close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

система для добычи нефти (варианты) и способы формирования движущего узла для погружной насосной системы, предохранения погружного электродвигателя и защиты компонентов электрической погружной насосной системы от накапливаемого газа

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 667
(13)
C2
(51) МПК
F04D 13/10
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2004128891/06, 30.09.2004
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
30.09.2004
(30) Конвенционный приоритет:
01.10.2003 US 60/507,929
29.09.2004 US 10/711,631
(43) Дата публикации за вки: 10.03.2006
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2046508 C1, 20.10.1995. RU 2162272
C1, 20.01.2001. RU 2177088 C1, 20.12.2001. US
2003/0156947 A1, 21.08.2003.
(73) Патентообладатель(и):
ШЛЮМБЕРГЕР ХОЛДИНГЗ ЛИМИТЕД (VG)
ДВИЖУЩЕГО УЗЛА ДЛЯ ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ СИСТЕМЫ, ПРЕДОХРАНЕНИЯ
ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ЗАЩИТЫ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ПОГРУЖНОЙ НАСОСНОЙ СИСТЕМЫ ОТ НАКАПЛИВАЕМОГО ГАЗА
(57) Реферат:
Изобретение относитс к устройствам и
способам дл подземной добычи углеводородной
текучей среды. Система дл добычи нефти
содержит погружной насос и движущий узел дл приведени в действие погружного насоса. Узел
включает
объединенные
секцию
погружного
электродвигател и секцию предохранительного
устройства дл герметизации электродвигател от
окружающей среды и аккомодации теплового
расширени внутренней смазочной жидкости и
вл етс единым устройством. Узел имеет
продольную ось и множество сообщенных
отверстий дл заливки масла, расположенных под
углом относительно продольной оси. Угол
расположени отверстий соответствует углу
установки движущего узла относительно вертикали
в процессе его заполнени маслом. Изобретение
направлено
на
повышение
эффективности
изготовлени и монтажа погружной насосной
системы. 7 н. и 42 з.п. ф-лы, 16 ил.
R U
2 3 0 0 6 6 7
(54) СИСТЕМА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ
Страница: 1
RU
C 2
C 2
Адрес дл переписки:
129010, Москва, ул. Б.Спасска , 25, стр.3,
ООО "Юридическа фирма Городисский и
Партнеры", пат.пов. Г.Б. Егоровой
2 3 0 0 6 6 7
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
R U
(72) Автор(ы):
ВАТСОН Артур (US),
ДОРНАК Стивен (US),
МИЛЛЕР Майкл В. (US),
САЙЕЛА Парвин (US),
КЕЙСИ Коуди (US),
МЭНК Грегори Х. (US),
МАККОРРИ Марк (GB),
РОУЭТТ Джон Д. (US),
АЛЛЕН Марк Э. (US),
НАРВАЭС Диего А. (US)
C 2
C 2
2 3 0 0 6 6 7
2 3 0 0 6 6 7
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 667
(13)
C2
(51) Int. Cl.
F04D 13/10
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2004128891/06, 30.09.2004
(24) Effective date for property rights: 30.09.2004
(30) Priority:
01.10.2003 US 60/507,929
29.09.2004 US 10/711,631
(43) Application published: 10.03.2006
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
(73) Proprietor(s):
ShLJuMBERGER KhOLDINGZ LIMITED (VG)
(54) OIL EXTRACTION SYSTEM (VARIANTS) AND METHODS FOR CREATING MOVING UNIT FOR
2 3 0 0 6 6 7
R U
(57) Abstract:
FIELD:
engineering
of
equipment
for
underground
extraction
of
hydrocarbon
freeflowing substance.
SUBSTANCE: oil extraction system contains downpump and driving unit for activating the downpump. Unit includes combined section of immersed
electric engine and preventing device section for
isolating electric engine from environment and
for accommodating heat expansion of internal
oiling liquid, and is a single device. Unit has
longitudinal axis and a set of connected
apertures for oil intake, positioned at an angle
relatively
to
longitudinal
axis.
Aperture
positioning angle corresponds to mounting angle
of driving unit relatively to vertical line in
process of filling it with oil.
EFFECT: increased efficiency of manufacture
and mounting of down-pump system.
7 cl, 16 dwg
Страница: 3
EN
C 2
C 2
DOWN-PUMP SYSTEM, FOR PRESERVING IMMERSED ELECTRIC ENGINE AND FOR
PROTECTING COMPONENTS OF ELECTRIC DOWN-PUMP SYSTEM FOR ACCUMULATED GAS
2 3 0 0 6 6 7
Mail address:
129010, Moskva, ul. B.Spasskaja, 25, str.3,
OOO "Juridicheskaja firma Gorodisskij i
Partnery", pat.pov. G.B. Egorovoj
R U
(72) Inventor(s):
VATSON Artur (US),
DORNAK Stiven (US),
MILLER Majkl V. (US),
SAJELA Parvin (US),
KEJSI Koudi (US),
MEhNK Gregori Kh. (US),
MAKKORRI Mark (GB),
ROUEhTT Dzhon D. (US),
ALLEN Mark Eh. (US),
NARVAEhS Diego A. (US)
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
В р де подземных сред, типа сред, окружающих скважины, при добыче углеводородных
текучих сред используют погружные электрические насосные системы. Погружные
электрические насосные системы содержат погружной насос, приводимый в действие
погружным электродвигателем, который герметизирован от окружающей текучей среды
скважины отдельным предохранительным устройством электродвигател . Отдельное
предохранительное устройство электродвигател также компенсирует тепловое
расширение моторного масла внутри погружного электродвигател , например, во врем перемещени в ствол скважины и/или работы системы.
Индивидуальные компоненты погружной насосной системы, например, погружной
электродвигатель и предохранительное устройство электродвигател доставл ют к месту
расположени скважины в виде отдельных компонентов. Затем эти отдельные компоненты
собирают до того, как их переместить по нисход щей скважине в ствол скважины.
Погружной электродвигатель и предохранительное устройство электродвигател имеют
стыковочные фланцы, скрепл емые вместе множеством болтов. Однако использование
отдельных компонентов ведет к неэффективности при изготовлении и монтаже погружной
насосной системы.
Известна система дл добычи нефти, содержаща погружной насос и движущийс узел
дл приведени в действие погружного насоса, имеющий секцию электродвигател и
секцию предохранительного устройства электродвигател дл герметизации секции
электродвигател от окружающей текучей среды и аккомодации теплового расширени внутренней смазочной жидкости во врем добычи нефти и вл ющийс единым
устройством, имеющим продольную ось и множество сообщенных отверстий дл заливки
масла (см., например, патент РФ 2046508 от 20.10.1995).
Известен способ формировани движущего узла дл погружной насосной системы,
содержащий соединение вала секции электродвигател к валу секции предохранительного
устройства дл образовани соединени и предварительное заполнение секции
электродвигател и секции предохранительного устройства смазочной жидкостью (см.,
например, патент РФ 2046508).
Известен способ предохранени погружного электродвитател , содержащий
изготовление движущего узла дл погружной насосной системы с объединенными секцией
электродвигател и секцией предохранительного устройства и доставку движущего узла к
скважине добычи нефти в виде единого узла (см., например, патент РФ 2046508).
Известна система дл добычи нефти, содержаща секцию электродвигател , имеющую
электрическое кабельное соединение (см., например, патент РФ 2162272 от 20.01.2001).
Известна система добычи нефти, содержаща движущий узел дл приведени в
действие погружного насоса, имеющий коренной подшипник, расположенный вокруг
ведущего вала (см., например, патент РФ 2046508).
Задачей насто щего изобретени вл етс создание простой по выполнению и
эффективной системы дл добычи нефти и способов формировани движущего узла этой
системы, предохранени погружного электродвигател и защиты компонентов этой
системы от накапливаемого газа.
Одним объектом насто щего изобретени вл етс система дл добычи нефти,
содержаща погружной насос и движущийс узел дл приведени в действие погружного
насоса, имеющий секцию электродвигател и секцию предохранительного устройства
электродвигател дл герметизации секции электродвигател от окружающей текучей
среды и аккомодации теплового расширени внутренней смазочной жидкости во врем добычи нефти и вл ющийс единым устройством, имеющим продольную ось и множество
сообщенных отверстий дл заливки масла. Согласно изобретению отверсти дл заливки
масла расположены под углом относительно указанной оси таким образом, что угол
отверстий соответствует углу установки движущего узла относительно вертикали в
процессе его заполнени маслом.
Секци электродвигател может содержать вал секции электродвигател , а секци предохранительного устройства электродвигател может содержать вал секции
Страница: 4
DE
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
предохранительного устройства электродвигател , причем вал секции электродвигател и
вал секции предохранительного устройства электродвигател соединены друг с другом.
Вал секции электродвигател и вал секции предохранительного устройства
электродвигател могут быть соединены посредством резьбового соединени .
Вал секции электродвигател и вал секции предохранительного устройства
электродвигател могут быть соединены посредством посадки с нат гом или посредством
поперечного болта.
Движущий узел может содержать электрическое кабельное соединение, имеющее
смещаемое пружиной оконечное устройство, способное перемещатьс между
герметизированным положением и открытым положением.
Секци предохранительного устройства может содержать головную часть
предохранительного устройства, имеющую поперечное выпускное отверстие дл песка.
Секци предохранительного устройства может дополнительно содержать подшипник и
колпак, предохран ющий подшипник от песка.
Движущий узел может содержать по меньшей мере один коренной подшипник, имеющий
замен емый протектор дл уменьшени износа.
Замен емый протектор дл уменьшени износа может быть соединен с валом с
помощью шпонки и стопора или с помощью кольца допустимого отклонени .
Движущийс узел может содержать множество подшипников, имеющих
самосмазывающие втулки.
Секци электродвигател может содержать подшипник ротора, имеющий
подпружиненную шпонку.
Секци электродвигател может содержать встроенный чувствительный элемент дл считывани по меньшей мере одного св занного со скважиной параметра.
Вторым объектом насто щего изобретени вл етс способ формировани движущего
узла дл погружной насосной системы, содержащий соединение вала секции
электродвигател к валу секции предохранительного устройства дл образовани соединени и предварительное заполнение секции электродвигател и секции
предохранительного устройства смазочной жидкостью. Согласно изобретению
осуществл ют размещение герметизированного корпуса вокруг указанного соединени дл образовани объединенных секции электродвигател и секции предохранительного
устройства и формирование головной части секции предохранительного устройства с
боковыми выпускными отверсти ми дл песка, расположенными выше подшипника секции
предохранительного устройства.
Способ может дополнительно содержать перемещение объединенных секции
электродвигател и секции предохранительного устройства к требуемому местоположению
ствола скважины.
На стадии присоединени можно использовать соединительную муфту с резьбовым
сочленением.
На стадии размещени можно выполн ть зацепление с помощью резьбы кожуха секции
электродвигател с кожухом секции предохранительного устройства.
Способ может дополнительно содержать обеспечение секции электродвигател оконечным устройством, которое смещаетс пружиной к герметизированному положению,
причем оконечное устройство способно перемещатьс к открытому положению при
получении забиваемым образом кабельного соединител .
Способ может дополнительно содержать обеспечение объединенных секции
электродвигател и секции предохранительного устройства коренным подшипником,
имеющим замен емый протектор дл уменьшени износа.
Способ может дополнительно содержать использование подшипника с
самосмазывающей втулкой.
Способ может дополнительно содержать включение встроенного чувствительного
элемента в секцию электродвигател .
Третьим объектом насто щего изобретени вл етс способ предохранени погружного
Страница: 5
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
электродвигател , содержащий изготовление движущего узла дл погружной насосной
системы с объединенными секцией электродвигател и секцией предохранительного
устройства и доставку движущего узла к скважине добычи нефти в виде единого узла.
Согласно изобретению осуществл ют размещение чувствительного элемента в секции
электродвигател .
Способ может дополнительно содержать предварительное заполнение движущего узла
смазочным маслом до доставки движущего узла к эксплуатационной скважине.
Способ может дополнительно содержать соединение по оси вала секции
электродвигател с валом секции предохранительного устройства.
Соединение по оси может содержать использование единственного унитарного вала или
соединительной муфты дл создани перманентного соединени между валом секции
электродвигател и валом секции предохранительного устройства.
Способ может дополнительно содержать формирование выпускного отверсти дл песка
в головной части секции предохранительного устройства.
Способ может дополнительно содержать использование коренных подшипников,
имеющих замен емые протекторы дл уменьшени износа в движущем узле.
Способ может дополнительно содержать использование коренных подшипников,
имеющих самосмазывающие втулки в движущем узле.
Способ может дополнительно содержать использование подшипников ротора, имеющих
подпружиненные шпонки.
Способ может дополнительно содержать формирование сообщенных отверстий под
углом относительно оси движущего узла, когда он установлен под требуемым углом.
Четвертым объектом насто щего изобретени вл етс система дл добычи нефти,
содержаща секцию электродвигател , имеющую электрическое кабельное соединение,
которое согласно изобретению имеет оконечное устройство, способное перемещатьс между герметизированным положением и открытым положением, которое обеспечивает
св зь по текучей среде между границей раздела соединени и внутренним объемом секции
электродвигател .
Система может дополнительно содержать пружину дл смещени пружиной оконечного
устройства в герметизированное положение.
Система может дополнительно содержать диэлектрическую прокладку дл ограничени чрезмерной утечки электрического тока.
Система может дополнительно содержать секцию предохранительного устройства,
посто нно соединенную с секцией электродвигател .
П тым объектом насто щего изобретени вл етс система добычи нефти, содержаща движущий узел дл приведени в действие погружного насоса, имеющий коренной
подшипник, расположенный вокруг ведущего вала, и согласно изобретению имеющий
замен емую соединительную втулку, закрепленную прессовой посадкой на ведущем валу
посредством кольца допустимого отклонени в виде тонкой соединительной втулки,
имеющей рифление.
Система может содержать множество коренных подшипников, каждый из которых имеет
замен емый протектор дл уменьшени износа.
Движущийс узел может содержать секцию электродвигател и секцию
предохранительного устройства, собранные в виде единого узла.
Шестым объектом насто щего изобретени вл етс система дл добычи нефти,
содержаща электрическую погружную насосную систему, имеющую секцию
электродвигател и секцию предохранительного устройства, в которой согласно
изобретению по меньшей мере одна из секции электродвигател и секции
предохранительного устройства содержит пузырьковый сборник, содержащий каркас,
имеющий специально предназначенный объем дл сбора выдел емых газов.
Секци электродвигател и секци предохранительного устройства могут быть
изготовлены в виде единого узла.
Пузырьковый сборник может быть расположен в секции предохранительного устройства.
Страница: 6
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Каркас может быть расположен выше м гкого резервуара предохранительного
устройства
Система может дополнительно содержать систему предохранительного клапана в
сообщении со специально предназначенным объемом дл выпуска газа из пузырькового
сборника.
Седьмым объектом насто щего изобретени вл етс способ защиты компонентов
электрической погружной насосной системы от накапливаемого газа, содержащий
расположение в по меньшей мере одной из секции электродвигател и секции
предохранительного устройства электрической погружной насосной системы пузырькового
сборника с каркасом, имеющим специально предназначенный объем, достаточный дл сбора газа, который в противном случае преп тствует смазке внутренних компонентов.
Пузырьковый сборник можно располагать над компонентом, чувствительным к
повреждению внешним воздействием накапливаемым газом.
Можно использовать пузырьковый сборник с каркасом, имеющим множество
вентил ционных отверстий дл протекани газа в специально предназначенный объем.
Можно использовать пузырьковый сборник, расположенный вокруг вращающегос вала.
Ниже будут описаны некоторые варианты осуществлени изобретени со ссылками на
прилагаемые чертежи, на которых подобные ссылочные позиции обозначают аналогичные
элементы и изображено следующее:
фиг.1 представл ет вид спереди электрической погружной насосной системы,
расположенной в стволе скважины согласно варианту осуществлени насто щего
изобретени ;
фиг.2 представл ет вид в разрезе, выполненном в общем по оси движущего узла
согласно варианту осуществлени насто щего изобретени ;
фиг.3 представл ет вид в разрезе другого варианта осуществлени секции
электродвигател и секции предохранительного устройства, иллюстрируемых на фиг.2;
фиг.4 представл ет другой вид системы, показанной на фиг.3, после завершени сооружени движущего узла;
фиг.5 представл ет вид в разрезе кабельного соединител в герметизированном
положении, согласно варианту осуществлени насто щего изобретени .
Ниже будут описаны некоторые варианты осуществлени изобретени со ссылками на
прилагаемые чертежи, на которых подобные ссылочные позиции обозначают аналогичные
элементы и изображено следующее:
фиг.1 представл ет вид спереди электрической погружной насосной системы,
расположенной в стволе скважины, согласно варианту осуществлени насто щего
изобретени ;
фиг.2 представл ет вид в разрезе, выполненном в общем по оси движущего узла,
согласно варианту осуществлени насто щего изобретени ;
фиг.3 представл ет вид в разрезе другого варианта осуществлени секции
электродвигател и секции предохранительного устройства, иллюстрируемых на фиг.2;
фиг.4 представл ет другой вид системы, показанной на фиг.3, после завершени сооружени движущего узла;
фиг.5 представл ет вид в разрезе кабельного соединител в герметизированном
положении согласно варианту осуществлени насто щего изобретени ;
фиг.6 представл ет вид, аналогичный фиг.5, но показывающий кабельное соединение в
разгерметизированном положении;
фиг.7 представл ет вид в разрезе головной части секции предохранительного
устройства, иллюстрируемой на фиг.2;
фиг.8 представл ет вид в разрезе системы коренного подшипника, показанной на фиг.2;
фиг.9 представл ет альтернативный вариант осуществлени системы коренного
подшипника, иллюстрируемой на фиг.8;
фиг.10 представл ет вид с торца кольца допустимого отклонени , показанной на фиг.9;
фиг.11 представл ет вид в разрезе системы подшипников ротора, показанной на фиг.2;
Страница: 7
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
фиг.12 представл ет вид с торца системы подшипников ротора, показанной на фиг.11;
фиг.13 представл ет вид сбоку варианта осуществлени секции электродвигател с
встроенным чувствительным элементом дл измерени параметра ствола скважины
согласно варианту осуществлени насто щего изобретени ;
фиг.14 представл ет вид движущего узла, установленного под углом, дл улучшени заполнени узла внутренней моторной жидкостью;
фиг.15 представл ет вид в разрезе пузырькового сборника, выполненного в общем по
оси узла, согласно варианту осуществлени насто щего изобретени ;
фиг.16 представл ет вид в разрезе, по линии 16-16 фиг.15.
В последующем описании сформулированы многочисленные детали, предназначенные
дл понимани насто щего изобретени . Однако специалистам в данной области техники
должно быть пон тно, что насто щее изобретение может быть осуществлено без этих
деталей, и что могут быть возможны многочисленные видоизменени или модификации
описанных вариантов осуществлени .
Насто щее изобретение в общем касаетс системы и способа добычи основанных на
углеводороде текучих сред из подземных пластов. Система и способ используютс в
электрической погружной насосной системе, имеющей погружной электродвигатель и
предохранительное устройство электродвигател , объединенные в единое устройство. В
одном варианте осуществлени секци электродвигател объединена с механизмом
предохранительного устройства типа м гкого резервуара предохранительного устройства
и/или лабиринтной компенсационной камеры предохранительного устройства. Такое
объединение можно использовать, например, дл исключени двойных частей, и дл исключени пополнени узла маслом в полевых услови х. Однако устройства и способы
насто щего изобретени не ограничены использованием в конкретных применени х,
которые описаны здесь.
На фиг.1 показана система 20 согласно варианту осуществлени насто щего
изобретени . Система 20 содержит электрическую погружную насосную систему 22,
развертываемую в подземной среде, типа нефтедобывающей скважины.
В иллюстрируемом варианте осуществлени электрическую погружную насосную
систему 22 развертывают в стволе 24 скважины с помощью системы 26 развертывани ,
типа эксплуатационной насосно-компрессорной колонны или намотанной насоснокомпрессорной колонны. Однако можно использовать другие типы систем развертывани ,
например кабельные системы развертывани . В частности, насосна система 22
подвешена от усть 28 скважины с помощью системы 26 развертывани , и основанна на
углеводороде текуча среда добываетс вверх к устью 28 скважины через
эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, котора составл ет систему 26
развертывани . Устье 28 скважины расположено в местоположении на поверхности, типа у
поверхности 29 земли.
В иллюстрируемом варианте, ствол 24 скважины пробурен в формацию 30,
содержащую, например, нефть. Ствол скважины может быть облицован обсадной трубой
32 скважины, имеющей отверсти 34, через которые нефть протекает из формации 30 в
ствол 24 скважины. Однако следует отметить, что систему 20 можно использовать в
других применени х, типа применений закачивани , где в формацию 30 закачивают флюид.
Электрическа погружна насосна система 22 содержит погружной насос 36,
подсоединенный к системе 26 развертывани соединителем 38. Флюид вт гиваетс в
погружной насос 36 через всасывающее отверстие 40 насоса. Погружной насос 36
снабжаетс электроэнергией посредством движущего узла 42, который получает
электроэнергию по силовому кабелю 44. Как обсуждаетс ниже, движущий узел 42
представл ет собой единое устройство, которое объедин ет секцию электродвигател с
секцией предохранительного устройства электродвигател , способной выравнивать
давление между стволом 24 скважины и внутренней частью секции электродвигател нар ду с приспосабливанием к расширению/сжатию смазочной жидкости, например
моторного масла, внутри движущего узла 42.
Страница: 8
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Объединение погружного электродвигател и предохранительного устройства
электродвигател в единственном устройстве может снижать себестоимость за счет
исключени частей и упрощени монтажа в полевых услови х. Дополнительно,
объединенный движущий узел 42 может быть предварительно заполнен моторным маслом.
При исключении необходимости объедин ть отдельные электродвигатель и
предохранительное устройство электродвигател , движущий узел может быть аккуратно
предварительно заполнен на заводе без потери масла в полевых услови х вследствие
сборки отдельных компонентов. Таким образом, во врем монтажа электрической
погружной насосной системы 22 в стволе 24 скважины экономитс врем и снижаютс затраты.
На фиг.2 показан вариант осуществлени движущего узла 42. Движущий узел 42
содержит внешний кожух 46, который вмещает секцию 48 электродвигател и секцию 50
предохранительного устройства электродвигател . Секци 48 электродвигател содержит,
например, секцию 52 ротора и статора и вращаемую с помощью нее секцию 54 вала.
Секци 54 вала вращаемым образом и по оси прикреплена к секции 56 вала секции 50
предохранительного устройства. Секции 54 и 56 вала вращаютс вместе вокруг оси 58
движущего узла 42. Секци 50 предохранительного устройства содержит разделительную и
компенсационную камеру, котора может быть образована в множестве форм. Например,
разделительную и компенсационную камеру 59 можно формировать в виде одной или
больше лабиринтных или м гких компенсационных камер. Камера 59 используетс дл отделени флюида ствола скважины от моторной жидкости нар ду с обеспечением
возможности расширени /сжати моторного масла.
Секции 54 и 56 вала вращаемым образом установлены внутри внешнего кожуха 46 через
множество коренных подшипников 60, имеющих протекторы 62 дл уменьшени износа. В
движущем узле 42 также можно использовать другие типы подшипников. Например, в
секции 48 электродвигател можно использовать подшипник 64 ротора. Движущий узел 42
также может содержать другие компоненты. Например, в секции 48 электродвигател может быть установлен за одно целое чувствительный элемент 66. В иллюстрируемом
варианте осуществлени чувствительный элемент 66 содержит многоцелевое
измерительное устройство, которое можно использовать дл считывани одного или более
параметров, св занных со стволом скважины. Электроэнергию дл секции 48
электродвигател обеспечивают через силовой кабель 44, подсоединенный к
электрическому кабельному соединению 67.
Секцию 54 вала и секцию 56 вала можно формировать в виде общего вала, проход щую
через секцию 48 электродвигател и секцию 50 предохранительного устройства
электродвигател . Секции вала также можно прикрепл ть по оси посредством
приваривани коррозионно-устойчивой секции 56 вала к стальной секции 54 вала
электродвигател . Коррозийна стойкость вл етс выгодной, потому что секци 56 вала
может подвергатьс воздействию флюида скважины, и поэтому дл формировани секции
56 вала можно использовать коррозионно-устойчивый сплав, например, Monel®, Inconel®
или нержавеющую сталь. На фиг.2 приваривание секций вала иллюстрируетс сварным
соединением 68, показанным фантомными лини ми. В другом варианте осуществлени секци 54 вала и секци 56 вала соединены посто нно с помощью фитинга и конца одной
секции вала в открытом конце другой и креплени по оси секций, например, через
посадку с нат гом, пайку м гким припоем или пайку твердым припоем. Посредством
примера, фиг.2 иллюстрирует открытый конец 70, типа соединительной втулки, дл приема
конца смежной секции вала.
Что касаетс фиг.3, то на ней показан другой вариант осуществлени объединенных
секций 54 и 56 вала. В этом варианте осуществлени секции вала прикреплены друг к
другу по оси на заводе, но секции вала потенциально могут раздел тьс , чтобы
облегчать изготовление и обслуживание движущего узла 42. Секции 54 и 56 вала
соединены на заводе посредством резьбового соединени . В этом варианте
осуществлени конец 72 одной секции вала вставлен в гнездо 74 смежной в осевом
Страница: 9
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
направлении секции. Вращающий момент может передаватьс р дом механизмов, таких
как составл ющие одно целое шлицы 76, один или более поперечные болты 78 (показаны
фантомными лини ми), одна или более шпонки 80 (показаны фантомными лини ми) или
резьба в муфтовом соединении. Вес секции 54 вала электродвигател и прикрепленного
ротора может поддерживатьс , например, поперечными болтами 78, резьбой во втором
соединении или переходной муфтой 82 с нарезкой. Переходна муфта 82 с нарезкой
подвешена на буртике или сепараторном кольце 84, прикрепленном к секции 56 вала.
Стопорный винт 86 можно использовать дл предотвращени отхода переходной муфты 82
с нарезкой, как только она навинчена на конец секции 54 вала.
Как иллюстрируетс на фиг.3 и 4, когда секции 54 и 56 вала прикреплены по оси друг
к другу, поверх соединени может быть перемещен участок 88 внешнего кожуха 46, чтобы
закрыть соединение. Затем внешний кожух 46 может быть завершен, например,
зацеплением с помощью резьбы участка 88 (внешнего кожуха, который закрывает секцию
48 электродвигател ) с участком 90 (внешнего кожуха 46, который закрывает секцию 50
предохранительного устройства), как иллюстрируетс на фиг.4.
Чтобы дополнительно преп тствовать потере моторного масла между предварительным
заполнением на заводе и монтажом электрической погружной насосной системы в стволе
24 скважины, электрическое кабельное соединение 67 может содержать систему 92
предотвращени потери текучей среды, как показано на фиг.5 и 6. Следует отметить, что
систему 92 предотвращени потери текучей среды можно использовать с множеством
погружных электродвигателей и движущих узлов, и она не ограничена использованием с
описанными здесь вариантами осуществлени . Система 92 предотвращает потери
моторного масла между временем, когда колпачок дл перевозки удален с соединени 67
электрического кабел , и временем, когда кабельный соединитель 94 (фиг.6) вставлен в
кабельное соединение 67. Как только кабельный соединитель 94 вставлен в кабельное
соединение 67, устанавливаетс св зь по текучей среде между границей 96 раздела
соединени и внутренним объемом 98 секции 48 электродвигател , в котором давление
уравновешено со стволом 24 скважины. Таким образом, соединение электрического кабел 67 вл етс переходным между закрытым или герметизированным положением, как лучше
всего иллюстрировано на фиг.5, и открытым положением, как лучше всего иллюстрировано
на фиг.6. Кабельное соединение 67 предотвращает повреждение соединени высоким
перепадом давлени через приток флюида скважины или через чрезмерное усилие.
Кабельное соединение 67 также гарантирует, что какие-либо небольшие утечки флюида
скважины в электрическое кабельное соединение разбавл ютс и трат тс внутри
электродвигател . Вместо концентрировани в электрическом кабельном соединении 67,
где они наиболее веро тно могут вызвать короткое замыкание в электрической цепи,
благодар открытому положению соединени 67 какие-либо небольшие вторгающиес количества флюида скважины могут протекать во внутренний объем 98.
На фиг.5 показана система 92 предотвращени потери текучей среды, как имеюща подпружиненное оконечное устройство 100. Оконечное устройство 100 действует, как
вентильный тарельчатый клапан, и смещаетс в герметизированное положение. В этом
варианте осуществлени оконечное устройство 100 скольз щим образом установлено в
порте 102 оконечного устройства, где подводка 104 электродвигател проходит в
провод щий контакт с провод щим элементом 106 оконечного устройства 100. Пружинный
элемент 108 смещает оконечное устройство 100 к сепараторному кольцу 110 и
герметизированному положению. Сальниковое уплотнение 112, типа кольцевой
уплотнительной прокладки, расположено между оконечным устройством 100 и внутренней
поверхностью порта 102 оконечного устройства дл герметизировани электрического
кабельного соединени 67 от притока нежелательной текучей среды. Когда оконечное
устройство 100 перемещаетс против действи пружинного элемента 108 и к открытому
положению, иллюстрируемому на фиг.6, сальниковое уплотнение 112 перемещаетс по
рельефной выемке 114, сформированной во внутренней стенке порта 102 оконечного
устройства. Перемещение оконечного устройства 100 против смещени пружины
Страница: 10
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пружинного элемента 108 может быть выполнено, например, посредством забивани кабельного соединител 94 в электрическое кабельное соединение 67, как иллюстрировано
на фиг.6. В этом варианте осуществлени пружинный элемент 108 также сжимает
диэлектрическую прокладку 116 между смежными лицевыми поверхност ми кабельного
соединител 94 и оконечного устройства 100 по границе 96 раздела соединени .
Диэлектрическа прокладка 116 ограничивает нежелательную чрезмерную утечку тока.
На фиг.7 показан движущий узел 42, содержащий механизм 118 защиты, который
понижает потенциальную возможность повреждени песком движущего узла 42. Этот
особенный признак также можно адаптировать к другим типам предохранительных
устройств электродвигател и скважинных компонентов. Как показано, механизм 118
защиты содержит одно или больше выпускные отверсти 120 дл песка, которые
образованы в поперечном направлении сквозь внешний кожух 46 в головной части 122
секции 50 предохранительного устройства электродвигател . Выпускные отверсти 120 дл песка обеспечивают возможность промывки песка из секции 50 предохранительного
устройства флюидом скважины прежде, чем песок может повредить коренные подшипники
60 или другие внутренние компоненты движущего узла 42. Механизм 118 защиты
также может содержать колпак 124, установленный поверх верхнего или головного
подшипника 60, чтобы блокировать перемещение песка вниз к верхнему коренному
подшипнику или другим внутренним компонентам. Между колпаком 124 и головным
подшипником 60 может быть установлено вращающеес сальниковое уплотнение 125 вала.
Кроме того, колпак 124 может приниматьс и удерживатьс на месте выемкой 126,
образованной по внутреннему диаметру внешнего кожуха 46. Хот колпак 124 может быть
изготовлен из р да материалов, иллюстрируемый колпак сформирован из полимерного
материала, типа эбонита. Дополнительно или альтернативно, головной подшипник 60
может быть изготовлен из керамического или карбидного материала, чтобы противосто ть
истиранию от флюида скважины и противосто ть износу вследствие вибрации,
происход щей от работы погружного насоса 36.
В вариантах осуществлени , иллюстрируемых на фиг.8, 9, 10, в коренных подшипниках
60 используютс протекторы 62 дл уменьшени износа, которые вл ютс замен емыми.
Таким образом, в движущем узле 42 могут быть установлены новые протекторы 62 дл уменьшени износа с целью продлени полезного ресурса узла. Ссыла сь конкретно на
фиг.8, отметим, что каждый протектор 62 дл уменьшени износа съемным образом
соединен либо с секцией 54 вала, либо с секцией 56 вала с помощью шпонки 128 и пары
пружинных запорных колец 130. Шпонка 128 преп тствует вращательному перемещению
протектора 62 дл уменьшени износа относительно секции вала, а пружинные запорные
кольца 130 ограничивают аксиальное перемещение протектора 62 дл уменьшени износа
по секции вала. Дополнительно, каждый радиально-упорный подшипник 60 может
содержать самосмазывающую втулку 132. Втулки 132 могут использоватьс по всему
движущему узлу 42, включа внутреннюю часть подшипников ротора секции 48
электродвигател , дл снижени износа подшипников в условии недостаточной смазки и
старени масла. Самосмазывающа втулка 132 может быть разработана так, чтобы
наезжать на цапфы из твердого сплава. Примеры соответствующих материалов втулок
включают втулки из листового металла с полимерным покрытием, типа втулок из листового
металла с полимерным покрытием Glacier Hi-eX® или DP4®.
Альтернативный вариант осуществлени коренных подшипников 60 и замен емых
протекторов 62 дл уменьшени износа иллюстрируетс на фиг.9 и 10. В этом варианте
осуществлени каждый протектор 62 дл уменьшени износа помещен на секцию 54 или 56
вала с использованием кольца 134 допустимого отклонени . Кольцо 134 допустимого
отклонени обеспечивает возможность прессовой посадкой замен емого протектора 62 дл уменьшени износа на валу в местоположении, удаленном от концов вала, без
необходимости в прессовой посадке протектора 62 дл уменьшени износа по всей длине
вала между концом вала и требуемым местоположением подшипника. Как лучше всего
показано на фиг.10, каждое кольцо 134 допустимого отклонени можно формировать в
Страница: 11
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
виде тонкой соединительной втулки, имеющей рифление 136, которое обеспечивает
возможность создани прессовой посадки между двум цилиндрическими част ми.
Движущий узел 42 также содержит один или несколько подшипников 64 ротора, которые
вращательным образом удерживаютс на месте дл предотвращени быстрого вращени подшипника вместе с секцией 54 вала электродвигател . В этом варианте осуществлени ,
как иллюстрируетс на фиг.11 и 12, каждый подшипник 64 ротора содержит
подпружиненную шпонку 138, расположенную по внешней поверхности 140 подшипника 64
ротора. Подпружиненна шпонка 138 смещаетс в радиальном направлении наружу дл зацеплени с окружающей структурой типа внутренней поверхности слоистой структуры
статора внутри секции 48 электродвигател . Шпонка 138 смещаетс наружу пружиной 142,
сжатой между углублением 144, образованным сквозь внешнюю поверхность 140, и
углублением 146, образованным во внутренней части шпонки 138. Подшипник 64 ротора
также может содержать самосмазывающую втулку 148, установленную по радиально
внутренней стороне подшипника, то есть по секции 54 вала.
Как иллюстрируетс на фиг.12, самосмазывающа втулка 148 может быть разработана
дл посадки с нат гом при размещении самосмазывающей втулки внутри окружающего
корпуса 150 подшипника. Проблема, св занна с такими посадками с нат гом, состоит в
том, что когда втулку вжимают в корпус подшипника, имеющий шпоночную канавку,
подшипник деформируетс из окружности, поскольку канавка снижает жесткость
подшипника в этом месте относительно остальной не снабженной шпонкой секции.
Соответственно, дл выравнивани деформации и сохранени округлости в пределах
требуемых допусков к корпусу подшипника 150 добавлены дополнительные шпоночные
канавки или пазы 152. Например, пазы 152 могут быть расположены во взаимодействии с
существующими шпоночными канавками, чтобы формировать разрывы, расположенные на
равных рассто ни х друг от друга вокруг корпуса подшипника.
Как иллюстрируетс на фиг.13, секци 48 электродвигател также может содержать
чувствительный элемент 66 дл считывани по меньшей мере одного св занного со
скважиной параметра, типа температуры, давлени , вибрации и/или скорости потока.
Чувствительным элементом 66 может быть многоцелевое измерительное устройство,
предназначенное дл считывани множества параметров. В этом варианте осуществлени чувствительный элемент 66 заполнен воздухом атмосферного давлени и изолирован от
давлени моторного масла и давлени в скважине, например, посредством нерезьбовой
перемычки 156, к которой прикреплены электрические и измерительные компоненты 158
чувствительного элемента. Перемычка 156 предназначена дл монтажа в секции 48
электродвигател без вращени , чтобы избегать перекручивани электропроводки. Также,
перемычку 156 устанавливают между подмоторной плитой 160 и внешним кожухом 162
чувствительного элемента. Кожух 162 не прикреплен к компонентам 158 чувствительного
элемента, но проходит по внешней части перемычки 156 дл прикреплени к следующей
смежной секции внешнего кожуха 46, например, посредством резьбового соединени 164.
Как обсуждалось выше, конструкци движущего узла 42 в виде единого устройства с
объединенными секцией электродвигател и предохранительной секцией обеспечивает
возможность предварительного заполнени узла внутренней текучей средой, не беспоко сь
о потере текучей среды позднее. Вследствие потенциальной высоты движущего узла 42,
такое предварительное заполнение движущего узла можно облегчить при заполнении узла,
расположенного под углом. Например, движущий узел может быть установлен под углом,
обозначенным ссылочной позицией 166, составл ющим менее 45 градусов от горизонтали.
Соответственно, множество св занных отверстий 168 дл заливки масла также
расположены под углом относительно оси 58 дл лучшего выпуска пузырьков во врем заполнени движущего узла 42 маслом. Св занные отверсти дл заливки масла можно
формировать под углом сквозь множество структур движущего узла, включа , например,
головную часть 170 электродвигател , корпус 172 сальникового уплотнени , раму 174
м гкого резервуара и головную часть 176 предохранительного устройства. Угол св занных
отверстий дл заливки масла можно выбрать так, чтобы он в общем соответствовал
Страница: 12
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
требуемому углу 166, таким образом облегча выпуск пузырьков.
Накапливаемый газ может создавать проблемы, если позволить ему накапливатьс поблизости от внутренних компонентов, типа сальниковых уплотнений вала, подшипников,
областей чередующегос поглощени и выделени газа камер предохранительного
устройства или других восприимчивых компонентов. Пузырьки, захваченные во
вращающихс компонентах, таких как сальниковые уплотнени вала и подшипники, могут
вызывать повреждени из-за исключени смазки маслом. Дополнительно, пузырьки,
захваченные в области чередующегос поглощени и выделени газа камеры
предохранительного устройства могут вт гиватьс вниз во вращающиес компоненты под
камерой, когда секци электродвигател выключена. Повреждение обычно происходит
после перезапуска секции электродвигател или движущего узла 42.
Накопление газа может происходить по р ду причин. Например, накопление может
происходить в результате того, что воздух остаетс в узле вследствие неполного
заполнени смазочным маслом; в результате проникновени воздуха в смазочное масло во
врем заполнени ; выделени газов, растворенных в смазочном масле, при повышении
температуры или падении давлени , из-за рассе нных газов в стволе скважины, которые
выдел ютс при повышении температуры или падении давлени , или из-за газов,
образующихс при химических реакци х в оборудовании. Если такие газы нарастают вокруг
восприимчивых компонентов во врем работы, дл электрической погружной насосной
системы 22 может потребоватьс преждевременное обслуживание или замена.
Как иллюстрируетс на фиг.15 и 16, внутри внешнего кожуха 46 расположен
пузырьковый сборник 180. В пузырьковом сборнике 180 используетс каркас 182, который
создает специально предназначенный объем 184, расположенный внутри. Специально
предназначенный объем 184 имеет достаточный размер дл сбора газа, который иначе
может мешать работе внутренних компонентов во врем нормальной работы
электрической погружной насосной системы 22.
В иллюстрируемом варианте осуществлени пузырьковый сборник 180 расположен
выше компонента 186, который подлежит защите от накапливаемого газа. Компонент 186
может содержать р д компонентов. Например, компонент 186 может быть вращающимс компонентом, типа сальникового уплотнени вала или подшипника 60. В таком варианте
осуществлени специально предназначенный объем 184 обеспечен выше вращающегос компонента, а каркас 182 можно, например, формировать из того же кожуха, который
вмещает вращающийс компонент. В другом варианте осуществлени компонент 186
может содержать лабиринтную камеру, а специально предназначенный объем 184
расположен выше, например, неподвижной трубы лабиринтной камеры. Специально
предназначенный объем 184 используетс как пузырьковый сборник дл собирани пузырьков, которые иначе могут всасыватьс вниз в камеру упорного подшипника или
головную часть электродвигател и вызывать повреждение вращающихс компонентов. В
другом примере компонент 186 может содержать камеру м гкого резервуара, а специально
предназначенный объем 184 расположен выше камеры м гкого резервуара. Например,
м гкий резервуар 188 предохранительного устройства и камера м гкого резервуара
иллюстрированы на фиг.15. В этом варианте осуществлени специально предназначенный
объем 184 пузырькового сборника 180 служит дл предотвращени всасывани пузырьков
вниз через секцию предохранительного устройства.
В пузырьковый сборник 180 также может быть встроена система 190 клапанов, чтобы
выпускать накопленные пузырьки из пузырькового сборника, не тер при этом моторное
масло и не впуска флюид из ствола скважины. Система 190 клапанов показана на фиг.15
пунктирными лини ми. Система 190 клапанов может быть сконструирована в р де форм в
зависимости от конкретного применени . Например, система может содержать
поплавковый клапан и предохранительный клапан, которые выпускают пузырьки в ствол
скважины, когда давление в пузырьковом сборнике превышает давление из ствола
скважины на величину, определ емую границей безопасности. В другом варианте
осуществлени система 190 клапанов может использовать фазовый датчик и/или датчик
Страница: 13
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
давлени с целью определени соответствующих моментов времени дл выпуска газа.
Как показано на фиг.16, иллюстрируемый вариант осуществлени пузырькового
сборника 180 изображает пузырьковый сборник, расположенный вокруг вала, типа секции
54 вала или секции 56 вала. В этом варианте осуществлени каркас 182 дополнительно
содержит опорную плиту 192, через которую проход т вал и окружающа вал труба 194.
Опорна плита 192 содержит множество вентил ционных отверстий 196, через которые
пузырьки газа проход т из компонента 186 в специально предназначенный объем 184, где
газ содержитс на рассто нии от компонентов, которые иначе могут быть повреждены.
Система пузырькового сборника может быть встроена в р д погружных узлов, типа
погружных электродвигателей, предохранительных устройств погружных
электродвигателей или объединенных компонентов, типа движущего узла 42.
Хот выше были подробно описаны только несколько вариантов осуществлени насто щего изобретени , специалистам в данной области техники должно быть пон тно,
что возможны множество видоизменений без существенного отхода от положений этого
изобретени . Соответственно, такие видоизменени предназначены дл включени в
объем данного изобретени , как определено в формуле изобретени .
Формула изобретени 1. Система дл добычи нефти, содержаща погружной насос и движущий узел дл приведени в действие погружного насоса, имеющий секцию электродвигател и секцию
предохранительного устройства электродвигател дл герметизации секции
электродвигател от окружающей текучей среды и аккомодации теплового расширени внутренней смазочной жидкости во врем добычи нефти и вл ющийс единым
устройством, имеющим продольную ось и множество сообщенных отверстий дл заливки
масла, отличающа с тем, что отверсти дл заливки масла расположены под углом
относительно указанной продольной оси таким образом, что угол отверстий соответствует
углу установки движущего узла относительно вертикали в процессе его заполнени маслом.
2. Система по п.1, отличающа с тем, что секци электродвигател содержит вал
секции электродвигател , а секци предохранительного устройства электродвигател содержит вал секции предохранительного устройства электродвигател , и указанные валы
соединены друг с другом.
3. Система по п.2, отличающа с тем, что вал секции электродвигател и вал секции
предохранительного устройства электродвигател соединены посредством резьбового
соединени .
4. Система по п.2, отличающа с тем, что вал секции электродвигател и вал секции
предохранительного устройства электродвигател соединены посредством посадки с
нат гом.
5. Система по п.2, отличающа с тем, что вал секции электродвигател и вал секции
предохранительного устройства электродвигател соединены посредством поперечного
болта.
6. Система по п.1, отличающа с тем, что движущий узел содержит электрическое
кабельное соединение, имеющее смещаемое пружиной оконечное устройство, способное
перемещатьс между герметизированным положением и открытым положением.
7. Система по п.1, отличающа с тем, что секци предохранительного устройства
содержит головную часть предохранительного устройства, имеющую поперечное
выпускное отверстие дл песка.
8. Система по п.7, отличающа с тем, что секци предохранительного устройства
дополнительно содержит подшипник и колпак, предохран ющий подшипник от песка.
9. Система по п.1, отличающа с тем, что движущий узел содержит, по меньшей мере,
один коренной подшипник, имеющий замен емый протектор дл уменьшени износа.
10. Система по п.9, отличающа с тем, что замен емый протектор дл уменьшени износа соединен с валом с помощью шпонки и стопора.
Страница: 14
CL
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
11. Система по п.9, отличающа с тем, что замен емый протектор дл уменьшени износа соединен с валом с помощью кольца допустимого отклонени .
12. Система по п.1, отличающа с тем, что движущий узел содержит множество
подшипников, имеющих самосмазывающиес втулки.
13. Система по п.1, отличающа с тем, что секци электродвигател содержит
подшипник ротора, имеющий подпружиненную шпонку.
14. Система по п.1, отличающа с тем, что секци электродвигател содержит
встроенный чувствительный элемент дл считывани , по меньшей мере, одного
скважинного параметра.
15. Способ формировани движущего узла дл погружной насосной системы,
содержащий соединение вала секции электродвигател к валу секции предохранительного
устройства дл образовани соединени и предварительное заполнение секции
электродвигател и секции предохранительного устройства смазочной жидкостью,
отличающийс тем, что осуществл ют размещение герметизированного корпуса вокруг
соединени дл образовани объединенных секции электродвигател и секции
предохранительного устройства и формирование головной части секции
предохранительного устройства с боковыми выпускными отверсти ми дл песка,
расположенными выше подшипника секции предохранительного устройства.
16. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно содержит перемещение
объединенных секции электродвигател и секции предохранительного устройства к
требуемому местоположению ствола скважины.
17. Способ по п.15, отличающийс тем, что дл соединени вала секции
электродвигател к валу секции предохранительного устройства используют
соединительную муфту с резьбовым сочленением.
18. Способ по п.15, отличающийс тем, что при размещении герметизированного
корпуса выполн ют зацепление с помощью резьбы кожуха секции электродвигател с
кожухом секции предохранительного устройства.
19. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно обеспечивают секцию
электродвигател оконечным устройством, способным смещатьс пружиной к
герметизированному положению и к открытому положению при размещении кабельного
соединител .
20. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно содержит обеспечение
объединенных секции электродвигател и секции предохранительного устройства
коренным подшипником, имеющим замен емый протектор дл уменьшени износа.
21. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно включает использование
подшипника с самосмазывающейс втулкой.
22. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно содержит включение
встроенного чувствительного элемента в секцию электродвигател .
23. Способ по п.15, отличающийс тем, что дополнительно содержит формирование
сообщенных отверстий дл заливки масла, расположенных под углом относительно оси
объединенных секции электродвигател и секции предохранительного устройства.
24. Способ предохранени погружного электродвигател , содержащий изготовление
движущего узла дл погружной насосной системы с секцией электродвигател и секцией
предохранительного устройства и доставку движущего узла к скважине добычи нефти в
виде единого узла, отличающийс тем, что осуществл ют размещение чувствительного
элемента в секции электродвигател .
25. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно осуществл ют
предварительное заполнение движущего узла смазочным маслом до доставки движущего
узла к эксплуатационной скважине.
26. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно осуществл ют соединение по
оси вала секции электродвигател с валом секции предохранительного устройства.
27. Способ по п.26, отличающийс тем, что при указанном соединении валов используют
единственный вал.
Страница: 15
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
28. Способ по п.26, отличающийс тем, что при указанном соединении валов используют
соединительную муфту дл создани посто нного соединени между валом секции
электродвигател и валом секции предохранительного устройства.
29. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно осуществл ют
формирование выпускного отверсти дл песка в головной части секции
предохранительного устройства.
30. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно используют коренные
подшипники, имеющие замен емые протекторы дл уменьшени износа в движущем узле.
31. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно используют коренные
подшипники, имеющие самосмазывающиес втулки в движущем узле.
32. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно используют подшипники
ротора, имеющие подпружиненные шпонки.
33. Способ по п.24, отличающийс тем, что дополнительно осуществл ют
формирование сообщенных отверстий, расположенных под углом относительно оси
движущего узла дл обеспечени заполнени движущего узла смазочным маслом при его
установке под требуемым углом.
34. Система дл добычи нефти, содержаща секцию электродвигател , имеющую
электрическое кабельное соединение, отличающа с тем, что электрическое кабельное
соединение имеет оконечное устройство, способное перемещатьс между
герметизированным положением и открытым положением, обеспечивающим св зь по
текучей среде между границей раздела соединени и внутренним объемом секции
электродвигател .
35. Система по п.34, отличающа с тем, что дополнительно содержит пружину дл смещени оконечного устройства в герметизированное положение.
36. Система по п.35, отличающа с тем, что дополнительно содержит диэлектрическую
прокладку дл ограничени чрезмерной утечки электрического тока.
37. Система по п.34, отличающа с тем, что дополнительно содержит секцию
предохранительного устройства, посто нно соединенную с секцией электродвигател .
38. Система дл добычи нефти, содержаща движущий узел дл приведени в действие
погружного насоса, имеющий коренной подшипник, расположенный вокруг ведущего вала,
отличающа с тем, что коренной подшипник содержит замен емую соединительную
втулку, закрепленную на ведущем валу по прессовой посадке посредством кольца
допустимого отклонени в виде тонкой соединительной втулки, имеющей рифление.
39. Система по п.38, отличающа с тем, что она содержит множество коренных
подшипников, каждый из которых имеет замен емый протектор дл уменьшени износа.
40. Система по п.38, отличающа с тем, что движущий узел содержит секцию
электродвигател и секцию предохранительного устройства, собранные в виде единого
узла.
41. Система дл добычи нефти, содержаща электрическую погружную насосную
систему, имеющую секцию электродвигател и секцию предохранительного устройства,
отличающа с тем, что, по меньшей мере, одна из секции электродвигател и секции
предохранительного устройства содержит пузырьковый сборник, содержащий каркас,
имеющий специально предназначенный объем дл сбора выдел емых газов.
42. Система по п.41, отличающа с тем, что секци электродвигател и секци предохранительного устройства изготовлены в виде единого узла.
43. Система по п.41, отличающа с тем, что пузырьковый сборник расположен в секции
предохранительного устройства.
44. Система по п.41, отличающа с тем, что каркас расположен выше м гкого
резервуара предохранительного устройства.
45. Система по п.41, отличающа с тем, что дополнительно содержит систему
предохранительного клапана в сообщении со специально предназначенным объемом дл выпуска газа из пузырькового сборника.
46. Способ защиты компонентов электрической погружной насосной системы от
Страница: 16
RU 2 300 667 C2
5
10
накапливаемого газа, отличающийс тем, что в, по меньшей мере, одной из секции
электродвигател и секции предохранительного устройства электрической погружной
насосной системы располагают пузырьковый сборник с каркасом, имеющим специально
предназначенный объем, достаточный дл сбора газа, который в противном случае
преп тствует смазке внутренних компонентов.
47. Способ по п.46, отличающийс тем, что располагают пузырьковый сборник над
компонентом, чувствительным к повреждению внешним воздействием накапливаемым
газом.
48. Способ по п.46, отличающийс тем, что используют пузырьковый сборник с
каркасом, имеющим множество вентил ционных отверстий дл протекани газа в
специально предназначенный объем.
49. Способ по п.47, отличающийс тем, что используют пузырьковый сборник,
расположенный вокруг вращающегос вала.
15
20
25
30
35
40
45
50
Страница: 17
RU 2 300 667 C2
Страница: 18
DR
RU 2 300 667 C2
Страница: 19
RU 2 300 667 C2
Страница: 20
RU 2 300 667 C2
Страница: 21
RU 2 300 667 C2
Страница: 22
RU 2 300 667 C2
Страница: 23
RU 2 300 667 C2
Страница: 24
RU 2 300 667 C2
Страница: 25
RU 2 300 667 C2
Страница: 26
RU 2 300 667 C2
Страница: 27
нных на
углеводороде текучих сред из подземных пластов. Система и способ используютс в
электрической погружной насосной системе, имеющей погружной электродвигатель и
предохранительное устройство электродвигател , объединенные в единое устройство. В
одном варианте осуществлени секци электродвигател объединена с механизмом
предохранительного устройства типа м гкого резервуара предохранительного устройства
и/или лабиринтной компенсационной камеры предохранительного устройства. Такое
объединение можно использовать, например, дл исключени двойных частей, и дл исключени пополнени узла маслом в полевых услови х. Однако устройства и способы
насто щего изобретени не ограничены использованием в конкретных применени х,
которые описаны здесь.
На фиг.1 показана система 20 согласно варианту осуществлени насто щего
изобретени . Система 20 содержит электрическую погружную насосную систему 22,
развертываемую в подземной среде, типа нефтедобывающей скважины.
В иллюстрируемом варианте осуществлени электрическую погружную насосную
систему 22 развертывают в стволе 24 скважины с помощью системы 26 развертывани ,
типа эксплуатационной насосно-компрессорной колонны или намотанной насоснокомпрессорной колонны. Однако можно использовать другие типы систем развертывани ,
например кабельные системы развертывани . В частности, насосна система 22
подвешена от усть 28 скважины с помощью системы 26 развертывани , и основанна на
углеводороде текуча среда добываетс вверх к устью 28 скважины через
эксплуатационную насосно-компрессорную колонну, котора составл ет систему 26
развертывани . Устье 28 скважины расположено в местоположении на поверхности, типа у
поверхности 29 земли.
В иллюстрируемом варианте, ствол 24 скважины пробурен в формацию 30,
содержащую, например, нефть. Ствол скважины может быть облицован обсадной трубой
32 скважины, имеющей отверсти 34, через которые нефть протекает из формации 30 в
ствол 24 скважины. Однако следует отметить, что систему 20 можно использовать в
других применени х, типа применений закачивани , где в формацию 30 закачивают флюид.
Электрическа погружна насосна система 22 содержит погружной насос 36,
подсоединенный к системе 26 развертывани соединителем 38. Флюид вт гиваетс в
погружной насос 36 через всасывающее отверстие 40 насоса. Погружной насос 36
снабжаетс электроэнергией посредством движущего узла 42, который получает
электроэнергию по силовому кабелю 44. Как обсуждаетс ниже, движущий узел 42
представл ет собой единое устройство, которое объедин ет секцию электродвигател с
секцией предохранительного устройства электродвигател , способной выравнивать
давление между стволом 24 скважины и внутренней частью секции электродвигател нар ду с приспосабливанием к расширению/сжатию смазочной жидкости, например
моторного масла, внутри движущего узла 42.
Страница: 8
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Объединение погружного электродвигател и предохранительного устройства
электродвигател в единственном устройстве может снижать себестоимость за счет
исключени частей и упрощени монтажа в полевых услови х. Дополнительно,
объединенный движущий узел 42 может быть предварительно заполнен моторным маслом.
При исключении необходимости объедин ть отдельные электродвигатель и
предохранительное устройство электродвигател , движущий узел может быть аккуратно
предварительно заполнен на заводе без потери масла в полевых услови х вследствие
сборки отдельных компонентов. Таким образом, во врем монтажа электрической
погружной насосной системы 22 в стволе 24 скважины экономитс врем и снижаютс затраты.
На фиг.2 показан вариант осуществлени движущего узла 42. Движущий узел 42
содержит внешний кожух 46, который вмещает секцию 48 электродвигател и секцию 50
предохранительного устройства электродвигател . Секци 48 электродвигател содержит,
например, секцию 52 ротора и статора и вращаемую с помощью нее секцию 54 вала.
Секци 54 вала вращаемым образом и по оси прикреплена к секции 56 вала секции 50
предохранительного устройства. Секции 54 и 56 вала вращаютс вместе вокруг оси 58
движущего узла 42. Секци 50 предохранительного устройства содержит разделительную и
компенсационную камеру, котора может быть образована в множестве форм. Например,
разделительную и компенсационную камеру 59 можно формировать в виде одной или
больше лабиринтных или м гких компенсационных камер. Камера 59 используетс дл отделени флюида ствола скважины от моторной жидкости нар ду с обеспечением
возможности расширени /сжати моторного масла.
Секции 54 и 56 вала вращаемым образом установлены внутри внешнего кожуха 46 через
множество коренных подшипников 60, имеющих протекторы 62 дл уменьшени износа. В
движущем узле 42 также можно использовать другие типы подшипников. Например, в
секции 48 электродвигател можно использовать подшипник 64 ротора. Движущий узел 42
также может содержать другие компоненты. Например, в секции 48 электродвигател может быть установлен за одно целое чувствительный элемент 66. В иллюстрируемом
варианте осуществлени чувствительный элемент 66 содержит многоцелевое
измерительное устройство, которое можно использовать дл считывани одного или более
параметров, св занных со стволом скважины. Электроэнергию дл секции 48
электродвигател обеспечивают через силовой кабель 44, подсоединенный к
электрическому кабельному соединению 67.
Секцию 54 вала и секцию 56 вала можно формировать в виде общего вала, проход щую
через секцию 48 электродвигател и секцию 50 предохранительного устройства
электродвигател . Секции вала также можно прикрепл ть по оси посредством
приваривани коррозионно-устойчивой секции 56 вала к стальной секции 54 вала
электродвигател . Коррозийна стойкость вл етс выгодной, потому что секци 56 вала
может подвергатьс воздействию флюида скважины, и поэтому дл формировани секции
56 вала можно использовать коррозионно-устойчивый сплав, например, Monel®, Inconel®
или нержавеющую сталь. На фиг.2 приваривание секций вала иллюстрируетс сварным
соединением 68, показанным фантомными лини ми. В другом варианте осуществлени секци 54 вала и секци 56 вала соединены посто нно с помощью фитинга и конца одной
секции вала в открытом конце другой и креплени по оси секций, например, через
посадку с нат гом, пайку м гким припоем или пайку твердым припоем. Посредством
примера, фиг.2 иллюстрирует открытый конец 70, типа соединительной втулки, дл приема
конца смежной секции вала.
Что касаетс фиг.3, то на ней показан другой вариант осуществлени объединенных
секций 54 и 56 вала. В этом варианте осуществлени секции вала прикреплены друг к
другу по оси на заводе, но секции вала потенциально могут раздел тьс , чтобы
облегчать изготовление и обслуживание движущего узла 42. Секции 54 и 56 вала
соединены на заводе посредством резьбового соединени . В этом варианте
осуществлени конец 72 одной секции вала вставлен в гнездо 74 смежной в осевом
Страница: 9
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
направлении секции. Вращающий момент может передаватьс р дом механизмов, таких
как составл ющие одно целое шлицы 76, один или более поперечные болты 78 (показаны
фантомными лини ми), одна или более шпонки 80 (показаны фантомными лини ми) или
резьба в муфтовом соединении. Вес секции 54 вала электродвигател и прикрепленного
ротора может поддерживатьс , например, поперечными болтами 78, резьбой во втором
соединении или переходной муфтой 82 с нарезкой. Переходна муфта 82 с нарезкой
подвешена на буртике или сепараторном кольце 84, прикрепленном к секции 56 вала.
Стопорный винт 86 можно использовать дл предотвращени отхода переходной муфты 82
с нарезкой, как только она навинчена на конец секции 54 вала.
Как иллюстрируетс на фиг.3 и 4, когда секции 54 и 56 вала прикреплены по оси друг
к другу, поверх соединени может быть перемещен участок 88 внешнего кожуха 46, чтобы
закрыть соединение. Затем внешний кожух 46 может быть завершен, например,
зацеплением с помощью резьбы участка 88 (внешнего кожуха, который закрывает секцию
48 электродвигател ) с участком 90 (внешнего кожуха 46, который закрывает секцию 50
предохранительного устройства), как иллюстрируетс на фиг.4.
Чтобы дополнительно преп тствовать потере моторного масла между предварительным
заполнением на заводе и монтажом электрической погружной насосной системы в стволе
24 скважины, электрическое кабельное соединение 67 может содержать систему 92
предотвращени потери текучей среды, как показано на фиг.5 и 6. Следует отметить, что
систему 92 предотвращени потери текучей среды можно использовать с множеством
погружных электродвигателей и движущих узлов, и она не ограничена использованием с
описанными здесь вариантами осуществлени . Система 92 предотвращает потери
моторного масла между временем, когда колпачок дл перевозки удален с соединени 67
электрического кабел , и временем, когда кабельный соединитель 94 (фиг.6) вставлен в
кабельное соединение 67. Как только кабельный соединитель 94 вставлен в кабельное
соединение 67, устанавливаетс св зь по текучей среде между границей 96 раздела
соединени и внутренним объемом 98 секции 48 электродвигател , в котором давление
уравновешено со стволом 24 скважины. Таким образом, соединение электрического кабел 67 вл етс переходным между закрытым или герметизированным положением, как лучше
всего иллюстрировано на фиг.5, и открытым положением, как лучше всего иллюстрировано
на фиг.6. Кабельное соединение 67 предотвращает повреждение соединени высоким
перепадом давлени через приток флюида скважины или через чрезмерное усилие.
Кабельное соединение 67 также гарантирует, что какие-либо небольшие утечки флюида
скважины в электрическое кабельное соединение разбавл ютс и трат тс внутри
электродвигател . Вместо концентрировани в электрическом кабельном соединении 67,
где они наиболее веро тно могут вызвать короткое замыкание в электрической цепи,
благодар открытому положению соединени 67 какие-либо небольшие вторгающиес количества флюида скважины могут протекать во внутренний объем 98.
На фиг.5 показана система 92 предотвращени потери текучей среды, как имеюща подпружиненное оконечное устройство 100. Оконечное устройство 100 действует, как
вентильный тарельчатый клапан, и смещаетс в герметизированное положение. В этом
варианте осуществлени оконечное устройство 100 скольз щим образом установлено в
порте 102 оконечного устройства, где подводка 104 электродвигател проходит в
провод щий контакт с провод щим элементом 106 оконечного устройства 100. Пружинный
элемент 108 смещает оконечное устройство 100 к сепараторному кольцу 110 и
герметизированному положению. Сальниковое уплотнение 112, типа кольцевой
уплотнительной прокладки, расположено между оконечным устройством 100 и внутренней
поверхностью порта 102 оконечного устройства дл герметизировани электрического
кабельного соединени 67 от притока нежелательной текучей среды. Когда оконечное
устройство 100 перемещаетс против действи пружинного элемента 108 и к открытому
положению, иллюстрируемому на фиг.6, сальниковое уплотнение 112 перемещаетс по
рельефной выемке 114, сформированной во внутренней стенке порта 102 оконечного
устройства. Перемещение оконечного устройства 100 против смещени пружины
Страница: 10
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пружинного элемента 108 может быть выполнено, например, посредством забивани кабельного соединител 94 в электрическое кабельное соединение 67, как иллюстрировано
на фиг.6. В этом варианте осуществлени пружинный элемент 108 также сжимает
диэлектрическую прокладку 116 между смежными лицевыми поверхност ми кабельного
соединител 94 и оконечного устройства 100 по границе 96 раздела соединени .
Диэлектрическа прокладка 116 ограничивает нежелательную чрезмерную утечку тока.
На фиг.7 показан движущий узел 42, содержащий механизм 118 защиты, который
понижает потенциальную возможность повреждени песком движущего узла 42. Этот
особенный признак также можно адаптировать к другим типам предохранительных
устройств электродвигател и скважинных компонентов. Как показано, механизм 118
защиты содержит одно или больше выпускные отверсти 120 дл песка, которые
образованы в поперечном направлении сквозь внешний кожух 46 в головной части 122
секции 50 предохранительного устройства электродвигател . Выпускные отверсти 120 дл песка обеспечивают возможность промывки песка из секции 50 предохранительного
устройства флюидом скважины прежде, чем песок может повредить коренные подшипники
60 или другие внутренние компоненты движущего узла 42. Механизм 118 защиты
также может содержать колпак 124, установленный поверх верхнего или головного
подшипника 60, чтобы блокировать перемещение песка вниз к верхнему коренному
подшипнику или другим внутренним компонентам. Между колпаком 124 и головным
подшипником 60 может быть установлено вращающеес сальниковое уплотнение 125 вала.
Кроме того, колпак 124 может приниматьс и удерживатьс на месте выемкой 126,
образованной по внутреннему диаметру внешнего кожуха 46. Хот колпак 124 может быть
изготовлен из р да материалов, иллюстрируемый колпак сформирован из полимерного
материала, типа эбонита. Дополнительно или альтернативно, головной подшипник 60
может быть изготовлен из керамического или карбидного материала, чтобы противосто ть
истиранию от флюида скважины и противосто ть износу вследствие вибрации,
происход щей от работы погружного насоса 36.
В вариантах осуществлени , иллюстрируемых на фиг.8, 9, 10, в коренных подшипниках
60 используютс протекторы 62 дл уменьшени износа, которые вл ютс замен емыми.
Таким образом, в движущем узле 42 могут быть установлены новые протекторы 62 дл уменьшени износа с целью продлени полезного ресурса узла. Ссыла сь конкретно на
фиг.8, отметим, что каждый протектор 62 дл уменьшени износа съемным образом
соединен либо с секцией 54 вала, либо с секцией 56 вала с помощью шпонки 128 и пары
пружинных запорных колец 130. Шпонка 128 преп тствует вращательному перемещению
протектора 62 дл уменьшени износа относительно секции вала, а пружинные запорные
кольца 130 ограничивают аксиальное перемещение протектора 62 дл уменьшени износа
по секции вала. Дополнительно, каждый радиально-упорный подшипник 60 может
содержать самосмазывающую втулку 132. Втулки 132 могут использоватьс по всему
движущему узлу 42, включа внутреннюю часть подшипников ротора секции 48
электродвигател , дл снижени износа подшипников в условии недостаточной смазки и
старени масла. Самосмазывающа втулка 132 может быть разработана так, чтобы
наезжать на цапфы из твердого сплава. Примеры соответствующих материалов втулок
включают втулки из листового металла с полимерным покрытием, типа втулок из листового
металла с полимерным покрытием Glacier Hi-eX® или DP4®.
Альтернативный вариант осуществлени коренных подшипников 60 и замен емых
протекторов 62 дл уменьшени износа иллюстрируетс на фиг.9 и 10. В этом варианте
осуществлени каждый протектор 62 дл уменьшени износа помещен на секцию 54 или 56
вала с использованием кольца 134 допустимого отклонени . Кольцо 134 допустимого
отклонени обеспечивает возможность прессовой посадкой замен емого протектора 62 дл уменьшени износа на валу в местоположении, удаленном от концов вала, без
необходимости в прессовой посадке протектора 62 дл уменьшени износа по всей длине
вала между концом вала и требуемым местоположением подшипника. Как лучше всего
показано на фиг.10, каждое кольцо 134 допустимого отклонени можно формировать в
Страница: 11
RU 2 300 667 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
виде тонкой соединительной втулки, имеющей рифление 136, которое обеспечивает
возможность создани прессовой посадки между двум цилиндрическими част ми.
Движущий узел 42 также содержит один или несколько подшипников 64 ротора, которые
вращательным образом удерживаютс на месте дл предотвращени быстрого вращени подшипника вместе с секцией 54 вала электродвигател . В этом варианте осуществлени ,
как иллюстрируетс на фиг.11 и 12, каждый подшипник 64 ротора содержит
подпружиненную шпонку 138, расположенную по внешней поверхности 140 подшипника 64
ротора. Подпружиненна шпонка 138 смещаетс в радиальном направлении наружу дл зацеплени с окружающей структурой типа внутренней поверхности слоистой структуры
статора внутри секции 48 электродвигател . Шпонка 138 смещаетс наружу пружиной 142,
сжатой между углублением 144, образованным сквозь внешнюю поверхность 140, и
углублением 146, образованным во внутренней части шпонки 138. Подшипник 64 ротора
также может содержать самосмазывающую втулку 148, установленную по радиально
внутренней стороне подшипника, то есть по секции 54 вала.
Как иллюстрируетс на фиг.12, самосмазывающа втулка 148 может быть разработана
дл посадки с нат гом при размещении самосмазывающей втулки внутри окружающего
корпуса 150 подшипника. Проблема, св занна с такими посадками с нат гом, состоит в
том, что когда втулку вжимают в корпус подшипника, имеющий шпоночную канавку,
подшипник деформируетс из окружности, поскольку канавка снижает жесткость
подшипника в этом мес
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
801 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа