RU2294457C1

RU2294457C1 - Oil-well electric pumping unit

Info

Publication number: RU2294457C1
Application number: RU2005134902/06A
Authority: RU
Inventors: ков Дмитрий Борисович Пол (RU); Дмитрий Борисович Поляков; Анатолий Константинович Пономарев (RU); Анатолий Константинович Пономарев; Рамиль Фаритович Шаймарданов (RU); Рамиль Фаритович Шаймарданов; Александр Николаевич Антонников (RU); Александр Николаевич Антонников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лифт Ойл"
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-02-27

Abstract

FIELD: oil producing industry.

SUBSTANCE: proposed unit contains submersible centrifugal pump, protector, submersible electric motor and oil expansion volumetric compensator arranged below electric motor. Compensator is made in form of cylindrical housing with connecting head from side of its upper end face and cover from side of lower end face, and piston arranged inside housing. Overpiston space of compensator communicates through channel in connecting head with oil-filled space of electric motor, and underpiston space communicates with environment through hole in cover. Protector has housing, upper and lower nipples with end face support placed in between, shaft secured on support with seals, upper and lower heads with flanges for connecting with pump and electric motor. Shafts of electric motor, protector and pump are mechanically coupled. Housing of protector is cylindrical, and space with piston is found in housing between lower head and lower nipple. Overpiston space is filled with oil, and it communicates through channels in lower nipple and pipeline with oil-filled space of electric motor, and underpiston space communicates through channel in lower head with environment.

EFFECT: improved reliability in operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к скважинным насосным агрегатам для добычи нефти.The invention relates to the field of engineering, in particular to downhole pumping units for oil production.

Известен скважинный электроприводной диафрагменный насос для добычи нефти (см. патент RU №2062906, кл. F 04 В 47/06, 27.06.1996 г.).Known borehole electric diaphragm pump for oil production (see patent RU No. 2062906, CL F 04 In 47/06, 06/27/1996).

Недостатком известной конструкции является низкий КПД, а также низкий ресурс плоской эластичной диафрагмы из-за высокой частоты ходов, низкая напорная характеристика насосного агрегата, невозможность добычи нефти с низким уровнем обводненности из-за малой пропускной способности всасывающих клапанов.A disadvantage of the known design is the low efficiency, as well as the low resource of a flat elastic diaphragm due to the high stroke frequency, low pressure characteristic of the pump unit, the impossibility of oil production with a low level of water cut due to the low capacity of the suction valves.

Наиболее близким техническим решением является скважинный электроприводной насосный агрегат, содержащий установленные на колонне труб в скважине последовательно сверху вниз погружной центробежный насос, протектор, погружной электродвигатель и расположенный ниже него компенсатор объемного расширения масла, (авторское свидетельство SU №436415, кл. Н 02 К 5/12, 15.07.1974).The closest technical solution is a borehole electric drive pump unit containing a submersible centrifugal pump, a tread, a submersible electric motor and a volume expansion oil expansion compensator located below it, installed on a pipe string in a well (copyright certificate SU No. 436415, class N 02 K 5 / 12, 07/15/1974).

Недостатком данной конструкции является низкий ресурс диафрагм протектора и компенсатора объемного расширения масла из-за разрыва в местах закрепления на корпусе, загазованности и плохого теплоотвода от масла электродвигателя, приводящих к отключению электродвигателя при разгерметизации.The disadvantage of this design is the low resource of the diaphragms of the tread and the compensator for the volume expansion of oil due to a gap in the fastening points on the housing, gas contamination and poor heat removal from the motor oil, leading to the shutdown of the motor during depressurization.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является исключение возможности разгерметизации заполненных маслом полостей протектора и компенсатора объемного расширения масла.The problem to which the invention is directed, is the elimination of the possibility of depressurization of the tread cavities filled with oil and the expansion oil expansion joint.

Техническим результатом, который достигается в результате решения указанной выше задачи, является повышение надежности работы скважинного электроприводного насосного агрегата.The technical result, which is achieved as a result of solving the above problem, is to increase the reliability of the borehole electric drive pump unit.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что скважинный электроприводной насосный агрегат содержит установленные на колонне труб в скважине последовательно сверху вниз погружной центробежный насос, протектор, погружной электродвигатель и расположенный ниже него компенсатор объемного расширения масла, последний выполнен в виде цилиндрического корпуса с соединительной головкой со стороны его верхнего торца и крышкой со стороны нижнего торца и расположенного внутри цилиндрического корпуса поршня, причем надпоршневая полость компенсатора через канал в соединительной головке сообщена с маслозаполненной полостью электродвигателя, а подпоршневая полость через отверстие в крышке сообщена с окружающей насосный агрегат средой, протектор снабжен корпусом, верхним и нижним ниппелями, между которыми размещена торцевая опора, установленным соосно корпусу валом, закрепленным на опорах с нижним и верхним торцевыми уплотнениями, причем посредством вала протектора вал электродвигателя кинематически связан с валом погружного насоса, а также верхней и нижней головками с фланцами для соединения соответственно с погружным насосом и электродвигателем, причем корпус протектора выполнен цилиндрическим и в последнем между нижней головкой и нижним ниппелем выполнена полость с размещенным в ней коаксиально валу поршнем, при этом надпоршневая полость заполнена маслом и сообщена через канал в нижнем ниппеле и трубопровод с маслозаполненной полостью электродвигателя, а подпоршневая полость через канал в нижней головке сообщена с окружающей насосный агрегат средой.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the borehole electric pump unit comprises a submersible centrifugal pump, a tread, a submersible electric motor and an oil volume expansion compensator located below it installed sequentially from top to bottom in the pipe string, the latter is made in the form of a cylindrical body with a connecting head on the side of its upper end and a cover on the side of the lower end and the piston located inside the cylindrical body I, and the over-piston cavity of the compensator through the channel in the connecting head is in communication with the oil-filled cavity of the motor, and the under-piston cavity through the hole in the cover is in communication with the medium surrounding the pump unit, the tread is equipped with a housing, upper and lower nipples, between which an end support is installed, installed axially to the shaft shaft mounted on supports with lower and upper mechanical seals, and by means of the tread shaft, the motor shaft is kinematically connected to the shaft of the submersible pump, and t Also, the upper and lower heads with flanges for connecting respectively to the submersible pump and the electric motor, the tread body being cylindrical and in the latter between the lower head and the lower nipple, a cavity with a piston placed coaxially to the shaft, the cavity is filled with oil and communicated through the channel in the lower nipple and the pipeline with an oil-filled cavity of the electric motor, and the piston cavity through the channel in the lower head is in communication with the environment surrounding the pump unit.

Выполнение компенсатора объемного расширения масла и протектора с поршнями позволяет исключить разгерметизацию заполненных маслом полостей, поскольку изменение объема маслозаполненных полостей не связано с механической деформацией поршней, аналогичной деформациям, которые испытывают диафрагмы. В зависимости от используемого материала для изготовления поршней можно также увеличить теплоотвод от нагретого в процессе работы агрегата масла, поскольку поршни могут быть выполнены из материала с высокой теплопроводностью.The implementation of the expansion joint of the volume expansion of oil and the tread with pistons eliminates the depressurization of the oil-filled cavities, since the change in the volume of oil-filled cavities is not associated with mechanical deformation of the pistons, similar to deformations that experience diaphragms. Depending on the material used for the manufacture of the pistons, it is also possible to increase the heat dissipation from the oil unit heated during operation, since the pistons can be made of a material with high thermal conductivity.

На фиг.1 схематически представлен скважинный электроприводной насосный агрегат. На фиг.2 представлен продольный разрез протектора. На фиг.3 представлен продольный разрез компенсатора.Figure 1 schematically shows a borehole electric drive pump unit. Figure 2 presents a longitudinal section of the tread. Figure 3 presents a longitudinal section of the compensator.

Скважинный электроприводной насосный агрегат содержит установленные на колонне труб 1 в скважине последовательно сверху вниз погружной центробежный насос 2, протектор 3, погружной электродвигатель 4 и расположенный ниже него компенсатор 5 объемного расширения масла. Компенсатор 5 объемного расширения масла выполнен в виде цилиндрического корпуса 6 с соединительной головкой 7 со стороны его верхнего торца и крышкой 8 со стороны нижнего торца и расположенного внутри цилиндрического корпуса 6 поршня 9, причем надпоршневая полость 10 компенсатора 5 через канал 11 в соединительной головке 7 сообщена с маслозаполненной полостью электродвигателя 4, а подпоршневая полость 12 через отверстие 13 в крышке 8 сообщена с окружающей насосный агрегат средой. Протектор 3 снабжен корпусом 14, верхним 15 и нижним 16 ниппелями, между которыми размещена торцевая опора 17 (пята), установленным соосно корпусу 14 протектора 3 валом 18, закрепленным на опорах с нижним 19 и верхним 20 торцевыми уплотнениями, причем посредством вала 18 протектора 3 вал электродвигателя 4 кинематически связан с валом погружного центробежного насоса 2, а также верхней 21 и нижней 22 головками с фланцами для соединения соответственно с погружным центробежным насосом 2 и электродвигателем 4, причем корпус 14 протектора 3 выполнен цилиндрическим и в последнем между нижней головкой 22 и нижним ниппелем 16 выполнена полость с размещенным в ней коаксиально валу 18 поршнем 23, при этом надпоршневая полость 24 заполнена маслом и сообщена через канал 25 в нижнем ниппеле 16 и трубопровод 26 с маслозаполненной полостью электродвигателя 4, а подпоршневая полость через канал 27 в нижней головке 22 сообщена с окружающей насосный агрегат средой. Вдоль насосного агрегата и колонны труб 1 пропущен электрический кабель 28 для подачи электрической энергии к электродвигателю 4.The borehole electric drive pump unit comprises a submersible centrifugal pump 2, a tread 3, a submersible motor 4 and a compensator 5 for oil volume expansion located below it, mounted on a pipe string 1 in a well sequentially from top to bottom. The compensator 5 for the volume expansion of oil is made in the form of a cylindrical body 6 with a connecting head 7 on the side of its upper end and a cover 8 on the side of the lower end and a piston 9 located inside the cylindrical body 6, and the over-piston cavity 10 of the compensator 5 is connected through the channel 11 in the connecting head 7 with an oil-filled cavity of the electric motor 4, and the piston cavity 12 through the hole 13 in the cover 8 is in communication with the environment surrounding the pump unit. The tread 3 is provided with a housing 14, an upper 15 and a lower 16 nipples, between which an end support 17 (five) is placed, mounted coaxially to the tread housing 14 by a shaft 18, mounted on bearings with a lower 19 and upper 20 mechanical seals, moreover, by a tread shaft 18 the shaft of the electric motor 4 is kinematically connected with the shaft of the submersible centrifugal pump 2, as well as the upper 21 and lower 22 heads with flanges for connecting, respectively, with the submersible centrifugal pump 2 and electric motor 4, and the tread 3 of the casing 14 is cylindrical and in the latter, between the lower head 22 and the lower nipple 16, a cavity is made with a piston 23 placed therein coaxially to the shaft 18, while the supra-piston cavity 24 is filled with oil and communicated through a channel 25 in the lower nipple 16 and a pipe 26 with an oil-filled cavity of the electric motor 4, and the piston cavity through the channel 27 in the lower head 22 is in communication with the environment surrounding the pump unit. Along the pump unit and the pipe string 1, an electric cable 28 was passed to supply electric energy to the electric motor 4.

Скважинный электроприводной насосный агрегат работает следующим образом.Well electric drive pump unit operates as follows.

Перед погружением насосного агрегата в скважину полость электродвигателя 4 надпоршневая полость 24 протектора 3 и надпоршневая полость 10 компенсатора 5 заполняются очищенным маслом соответствующим рабочему температурному режиму.Before the pump unit is immersed in the well, the cavity of the electric motor 4 is the piston cavity 24 of the tread 3 and the piston cavity 10 of the compensator 5 are filled with purified oil corresponding to the operating temperature regime.

Поршень 9 компенсатора 5 установлен выше крышки 8 на расстоянии, соответствующем его перемещению при расширении общего объема масла при нагреве его до рабочей температуры. При спуске электродвигателя 4 в скважину запорный клапан в головке 7 компенсатора 5 открывается, и полость 24 протектора 3, а также полость 10 компенсатора 5 соединяются с полостью электродвигателя 4. В случае утечки масла через верхнее торцовое уплотнение 19 и при уменьшении его объема вследствие охлаждения поршни 9 и 23 перемещаются, соответственно, в цилиндрах 6 и 14 вверх до выравнивания давления в масляном объеме с давлением со стороны среды. В процессе работы агрегата электродвигатель 4 приводит во вращение через вал 18 протектора 3 вал центробежного насоса 2 и последний откачивает из скважины и подает по колонне труб 1 на поверхность добываемую жидкую среду.The piston 9 of the compensator 5 is installed above the cover 8 at a distance corresponding to its movement when expanding the total volume of oil when it is heated to operating temperature. When lowering the motor 4 into the well, the shutoff valve in the head 7 of the compensator 5 opens, and the cavity 24 of the tread 3, as well as the cavity 10 of the compensator 5 are connected to the cavity of the motor 4. In the event of an oil leak through the upper mechanical seal 19 and when its volume decreases due to cooling of the pistons 9 and 23 are moved upward in cylinders 6 and 14, respectively, until the pressure in the oil volume is equal to the pressure from the medium side. In the process of operation of the unit, the electric motor 4 drives the shaft of the centrifugal pump 2 through the shaft 18 of the tread 3 and the latter is pumped out of the well and feeds the produced fluid through the pipe string 1 to the surface.

Настоящее изобретение может быть использована нефтедобывающей промышленности и других отраслях промышленности, где производят добычу жидких сред из скважин.The present invention can be used in the oil industry and other industries where liquid is produced from wells.

Claims

A downhole electric drive pump unit comprising a submersible centrifugal pump, a tread, a submersible electric motor and a volume expansion oil expansion valve located below it, successively mounted on a pipe string in a well, characterized in that the volume expansion oil expansion valve is made in the form of a cylindrical body with a connecting head on the side its upper end and the cover from the side of the lower end and located inside the cylindrical body of the piston, and the above-piston cavity l the compensator through the channel in the connecting head is in communication with the oil-filled cavity of the electric motor, and the piston cavity is connected through the hole in the cover with the medium surrounding the pump unit, the tread is equipped with a housing, upper and lower nipples, between which an end support is mounted, a shaft mounted coaxially to the housing, fixed to the shaft bearings with lower and upper mechanical seals, and by means of the tread shaft, the motor shaft is kinematically connected with the shaft of the submersible pump, as well as the upper and lower heads with flanges for connection respectively with a submersible pump and an electric motor, the tread body being cylindrical and in the latter between the lower head and lower nipple, a cavity with a piston placed coaxially into the shaft, a piston cavity filled with oil and communicated through the channel in the lower nipple and a pipeline with an oil-filled cavity of the electric motor, and a piston cavity through the channel in the lower head is in communication with the environment surrounding the pump unit.