RU2394332C1

RU2394332C1 - Facility for hydraulic protection of submersible oil-flooded electric motor

Info

Publication number: RU2394332C1
Application number: RU2009119986/09A
Authority: RU
Inventors: Денис Алексеевич Меркушев (RU); Денис Алексеевич Меркушев; Василий Петрович Сентябов (RU); Василий Петрович Сентябов; Анатолий Васильевич Сергиенко (RU); Анатолий Васильевич Сергиенко; Данила Николаевич Мартюшев (RU); Данила Николаевич Мартюшев
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь"
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2010-07-10

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: facility for hydraulic protection consists of case (4) with end sealing, of internal chambers, of labyrinth section, of compensation section (27), of dump valve (28), of abutment and of radial and axial bearings. Support (6) resting on nipples (7) connecting the case is positioned in the section of labyrinth coaxially to a shaft. Support (6) has at least two lengthwise channels (16) and (17). Labyrinth cavity (11) is formed around support (6) between disks (10) with sealing (21, 22) along the case and support; rotating self-placed lower and upper cams with circular channels (14) and (15) are arranged inside the cavity. Circular channels (14) and (15) made around support (6) communicate with lengthwise channels (16) and (17). Cams (12) and (13) rotate around their axes under gravity force by means of rings (23) fixed against travel along axis of support (6); the cams have sealing (26) on ends. Circular channel (14) of lower cam (12) is connected with labyrinth cavity (11), while circular channel (5) of upper cam (15) is connected with beyond labyrinth cavity (20).

EFFECT: facility prevents sand penetration inside mechanism.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей области и может быть применено в установках для гидравлической защиты погружных электроцентробежных насосов, используемых для добычи скважинной жидкости из скважин различных диаметров и глубин, в том числе для наклонных и горизонтальных скважин.The invention relates to the oil field and can be used in installations for hydraulic protection of submersible electric centrifugal pumps used to produce well fluid from wells of various diameters and depths, including for deviated and horizontal wells.

Известно устройство для гидравлической защиты (протектор) погружного маслозаполненного электродвигателя, раскрытое в описании к авт. свид. SU №1029338, МПК Н02К 5/12, опубл. 15.07.83, Бюл. №26. Указанное устройство содержит: вал, корпус, три последовательно расположенные в осевом направлении камеры, в перегородках между которыми установлены торцовые уплотнения, включающие вращающуюся часть и неподвижную опору, и которые сообщаются друг с другом посредством отверстия, выполненного в перегородке между нижней и средней камерами, и соединительную трубку, установленную в перегородке между верхней и средней камерами и заходящую в нижнюю камеру, причем верхняя камера и нижняя часть нижней камеры заполнены буферной жидкостью. С целью повышения надежности вращающаяся часть уплотнения, установленного в перегородке между верхней и средней камерами, размещена под неподвижной опорой, а в отверстии перегородки между нижней и средней камерами установлена трубка, нижний конец которой размещен над уровнем буферной жидкости, размещенной в нижней камере.A device for hydraulic protection (tread) of a submersible oil-filled electric motor, disclosed in the description of the author. testimonial. SU No. 1029338, IPC Н02К 5/12, publ. 07/15/83, Bull. No. 26. The specified device contains: a shaft, a housing, three consecutively located in the axial direction of the chamber, in the walls between which are installed mechanical seals, including a rotating part and a fixed support, and which communicate with each other through an opening made in the partition between the lower and middle chambers, and a connecting tube mounted in the partition between the upper and middle chambers and extending into the lower chamber, the upper chamber and the lower part of the lower chamber being filled with buffer fluid. In order to increase reliability, the rotating part of the seal installed in the partition between the upper and middle chambers is placed under a fixed support, and a tube is installed in the hole of the partition between the lower and middle chambers, the lower end of which is placed above the level of the buffer fluid located in the lower chamber.

Известное устройство хорошо защищает погружной маслозаполненный электродвигатель в вертикальных и наклоненных под углом не более 40° скважинах. Однако в горизонтальных скважинах такая конструкция работать не сможет, так как не защищена от воздействия песка, удельный вес которого выше удельного веса жидкости, а положение в пространстве лабиринтных трубок при спуске в скважину не может быть задано.The known device protects well a submersible oil-filled motor in vertical and inclined wells at an angle of no more than 40 °. However, in horizontal wells, such a design will not be able to work, since it is not protected from the effects of sand, the specific gravity of which is higher than the specific gravity of the liquid, and the position in the space of the labyrinth tubes during descent into the well cannot be specified.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя - протектор ПБ92, выпускаемый ООО «Борец», г.Москва (ТУ3665-010-00217780-01). Указанное устройство содержит: вал, корпус, пяту, радиальный и осевой подшипники, торцовые уплотнения, разделяющие корпус на камеры, секцию лабиринта, сбрасывающий клапан, секцию компенсации, обеспечивающую разделение диэлектрической и пластовой жидкости, поступающей из затрубного пространства. В данном устройстве секция лабиринта, принцип действия которой строится на разности плотности жидкости скважины и диэлектрического масла, заливаемого внутрь устройства, представляет собой конструкцию с трубами, образующую гидрозамок. Действие секции компенсации, являющейся второй ступенью защиты устройства, основано на изоляции диэлектрического масла и жидкости скважины при выравнивании внутреннего и внешнего давлений во время нагревания и охлаждения масла. Такая конструкция может работать хорошо в вертикальных скважинах и в скважинах с небольшим наклоном к вертикали.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor - tread PB92 manufactured by Borets LLC, Moscow (TU3665-010-00217780-01). The specified device contains: a shaft, a housing, a heel, radial and axial bearings, mechanical seals dividing the housing into chambers, a labyrinth section, a relief valve, a compensation section that provides separation of the dielectric and reservoir fluid from the annulus. In this device, the section of the labyrinth, the principle of which is based on the difference in the density of the liquid of the well and the dielectric oil, poured into the device, is a structure with pipes forming a hydraulic lock. The action of the compensation section, which is the second stage of protection of the device, is based on the isolation of dielectric oil and well fluid while equalizing the internal and external pressures during heating and cooling of the oil. This design can work well in vertical wells and in wells with a slight inclination to the vertical.

Недостатком данной конструкции низкая эффективность работы установки при перекачке нефти в горизонтальных и наклонных скважинах.The disadvantage of this design is the low efficiency of the installation when pumping oil in horizontal and deviated wells.

Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции, обеспечивающей гидрозатвор пластовой жидкости при работе оборудования как вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах, в том числе и при высоком содержании песка.The objective of the present invention is to create a design that provides a hydraulic seal of the formation fluid during operation of the equipment both in vertical and in deviated and horizontal wells, including at a high sand content.

Указанный технический результат достигается тем. что в устройстве для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащем корпус, вал с торцовыми уплотнениями, внутренние камеры, секцию лабиринта, секцию компенсации, сбрасывающий клапан, пяту, радиальные и осевой подшипники, согласно изобретению в секции лабиринта коаксиально валу размещена опора, опирающаяся на соединяющие корпус ниппеля и имеющая, по крайней мере, два продольных канала, на опоре закреплены два диска с уплотнениями по корпусу и по опоре, между дисками образована лабиринтная полость, внутри которой на опоре с возможностью ограничения вдоль ее оси установлены нижний и верхний поворачивающиеся и самоустанавливающиеся эксцентрики, снабженные кольцевыми каналами, окружающими опору, и уплотнениями по торцам, при этом кольцевые каналы соединены с продольными каналами опоры, один из которых открыт со стороны долабиритной полости, а второй связан с залабиринтной полостью, причем кольцевой канал нижнего эксцентрика выполнен сообщающимся с лабиринтной полостью, а кольцевой канал верхнего эксцентрика - с залабиринтной полостью. Кольцевой канал нижнего эксцентрика может быть сообщен с лабиринтной полостью посредством канала в утяжеленной части. Кольцевой канал верхнего эксцентрика может быть выполнен сообщающимся с залабиринтной полостью в облегченной части. При этом лабиринтная полость, долабиринтная и залабиринтная полости служат защитой от песка для нижних торцовых уплотнений.The specified technical result is achieved by that. that in the device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, comprising a housing, a shaft with mechanical seals, internal chambers, a labyrinth section, a compensation section, a relief valve, a heel, radial and axial bearings, according to the invention, a support based on connecting the nipple body and having at least two longitudinal channels, two disks are fixed on the support with seals along the body and along the support, a labyrinth cavity is formed between the disks, inside and with which, with the possibility of limitation along its axis, lower and upper rotating and self-aligning eccentrics are installed, provided with annular channels surrounding the support and seals at the ends, while the annular channels are connected to the longitudinal channels of the support, one of which is open on the side of the dolabirite cavity, and the second is associated with a labyrinth cavity, with the annular channel of the lower eccentric communicating with the labyrinth cavity, and the annular channel of the upper eccentric with the labyrinth cavity. The annular channel of the lower eccentric can be communicated with the labyrinth cavity through the channel in the weighted part. The annular channel of the upper eccentric can be made communicating with the labyrinth cavity in the lightened part. In this case, the labyrinth cavity, the dolabyrinth and labyrinth cavities serve as protection against sand for the lower mechanical seals.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения устройства для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя в погружной насосной установке; на фиг.2 представлен узел лабиринта этого устройства.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a layout of a device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor in a submersible pump installation; figure 2 presents the node of the maze of this device.

В погружной насосной установке устройство для гидравлической защиты 1 погружного маслозаполненного электродвигателя 2 размещено между скважинным насосом 3 и погружным электродвигателем 2 (фиг.1).In a submersible pump installation, a device for hydraulic protection 1 of a submersible oil-filled electric motor 2 is placed between the borehole pump 3 and the submersible electric motor 2 (Fig. 1).

Устройство для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя 1 состоит из наружного корпуса 4, внутри которого коаксиально установлен вал 5 с цилиндрической опорой 6 и торцовыми уплотнениями 9 (фиг.2). Ниппеля 7 и 8, соединенные корпусом 4 и опорой 6, формируют лабиринтное пространство, которое, в свою очередь, разделено дисками 10 на лабиринтную полость 11, долабиринтную полость 18 и залабиринтную полость 20. На опоре 6 имеются два продольных канала 16 и 17, смещенные по длине относительно друг друга и имеющие открытые участки с противоположных сторон. Канал 16 выполнен открытым со стороны долабиринтной полости 18, где он заканчивается, а канал 17 открыт со стороны залабиринтной полости 20. Диски 10 закреплены на опоре 6 и корпусе 4 посредством уплотняющих колец 21 и 22.A device for hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor 1 consists of an outer casing 4, inside of which a shaft 5 is coaxially mounted with a cylindrical support 6 and mechanical seals 9 (figure 2). The nipples 7 and 8, connected by the housing 4 and the support 6, form a labyrinth space, which, in turn, is divided by disks 10 into a labyrinth cavity 11, a dolabyrinth cavity 18 and a labyrinth cavity 20. There are two longitudinal channels 16 and 17 displaced on the support 6 in length relative to each other and having open areas on opposite sides. Channel 16 is made open from the side of the labyrinth cavity 18, where it ends, and channel 17 is open from the side of the labyrinth cavity 20. The disks 10 are mounted on the support 6 and the housing 4 by means of sealing rings 21 and 22.

Внутри лабиринтной полости 11 на опоре 6 размещены два эксцентрика 12 и 13, имеющие кольцевые каналы 14 и 15 вокруг опоры 6, соединенные соответственно, с продольными каналами 16 и 17. Эксцентрики 12 и 13 установлены с возможностью вращения вокруг своей оси под действием силы тяжести и с помощью колец 23 зафиксированы от перемещения вдоль оси опоры 6. При работе в горизонтальных и сильно наклоненных скважинах они могут самоустанавливаться в зависимости от положения в скважине утяжеленной частью вниз. В вертикальных скважинах положение эксцентриков может быть произвольным. В центре утяжеленной части нижнего эксцентрика 12 выполнен радиальный канал 24, который соединяет кольцевой канал 14 с лабиринтной полостью 11. Радиальный канал 24 может быть выполнен изогнутым (фиг.2) либо наклонным для максимального использования объема.Inside the labyrinth cavity 11, two eccentrics 12 and 13 are placed on the support 6, having annular channels 14 and 15 around the support 6, connected respectively to the longitudinal channels 16 and 17. The eccentrics 12 and 13 are mounted for rotation around its axis under the action of gravity and with the help of rings 23, they are fixed from moving along the axis of the support 6. When working in horizontal and highly inclined wells, they can self-install depending on the position in the well weighted down part. In vertical wells, the position of the eccentrics can be arbitrary. In the center of the weighted part of the lower eccentric 12, a radial channel 24 is made, which connects the annular channel 14 with the labyrinth cavity 11. The radial channel 24 can be made curved (figure 2) or inclined to maximize the use of volume.

В облегченной части верхнего эксцентрика 13 имеется канал 25, который с одной стороны соединяется через трубку 19 с лабиринтной полостью 11, а с другой стороны через кольцевой канал 15 и канал 17 сообщается с залабиринтной полостью 20. Трубка 19 выведена в верхнюю часть лабиринтной полости 11. По торцам с обеих сторон эксцентрики 12 и 13 имеют уплотнения 26. например, в виде манжет, препятствующие проникновению песка в глубь устройства.In the lightened part of the upper eccentric 13 there is a channel 25, which, on the one hand, is connected through the tube 19 to the labyrinth cavity 11, and on the other hand, through the annular channel 15 and channel 17, it communicates with the labyrinth cavity 20. The tube 19 is brought out to the upper part of the labyrinth cavity 11. At the ends on both sides, the eccentrics 12 and 13 have seals 26. for example, in the form of cuffs, which prevent the penetration of sand into the interior of the device.

При работе электродвигателя 2 масло нагревается и увеличивается в объеме. Избыточное масло сбрасывается через клапан сброса давления 28 в полость 30, а затем в залабиринтную полость 20, при этом секция 27 компенсации и разделения диэлектрического масла и пластовой жидкости скважины заполнена горячим маслом и клапан сброса 28 закрыт. При отключении электроэнергии масло внутри электродвигателя 2 и во внутренней полости 29 секции компенсации 27 будет остывать и уменьшаться в объеме, внутри двигателя 2 появится разрежение, которое должна скомпенсировать секция компенсации 27 за счет перемещения поршня или сжатия диафрагмы, после чего давление внутри и снаружи электродвигателя 2 выравнивается.When the motor 2 is operating, the oil heats up and increases in volume. Excess oil is discharged through the pressure relief valve 28 into the cavity 30, and then into the labyrinth cavity 20, while the section 27 for compensating and separating the dielectric oil and formation well fluid is filled with hot oil and the relief valve 28 is closed. When a power outage occurs, the oil inside the motor 2 and in the internal cavity 29 of the compensation section 27 will cool and decrease in volume, a vacuum will appear inside the engine 2, which should compensate for the compensation section 27 by moving the piston or compressing the diaphragm, after which the pressure inside and outside the motor 2 evens out.

Согласно характеристике любое торцовое уплотнение 9 может пропускать определенное количество жидкости в единицу времени. В случае если пластовая жидкость проходит через верхнее торцовое уплотнение 9, она будет скапливаться в долабиринтной полости 18, а затем по каналу 16, кольцевому каналу 14, каналу 24 попадет в лабиринтную полость 11 и начнет выдавливать масло в глубь устройства для гидравлической защиты 1. Поэтому для более надежной работы секции лабиринта необходимо, чтобы объем лабиринтной полости 11 был равным или больше объема секции компенсации 27.According to the characteristic, any mechanical seal 9 can pass a certain amount of fluid per unit time. If the reservoir fluid passes through the upper mechanical seal 9, it will accumulate in the dolabyrinth cavity 18, and then through the channel 16, the annular channel 14, channel 24 will enter the labyrinth cavity 11 and begin to squeeze the oil into the depth of the device for hydraulic protection 1. Therefore for more reliable operation of the labyrinth section, it is necessary that the volume of the labyrinth cavity 11 be equal to or greater than the volume of the compensation section 27.

Секция лабиринта описываемой конструкции будет работать максимально эффективно в любом положении. Для наклонных и горизонтальных скважин это гарантируется за счет поворачивающихся и самоустанавливающихся эксцентриков. В вертикальных скважинах нижний эксцентрик 12 всегда будет внизу, а верхний эксцентрик 13 за счет трубки 19 будет максимально использовать лабиринтную полость 11, а наличие отделенных друг от друга полостей в секции лабиринта препятствует проникновению песка внутрь устройства гидрозащиты.The labyrinth section of the described construction will work most effectively in any position. For deviated and horizontal wells this is guaranteed by turning and self-aligning eccentrics. In vertical wells, the lower eccentric 12 will always be lower, and the upper eccentric 13, due to the tube 19, will maximize the use of the labyrinth cavity 11, and the presence of separate cavities in the labyrinth section prevents the penetration of sand into the hydroprotection device.

Claims

1. A device for the hydraulic protection of a submersible oil-filled electric motor, comprising a housing, a shaft with mechanical seals, internal chambers, a labyrinth section, a compensation section, a relief valve, a heel, radial and axial bearings, characterized in that a bearing is supported coaxially to the shaft in the labyrinth section on the nipple connecting the case and having at least two longitudinal channels, two disks with seals on the case and on the support are fixed on the support, a labyrinth cavity is formed between the disks, inside the lower and upper rotating and self-aligning eccentrics, equipped with annular channels surrounding the support and seals at the ends, are mounted on the support with the possibility of limitation along its axis, while the annular channels are connected to the longitudinal support channels, one of which is open from the side of the dolabirite cavity, and the second is associated with a labyrinth cavity, with the annular channel of the lower eccentric communicating with the labyrinth cavity, and the annular channel of the upper eccentric with the labyrinth cavity.

2. The device according to claim 1, characterized in that the annular channel of the lower eccentric is in communication with the labyrinth cavity by a radial channel in the weighted part.

3. The device according to claim 1, characterized in that the annular channel of the upper eccentric is made in communication with the labyrinth cavity through a tube located in the lightened part.

4. The device according to claim 1, characterized in that the labyrinth cavity, dolabyrinth and labyrinth cavity serve as sand protection for the lower mechanical seals.