пространство между кольцевым поршнем 13 и дополнительным кольцевым поршнем 19 заполнено разделительной средой 20. В качестве разделительной среды 20 используется диэлектрическая жидкость, например масло МДПН или другое масло с электрической прочностью от 4 до 90 кВ/см, или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смеси диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.

Для дополнительного снижения трения между подвижными кольцевым поршнем 13 и дополни- 5 012386 тельным кольцевым поршнем 19 и неподвижными конструктивными элементами протектора, в частности цилиндрическим корпусом 7, пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня 13 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7 и пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня 19 и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7, как правило, заполнено защитной смазкой.

Для исключения возможности утечки из одной части кольцевой камеры 14 в другую часть кольцевой поршень 13 и/или дополнительный кольцевой поршень 19 снабжен по меньшей мере одним уплотнителем 21 в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 7 и по меньшей мере одним уплотнителем 21 в месте его контакта с внешней поверхностью трубки 8. С этой же целью кольцевой поршень 13 и/или дополнительный кольцевой поршень 19 также может быть снабжен опорным центрирующим кольцом 22.

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

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

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

В варианте исполнения защитных кольцевых элементов 17, 18 в виде жестких трубок (фиг. 6) они изготавливаются из металла или пластмассы в виде цилиндрических или гофрированных трубок. Для обеспечения запаса защитной смазки на трущихся поверхностях в защитных кольцевых элементах на поверхностях, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, выполнены впадины 25 для помещения защитной смазки. Впадины могут быть выполнены в виде кольцевых канавок, канавок, выполненных по винтовой линии, или в виде лунок. Для предотвращения вымывания защитной смазки снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, установлены уплотнения 26.

Для прохождения пластовой жидкости внутрь соответствующего участка кольцевой камеры 14 во втором ниппеле 10 может быть выполнен канал 27, соединяющий часть 16 кольцевой камеры 14, заполненную пластовой жидкостью, с затрубным пространством, при этом в данном канале установлен фильтр 28.

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

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

Необходимый для надежной работы торцевого уплотнения перепад давлений обеспечивает установка на валу 5 протектора 1 между частью 15 кольцевой камеры 14, заполненной диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением 12 насосного устройства 31.

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

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

- 6 012386

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

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

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

Для повышения надежности разделения диэлектрической жидкости и пластовой жидкости в цилиндрическом корпусе 34, в него со стороны торца поршня 37, контактирующего с диэлектрической жидкостью, установлен по меньшей мере один дополнительный поршень 41, имеющий возможность возвратно-поступательного движения в цилиндрическом корпусе 34 вместе с поршнем 37. При этом пространство между поршнем 37 и дополнительным поршнем 41 заполнено разделительной средой 42. В качестве разделительной среды 42 используется диэлектрическая жидкость с диэлектрической прочностью от 4 до 90 кВ/см (например, масло МДПН) или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смесь диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.

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

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

Поршень 37 и/или дополнительный поршень 41 может иметь внешнюю поверхность 45 бочкообразной формы, что уменьшает вероятность его заклинивания в цилиндрическом корпусе 34.

Защитный кольцевой элемент 40 может быть выполнен в виде деформируемой или жесткой трубки или выполнен гофрированным.

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

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

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

В варианте исполнения защитного кольцевого элемента 40 в виде жесткой трубки (фиг. 12) он изготавливается или из металла, или пластмассы в виде цилиндрической или гофрированной трубок. Для обеспечения размещения защитной смазки на трущихся поверхностях в защитном кольцевом элементе на поверхности, прилегающей соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса

34, выполнены впадины 47 для помещения защитной смазки. Впадины могут быть выполнены в виде кольцевых канавок, канавок, выполненных по винтовой линии, или в виде лунок. Для предотвращения вымывания защитной смазки снаружи защитного кольцевого элемента 40, прилегающего к внутренней

- 7 012386 поверхности цилиндрического корпуса 34, установлены уплотнения 48.

Для очищения пластовой жидкости, нагнетаемой в полость 39 цилиндрического корпуса 34, от крупных механических включений, в канале 36, расположенном в основании 35, сообщающем внутреннюю полость цилиндрического корпуса 34 с затрубным пространством, может быть установлен фильтр 49.

Для помещения в пространстве между поршнем 37 и дополнительным поршнем 41 разделительной среды 42, поршень 37 может быть снабжен по меньшей мере одним отверстием 50 для разделительной среды 42, в котором установлено запирающее устройство 51. Запирающее устройство может быть выполнено или в виде пробки (фиг. 10), или в виде клапана.

Подвижные механические модули, разделяющие диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в протекторе 1 и компенсаторе 2, раскрыты при описании соответственно протектора и компенсатора гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса и отдельно показаны, соответственно, на фиг. 11, 12, 15 и фиг. 13, 14, 16.

Как было указано выше, подвижный механический модуль, входящий в состав протектора 1 для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержит кольцевой поршень 13 и прикрепленные к одному из торцов кольцевого поршня 13 два выступающих за его контуры защитных кольцевых элемента 17, 18. Первый элемент 18 выполнен с внутренним диаметром, примерно равным внутреннему диаметру кольцевого поршня 13, а второй элемент 17 выполнен с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру кольцевого поршня 13 (фиг. 11).

В другом варианте подвижный механический модуль содержит поршень 37 и прикрепленный к одному из его торцов выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент 40 с внешним диаметром, примерно равным внешнему диаметру поршня 37 (фиг. 13).

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

Так, для нашего случая, под термином “примерно равные” понимается, что внешние диаметры защитного кольцевого элемента 17 и 40 определяются из соотношения άι=(0,9-1,1)ά₂, где άι - внешний диаметр защитного кольцевого элемента 17 и 40, ά₂ - внешний диаметр кольцевого поршня 13 и поршня 37, а внутренний диаметр защитного кольцевого элемента 18 определяется из соотношения ά₃=(0,9-1,1)ά₄, где ά₃ - внутренний диаметр защитного кольцевого элемента 18, ά₄ - внутренний диаметр кольцевого поршня 13.

Кольцевой поршень 13 подвижного механического модуля протектора 1 гидравлической защиты и поршень 37 подвижного механического модуля компенсатора 2 выполнены из коррозионно-стойкого металла или агрессивостойкого и температуростойкого полимерного материала. Это обеспечивает более длительный срок службы рассматриваемых подвижных механических модулей.

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

Принцип осуществления изобретения

Протектор гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса работает следующим образом.

Вал 5 протектора 1, установленный на радиальных подшипниках 6, передает крутящий момент от вала электродвигателя 4 к валу скважинного насоса 3. При этом, еще при погружении нефтедобывающего оборудования в скважину, часть 16 кольцевой камеры 14 протектора для гидравлической защиты заполняется пластовой жидкостью через канал 27 с фильтром 28, выполненными во втором ниппеле 10. Часть 15 кольцевой камеры 14 предварительно заполняется диэлектрической жидкостью через кольцевой канал между валом 5 и трубкой 8 через канал 32, выполненный в первом ниппеле 9. Трубка 8 установлена на демпфирующих втулках 11. Установленный в кольцевой камере 14 кольцевой поршень 13 с уплотнителем 21 и центрирующим кольцом 22 препятствует проникновению пластовой жидкости к части 15

- 8 012386 кольцевой камеры 14, сообщающейся с внутренней герметичной полостью электродвигателя 4. Кроме того, пластовая жидкость также отделяется от диэлектрической жидкости посредством торцевого уплотнения 12.

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

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

Кольцевой поршень 13 вместе с закрепленными на нем защитными кольцевыми элементами 17, 18 образуют подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в протекторе 1.

При реализации варианта с дополнительным кольцевым поршнем 19 схема работы протектора, по существу, не меняется. В этом случае диэлектрическая жидкость в части 15 кольцевой камеры 14 оказывает давление на дополнительный кольцевой поршень 19, который, в свою очередь, через разделительную среду 20, помещенную через отверстие 29, закрытое запирающим устройством 30, передает указанное давление на кольцевой поршень 13. В этом случае существенно снижается вероятность нарушения герметизации в кольцевой камере 14, т.е. прохождение пластовой жидкости в полость вала 5.

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

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

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

Каждая из раскрытых в зависимых пунктах формулы предложенного изобретения модификация имеет свою функциональную предназначенность (см. раздел «Описание чертежей» настоящего описания), однако, поскольку подобные модификации не оказывают какого-либо существенного влияния на принцип работы протектора для гидравлической защиты, они не рассматриваются в рамках настоящего раздела описания.

Компенсатор 2 гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса работает следующим образом.

При погружении нефтедобывающего оборудования в скважину полость 39 цилиндрического корпуса 34 компенсатора 2 заполняется пластовой жидкостью через канал 36 с фильтром 49, выполненный в

- 9 012386 основании 35. Полость 38 цилиндрического корпуса 34, гидравлически сообщенная с внутренней полостью электродвигателя, предварительно заполнена диэлектрической жидкостью. Установленный в цилиндрическом корпусе 34 поршень 37 с уплотнителем 4 и центрирующим кольцом 44 препятствует проникновению пластовой жидкости к полости 38 цилиндрического корпуса 34, сообщающейся с внутренней герметичной полостью электродвигателя 4.

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

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

Поршень 37 вместе с закрепленным на нем защитным кольцевым элементом 40 образуют подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в компенсаторе 2 гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса.

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

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

Каждая из раскрытых в зависимых пунктах формулы предложенного компенсатора 2 модификация имеет свою функциональную предназначенность (см. раздел «Описание чертежей»), однако, поскольку подобные модификации не оказывают какого-либо существенного влияния на принцип (режим) работы компенсатора, они не рассматриваются в рамках настоящего раздела описания.

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

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Протектор для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий вал, соединяющий насос и электродвигатель, упорный и радиальный подшипники для установки вала и по меньшей мере одну ступень, включающую цилиндрический корпус, трубку, коаксиально установленную

- 10 012386 в корпусе и окружающую вал, первый и второй ниппели, по меньшей мере одну демпфирующую втулку, торцевое уплотнение и кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере, образованной в пространстве между цилиндрическим корпусом и трубкой, и разделяющий кольцевую камеру на две части, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и поступающей из затрубного пространства пластовой жидкостью, отличающийся тем, что содержит два защитных кольцевых элемента, прикрепленных к торцу кольцевого поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, выступающих за контуры кольцевого поршня и прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к внешней поверхности трубки, при этом пространство между защитными кольцевыми элементами и соответственно внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и внешней поверхностью трубки заполнено защитной смазкой.
2. Протектор по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный кольцевой поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения в кольцевой камере со стороны торца кольцевого поршня, контактирующего с диэлектрической жидкостью, при этом пространство между кольцевым поршнем и дополнительным кольцевым поршнем заполнено разделительной средой.
3. Протектор по п.2, отличающийся тем, что в качестве разделительной среды использованы диэлектрическая жидкость с электрической прочностью от 4 до 90 кВ/см или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смеси диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.
4. Протектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень снабжен по меньшей мере одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и по меньшей мере одним уплотнителем в месте его контакта с внешней поверхностью трубки.
5. Протектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень снабжен опорным центрирующим кольцом.
6. Протектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что пространство между внешней поверхностью кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и пространство между внешней поверхностью дополнительного кольцевого поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнены защитной смазкой.
7. Протектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что кольцевой поршень и/или дополнительный кольцевой поршень имеет внешнюю поверхность бочкообразной формы.
8. Протектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде деформируемых трубок.
9. Протектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными.
10. Протектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок.
11. Протектор по п.9, отличающийся тем, что содержит пружинящие элементы, установленные внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки, механически контактирующие с указанными защитными кольцевыми элементами и поджимающие их соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки.
12. Протектор по п.10, отличающийся тем, что на поверхностях кольцевых элементов, прилегающих соответственно к внутренней поверхности цилиндрического корпуса и к наружной поверхности трубки, выполнены впадины для размещения защитной смазки.
13. Протектор по п.10 или 12, отличающийся тем, что содержит уплотнения, размещенные снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, и внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внешней поверхности трубки.
14. Протектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что имеет канал, выполненный во втором ниппеле, соединяющий часть кольцевой камеры, заполненную пластовой жидкостью, с затрубным пространством и имеющий установленный в нем фильтр.
15. Протектор по п.2, отличающийся тем, что кольцевой поршень снабжен по меньшей мере одним отверстием для заправки разделительной среды с установленным в нем запирающим устройством.
16. Протектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит насосное устройство, установленное на валу между частью кольцевой камеры, заполненной диэлектрической жидкостью, и торцевым уплотнением.
17. Компенсатор гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий цилиндрический корпус и закрепленное на нем основание с выполненным в основании каналом для гидравлического сообщения внутренней полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, отличающийся тем, что содержит поршень, установленный в цилиндрическом корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и разделяющий пространство внутри цилиндрического корпуса на две полости, заполненные соответственно диэлектрической жидкостью и пластовой жидкостью, посту

- 11 012386 пающей из затрубного пространства, и защитный кольцевой элемент, прикрепленный к торцу поршня, контактирующему с пластовой жидкостью, выступающий за контуры поршня и прилегающий к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом пространство между защитным кольцевым элементом и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнено защитной смазкой.
18. Компенсатор по п.17, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один дополнительный поршень, установленный в цилиндрическом корпусе со стороны поршня, контактирующей с диэлектрической жидкостью, при этом пространство между поршнем и дополнительным поршнем заполнено разделительной средой.
19. Компенсатор по п.18, отличающийся тем, что в качестве разделительной среды использованы диэлектрическая жидкость с электрической прочностью от 4 до 90 кВ/см или газ, выбранный из группы, состоящей из воздуха, инертного газа, углеводородного газа, смеси диэлектрической жидкости с газом или защитной смазки.
20. Компенсатор по п.18 или 19, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень снабжен по меньшей мере одним уплотнителем в месте его контакта с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса.
21. Компенсатор по п.18 или 19, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень снабжен опорным центрирующим кольцом.
22. Компенсатор по п.18 или 19, отличающийся тем, что пространство между внешней поверхностью поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и пространство между внешней поверхностью дополнительного поршня и внутренней поверхностью цилиндрического корпуса заполнены защитной смазкой.
23. Компенсатор по п.18 или 19, отличающийся тем, что поршень и/или дополнительный поршень имеет внешнюю поверхность бочкообразной формы.
24. Компенсатор по п.17 или 18, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде деформируемой трубки.
25. Компенсатор по п.17 или 18, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным.
26. Компенсатор по п.17 или 18, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки.
27. Компенсатор по п.25, отличающийся тем, что содержит пружинящий элемент, установленный внутри защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, механически контактирующий с ним и поджимающий защитный кольцевой элемент к внутренней поверхности цилиндрического корпуса.
28. Компенсатор по п.26, отличающийся тем, что на поверхности защитного кольцевого элемента, прилегающей к внутренней поверхности цилиндрического корпуса, выполнены впадины для размещения защитной смазки.
29. Компенсатор гидрозащиты электродвигателя скважинного насоса по п.26 или 28, отличающийся тем, что содержит уплотнение, размещенное снаружи защитного кольцевого элемента, прилегающего к внутренней поверхности цилиндрического корпуса.
30. Компенсатор по п.17 или 18, отличающийся тем, что имеет фильтр, расположенный в канале основания, сообщающем внутреннюю полость цилиндрического корпуса с затрубным пространством.
31. Компенсатор по п.18, отличающийся тем, что поршень снабжен по меньшей мере одним отверстием для заправки разделительной среды с установленным в нем запирающим устройством.
32. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в протекторе для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий кольцевой поршень, отличающийся тем, что содержит два защитных кольцевых элемента, прикрепленных к одному из торцов кольцевого поршня и выступающих за контуры поршня, первый из которых имеет внутренний диаметр, приблизительно равный внутреннему диаметру кольцевого поршня, и второй из которых имеет внешний диаметр, приблизительно равный внешнему диаметру кольцевого поршня.
33. Модуль по п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде деформируемых трубок.
34. Модуль по п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены гофрированными.
35. Модуль п.32, отличающийся тем, что защитные кольцевые элементы выполнены в виде жестких трубок.
36. Модуль по п.34, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один пружинящий элемент, расположенный внутри защитного кольцевого элемента с большим диаметром и механически контактирующий с ним, и по меньшей мере один пружинящий элемент, расположенный снаружи защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром и механически контактирующий с ним.
37. Модуль по п.35, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента с большим диаметром и внутри защитного кольцевого элемента с меньшим диаметром выполнены впадины для

- 12 012386 размещения защитной смазки.
38. Модуль по п.32, отличающийся тем, что кольцевой поршень имеет внешнюю поверхность бочкообразной формы.
39. Модуль по п.32, отличающийся тем, что кольцевой поршень выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивно-стойкого и температуростойкого полимерного материала.
40. Подвижный механический модуль, разделяющий диэлектрическую жидкость и поступающую из затрубного пространства пластовую жидкость в компенсаторе для гидравлической защиты электродвигателя скважинного насоса, содержащий поршень, отличающийся тем, что содержит защитный кольцевой элемент, прикрепленный к одному из торцов поршня, выступающий за контуры поршня защитный кольцевой элемент, имеющий внешний диаметр, приблизительно равный внешнему диаметру поршня.
41. Модуль по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде деформируемой трубки.
42. Модуль по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен гофрированным.
43. Модуль по п.40, отличающийся тем, что защитный кольцевой элемент выполнен в виде жесткой трубки.
44. Модуль по п.42, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один пружинящий элемент, установленный внутри защитного кольцевого элемента и механически контактирующий с ним.
45. Модуль по п.43, отличающийся тем, что снаружи защитного кольцевого элемента выполнены впадины для размещения защитной смазки.
46. Модуль по п.40, отличающийся тем, что поршень имеет внешнюю поверхность бочкообразной формы.
47. Модуль по п.40, отличающийся тем, что поршень выполнен из коррозионно-стойкого металла или агрессивно-стойкого и температуростойкого полимерного материала.