RU2221322C2

RU2221322C2 - Device for protecting electric motor against stratal liquid

Info

Publication number: RU2221322C2
Application number: RU2002106844/06A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Габдуллин; Э.В. Маилов; Ю.Я. Мельников; Н.А. Малыхин; В.В. Разницин; В.Н. Рыбкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Роснефть-Пурнефтегаз"
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2004-01-10

Abstract

FIELD: oil industry; oil wells equipped with submersible centrifugal motor-driven pumps. SUBSTANCE: device has journal bearing, at least one compensating unit incorporating section with flexible diaphragm and check valve, and labyrinth section, all arranged in tandem. They are provided with holes to pass motor shaft. Flexible-diaphragm space of compensating unit adjacent to journal bearing is connected through communicating passage to space of this bearing. Check valve of each compensating unit is designed to provide communication between flexible diaphragm space and space downstream of diaphragm of this unit that can communicate through communicating channel with flexible diaphragm space of next compensating unit or with one of spaces of labyrinth section communicating on top with its other space that communicates at bottom with environment. Communicating channels and check valves of device can be made in fittings provided with end seals, each one disposed between journal bearing and flexible-diaphragm section, between flexible-diaphragm section and labyrinth section, and between labyrinth section and environment, respectively. Device may be provided with changeable bottom head for connecting motors of different sizes. EFFECT: facilitated installation of device and extended its repair intervals. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано на скважинах, оборудованных погружными электроцентробежными насосами. The invention relates to the oil industry and can be used in wells equipped with submersible electric centrifugal pumps.

Известно устройство для защиты электродвигателя от пластовой жидкости, содержащее протектор, включающий секцию с эластичной диафрагмой и обратный клапан, верхний и нижний ниппели и верхнюю и нижнюю головку, и компенсатор с эластичной диафрагмой и перепускным клапаном (см. Беззубов А.В. и Щелканин Ю. В. Насосы для добычи нефти, Москва, Недра, 1986, с. 48-49). Протектор размещается между электродвигателем и насосом, а компенсатор подсоединяется к верхней части электродвигателя. A device is known for protecting an electric motor from formation fluid, comprising a tread comprising a section with an elastic diaphragm and a check valve, an upper and lower nipple and an upper and lower head, and a compensator with an elastic diaphragm and an overflow valve (see Bezzubov A.V. and Schelkanin Yu B. Pumps for oil production, Moscow, Nedra, 1986, pp. 48-49). A tread is placed between the electric motor and the pump, and a compensator is connected to the upper part of the electric motor.

Основными недостатками используемых устройств являются следующие. Во-первых, большая длина, около 2 м, что создает значительные сложности при спусках и подъемах насоса во время проведения ремонтных работ в скважинах с искривленным стволом. Во-вторых, при работе в результате вибрации возможно отворачивание крепежных болтов, разгерметизация насоса, обрыв двигателя и компенсатора. В-третьих, при снижении объема перекачиваемой жидкости ухудшаются условия охлаждения электродвигателя, что приводит к подъему температуры и увеличению давления масла. При увеличении давления происходит разрыв разделяющей диафрагмы или утечка масла через торцевые уплотнения и проникновение пластовой жидкости внутрь электродвигателя. При утечке масла из протектора подшипник, размещенный в верхней части протектора, не смазывается, что приводит к его перегреву, заклиниванию вала и преждевременному выходу оборудования из строя. The main disadvantages of the devices used are as follows. Firstly, a large length of about 2 m, which creates significant difficulties during the descent and rise of the pump during the repair work in wells with a curved shaft. Secondly, when working as a result of vibration, it is possible to loosen the mounting bolts, depressurize the pump, break the motor and compensator. Thirdly, with a decrease in the volume of pumped liquid, the cooling conditions of the electric motor worsen, which leads to a rise in temperature and an increase in oil pressure. With increasing pressure, the separation diaphragm ruptures or oil leaks through the mechanical seals and the formation fluid penetrates into the electric motor. When the oil leaks from the tread, the bearing located in the upper part of the tread is not lubricated, which leads to overheating, jamming of the shaft and premature failure of the equipment.

Техническим результатом изобретения является уменьшение общей длины устройства для защиты почти вдвое, уменьшение количества стыков, снижение опасности разгерметизации электропривода и вероятности обрыва электродвигателя, улучшение условий для прохождения насоса по искривленным участкам скважины при проведении спуско-подъемных операций, облегчение монтажа устройства и увеличение межремонтного периода работы насоса в целом. The technical result of the invention is to reduce the total length of the protection device by almost half, reduce the number of joints, reduce the risk of depressurization of the electric drive and the likelihood of motor breakage, improve the conditions for the pump to pass through the curved sections of the well during tripping, facilitate installation of the device and increase the overhaul period pump as a whole.

Технический результат достигается тем, что устройство для защиты электродвигателя от пластовой жидкости содержит последовательно установленные опорный подшипник, по меньшей мере, один компенсирующий узел, включающий секцию с эластичной диафрагмой и обратный клапан и лабиринтную секцию, имеющие осевые отверстия для размещения вала электродвигателя, полость эластичной диафрагмы компенсирующего узла, смежного с опорным подшипником, соединена сообщающим каналом с полостью этого подшипника, обратный клапан каждого компенсирующего узла выполнен с возможностью соединения полости эластичной диафрагмы с задиафрагменной полостью этого же узла, которая может быть соединена сообщающим каналом с полостью эластичной диафрагмы следующего компенсирующего узла или с одной из полостей лабиринтной секции, сообщенной в верхней части с другой ее полостью, соединенной в нижней части с внешней средой. The technical result is achieved in that the device for protecting the electric motor from the formation fluid comprises a support bearing, at least one compensating assembly, including a section with an elastic diaphragm and a check valve and a labyrinth section having axial holes for accommodating the motor shaft, a cavity of the elastic diaphragm of the compensating assembly adjacent to the thrust bearing is connected by a communicating channel to the cavity of this bearing, the check valve of each compensating assembly made with the possibility of connecting the cavity of the elastic diaphragm with the diaphragm cavity of the same node, which can be connected by a communicating channel with the cavity of the elastic diaphragm of the next compensating node or with one of the cavities of the labyrinth section communicated in the upper part with its other cavity connected in the lower part to the external Wednesday.

Сообщающие каналы и обратные клапаны могут быть выполнены в ниппелях с торцевыми уплотнениями, размещенных по одному соответственно между опорным подшипником и секцией с эластичной диафрагмой, между секциями с эластичной диафрагмой, между секцией с эластичной диафрагмой и лабиринтной секцией и между лабиринтной секцией и внешней средой. The communicating channels and non-return valves can be made in nipples with mechanical seals located one at a time between the pillow block and the section with elastic diaphragm, between the sections with elastic diaphragm, between the section with elastic diaphragm and the labyrinth section, and between the labyrinth section and the environment.

Устройство может быть снабжено нижним основанием (головкой), выполненным сменным для присоединения электродвигателей различных размеров. The device can be equipped with a lower base (head) made interchangeable for connecting electric motors of various sizes.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 - вид лабиринтной секции; на фиг.3 - вид секции с эластичной диафрагмой. In FIG. 1 shows a General view of the device; figure 2 is a view of the labyrinth section; figure 3 is a view of a section with an elastic diaphragm.

Устройство для защиты электродвигателя состоит из последовательно установленных входного модуля 1, соединительной муфты 2, установленной на валу 3, верхней головки 25, верхнего ниппеля 15 с дыхательной трубкой 14, лабиринтной секции 4, ниппеля 18 с обратным (дыхательным) клапаном 5, первой секции 6 с эластичной диафрагмой 21, ниппеля 27 с обратным клапаном 11, второй секции 12 с эластичной диафрагмой, нижнего ниппеля 7, опорного подшипника 8, нижней головки 9, соединительной муфты 13 и двигателя 10. A device for protecting an electric motor consists of a series-mounted input module 1, a coupling 2 mounted on a shaft 3, an upper head 25, an upper nipple 15 with a breathing tube 14, a labyrinth section 4, a nipple 18 with a non-return (breathing) valve 5, and the first section 6 with an elastic diaphragm 21, a nipple 27 with a non-return valve 11, a second section 12 with an elastic diaphragm, a lower nipple 7, a thrust bearing 8, a lower head 9, a coupling 13 and an engine 10.

Полость эластичной диафрагмы 21 секции 12 соединена сообщающим каналом 23 в нижнем ниппеле 7 с полостью опорного подшипника 8, а задиафрагменная полость секции 12 - сообщающим каналом в ниппеле 18 с полостью эластичной диафрагмы секции 6, задиафрагменная полость которой, в свою очередь, сообщена каналом 19 в ниппеле 18 с полостью защитного цилиндра 17 лабиринтной секции 4. Указанная полость сообщена в верхней части через отверстия 16 с другой полостью секции 4, которая в своей нижней части сообщена с внешней средой через верхний ниппель 15 посредством дыхательной трубки 14. The cavity of the elastic diaphragm 21 of section 12 is connected by a communicating channel 23 in the lower nipple 7 to the cavity of the support bearing 8, and the diaphragm cavity of section 12 is connected by a communicating channel in the nipple 18 to the cavity of the elastic diaphragm of section 6, the diaphragm cavity of which, in turn, is communicated by the channel 19 into the nipple 18 with the cavity of the protective cylinder 17 of the labyrinth section 4. The specified cavity is communicated in the upper part through the holes 16 with another cavity of the section 4, which in its lower part is in communication with the external environment through the upper nipple 15 by breathing tube 14.

Нижний ниппель 7, ниппель 27 и ниппель 18 имеют обратные клапаны и торцевые уплотнения 20, 26. The lower nipple 7, nipple 27 and nipple 18 have check valves and mechanical seals 20, 26.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Устройство после сборки полностью заполняется маслом МАПЭД. После монтажа устройства с двигателем 10 образуется единое пространство, заполненное полностью маслом. Для того, чтобы в двигатель 10 не попала пластовая жидкость, к нему присоединяют устройство. Чем больше в устройстве компенсирующих узлов - секций с эластичной диафрагмой, тем надежнее работает система. После спуска оборудования в скважину при помощи дыхательной трубки 14 в лабиринтной секции 4, сообщающих каналов 19 в ниппелях и эластичных диафрагм 21 происходит выравнивание внешнего давления и внутреннего в устройстве и в двигателе, так как они составляют единую систему. Через дыхательную трубку 14 не только происходит выравнивание давлений, но и в полость лабиринтной секции 4 попадает пластовая жидкость, вытесняя масло. По мере вытеснения масла жидкость поднимается вверх внутри секции 4. По достижении отверстий 16 в защитном цилиндре 17 жидкость попадает через сообщающий канал 19 в пространство между корпусом секции 6 и диафрагмой 21 в следующую секцию 12. Но так как диафрагма 4 бандажируется герметично, дальше пластовая жидкость проникнуть не может. Для большей гарантии существует еще одна секция 12 с эластичной диафрагмой 21, где уже между корпусом секции 12 и диафрагмой 21 находится масло. Это приводит к увеличению срока действия диафрагм 21. Под действием внешнего давления на диафрагму 21 (принцип сообщающего сосуда) происходит выравнивание давлений в оборудовании. Но при работе двигателя происходит нагрев масла и увеличивается внутреннее давление. Если это давление не сбросить, то произойдет порыв диафрагмы 21 и попадание пластовой жидкости в двигатель, после чего двигатель 10 уже не поддается ремонту. Чтобы избежать порыва диафрагмы 21, предложено применить обратный (дыхательный) клапан 5, через который происходит выпуск избытка масла. Избыток масла после нагрева из двигателя 10 передается через подшипники скольжения 24 в полость диафрагмы 21, но так как торцевое уплотнение 26 держит высокое давление, то срабатывает обратный клапан 11 (отрегулированный на Р = 0,8-1,2 атм). Излишки масла поступают в затрубное пространство 22 и через сообщающийся канал 23 - в полость следующей диафрагмы 21. Через обратный клапан 11 масло попадает в затрубное (задиафрагменное) пространство следующей секции 6, через сообщающий канал 19 - в полость защитного цилиндра 17 и через отверстия 16 цилиндра и дыхательную трубку 14 - во внешнюю среду. Таким образом, происходит выравнивание давлений при работе оборудования в скважине. After assembly, the device is completely filled with MAPED oil. After mounting the device with the engine 10, a single space is formed, completely filled with oil. In order to prevent formation fluid from entering the engine 10, a device is attached to it. The more compensating nodes there are in the device — sections with an elastic diaphragm, the more reliable the system works. After the equipment is lowered into the well by means of a breathing tube 14 in the labyrinth section 4, communicating channels 19 in the nipples and elastic diaphragms 21, the external pressure and the internal pressure in the device and in the engine are aligned, as they form a single system. Through the breathing tube 14, not only pressure equalization occurs, but formation fluid also enters the cavity of the labyrinth section 4, displacing the oil. As the oil is displaced, the liquid rises up inside the section 4. Upon reaching the holes 16 in the protective cylinder 17, the liquid enters through the communication channel 19 into the space between the body of the section 6 and the diaphragm 21 into the next section 12. But since the diaphragm 4 is bandaged tightly, the formation fluid is further cannot penetrate. For a greater guarantee, there is another section 12 with an elastic diaphragm 21, where there is already oil between the housing of the section 12 and the diaphragm 21. This leads to an increase in the duration of the diaphragms 21. Under the influence of external pressure on the diaphragm 21 (the principle of the communicating vessel), the pressure in the equipment is equalized. But when the engine is running, oil is heated and internal pressure increases. If this pressure is not relieved, then a rupture of the diaphragm 21 will occur and the formation fluid will enter the engine, after which the engine 10 can no longer be repaired. To avoid rupture of the diaphragm 21, it is proposed to use a check valve (breathing) 5 through which excess oil is released. The excess oil after heating from the engine 10 is transmitted through sliding bearings 24 to the cavity of the diaphragm 21, but since the mechanical seal 26 holds high pressure, the check valve 11 (adjusted to P = 0.8-1.2 atm) is activated. Excess oil enters the annulus 22 and through the communicating channel 23 into the cavity of the next diaphragm 21. Through the check valve 11, the oil enters the annulus (diaphragm) space of the next section 6, through the communicating channel 19 into the cavity of the protective cylinder 17 and through the holes 16 of the cylinder and breathing tube 14 - into the external environment. Thus, pressure equalization occurs during the operation of the equipment in the well.

В лабиринтной секции 4 задерживаются твердые частицы породы и уже не действуют отрицательно на работу торцевых уплотнений 20, 26. In the labyrinth section 4, solid rock particles are retained and no longer adversely affect the operation of mechanical seals 20, 26.

Вращение от двигателя 10 к насосу передается через валы 3 и муфтовые соединения. Наличие секций лабиринтной и с эластичными диафрагмами и торцевых уплотнений создает надежную защиту двигателя от попадания пластовой жидкости и выравнивает объемное изменение масла. The rotation from the engine 10 to the pump is transmitted through the shafts 3 and coupling joints. The presence of labyrinth sections with elastic diaphragms and mechanical seals provides reliable protection of the engine from the ingress of formation fluid and evens out the volumetric oil change.

Нижняя головка 9 выполнена съемной для присоединения электродвигателей различных размеров. The lower head 9 is removable for connecting electric motors of various sizes.

Claims

1. A device for protecting an electric motor from formation fluid, comprising a support bearing in series, at least one compensating assembly including a section with an elastic diaphragm, a check valve and a labyrinth section having axial openings for accommodating an electric motor shaft, an elastic diaphragm cavity of the compensating assembly adjacent with a support bearing connected by a communicating channel to the cavity of this bearing, the check valve of each compensating assembly is configured to connect the polo the elastic diaphragm with a diaphragm cavity of the same node, which can be connected by a communicating channel to the cavity of the elastic diaphragm of the next compensating node or with one of the cavities of the labyrinth section communicated in the upper part with its other cavity communicated in the lower part with the external environment.

2. The device according to claim 1, characterized in that the communicating channels and non-return valves are made in nipples with mechanical seals placed one at a time respectively between the thrust bearing and the section with elastic diaphragm, between sections with elastic diaphragm, between section with elastic diaphragm and labyrinth section and between the labyrinth section and the environment.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that it is provided with a lower head made interchangeable for connecting electric motors of various sizes.