Малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя

Изобретение относится к нефтедобывающей технике, а именно к погружным насосным агрегатам с системами охлаждения погружных маслозаполненных электродвигателей, и может быть использовано в скважинах, где температура пластовой жидкости выше 90-100^оС при больших диаметрах скважин. Устройство снижения температуры электродвигателя установлено между корпусом статора двигателя и нижним основанием двигателя. Малогабаритный кожух для устройства снижения температуры закреплен на корпусе устройства снижения температуры. Проток пластовой жидкости осуществлен через отверстия в гайках, соединяющих малогабаритный кожух с устройством снижения температуры, по поверхности кожуха устройства снижения температуры. Для увеличения скорости протока пластовой жидкости применены уплотняющие элементы из набухающих полимеров для герметизации полости между малогабаритным кожухом и эксплуатационной колонной. За счет протока пластовой жидкости через отверстия в гайках по поверхности кожуха устройства снижения температуры создают дополнительную ветвь отбора тепла в пластовую жидкость. Изобретение направлено на охлаждение погружного электродвигателя электроцентробежного насоса при больших диаметрах скважин достижением достаточной для снижения температуры двигателя скорости движения пластовой жидкости за счет уменьшения кольцевого пространства между устройством снижения температуры и эксплуатационной колонной и исключение перегрева двигателя без применения специального входного модуля насоса или его доработки для крепления кожуха. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей технике, а именно к конструкции погружных насосных агрегатов с системами охлаждения погружных маслозаполненных электродвигателей.

Нагрев погружных электродвигателей происходит за счет суммарных потерь мощности в двигателе. Это механические потери, потери в стали магнитопровода на гистерезис, потери в обмотках статора и ротора, которые впоследствии преобразуются в тепло. Охлаждение двигателя происходит за счет движения пластовой жидкости вдоль всей поверхности корпуса со скоростью не ниже, чем установлено в ТУ, что полностью обеспечивает излучение тепла, выделяемого двигателем в пластовую жидкость, следовательно, температура корпуса двигателя равна температуре пластовой жидкости. Но внутри двигателя обмотка статора перегревается на 8-9°C из-за снижения теплопроводности пазовой изоляции в 300 раз по сравнению с теплопроводностью стали, а пакеты ротора перегреваются на 20°C относительно корпуса статора из-за наличия масляного зазора между статором и ротором, где теплопроводность трансформаторного масла в 270 раз ниже, чем в стали. В скважинах, где температура пластовой жидкости выше 90-100°C, возникает необходимость отбирать перегревы от ротора и внутренней расточки статора. Но при больших диаметрах скважин скорость движения пластовой жидкости недостаточна для оптимального снижения температуры погружного электродвигателя и исключения его перегрева.

Известна скважинная насосная установка (аналог) (1), патент RU 2298694 C1, заявка 2005133027/06 от 26.10.2005, опубликовано 10.05.2007, содержащая насос, приводной маслозаполненный электродвигатель и теплопроводящий элемент, взаимодействующий с электродвигателем, для отвода тепла, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена маслозаполненной камерой, которая присоединена к основанию электродвигателя и сообщается с ним через установленную в ней центральную трубу и радиальный зазор между трубой и стенкой камеры, а теплопроводящий элемент выполнен в виде набора тепловых труб в форме дисков с аксиальным отверстием, охватывающим внутренним контуром маслозаполненную камеру, при этом наружный диаметр камеры меньше диаметра электродвигателя, а наружный диаметр тепловых труб не превышает диаметр электродвигателя.

Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции, низкая унификация за счет применения нестандартной конструкции присоединяемых деталей и невозможность присоединения блока телеметрии для контроля параметров погружного электродвигателя.

Известен погружной маслозаполненный электродвигатель (аналог) (2), патент РФ №2295190, дата подачи заявки 26.10.2005 опубликовано 10.03.2007, содержащий статор в корпусе, ротор с пустотелым валом, головку, узел токоввода, основание с размещенным в нем фильтром, маслозаполненную полость в основании, элементы для циркуляции масла, тепловые трубы. Испарительные части тепловых труб расположены внутри маслозаполненной полости, адиабатические - в стенке, окружающей маслозаполненную полость, конденсаторные - вне маслозаполненной полости. Маслозаполненная полость размещена в камере, вынесенной под основание и имеющей диаметр меньше диаметра основания, внутри камеры установлена центральная труба, верхний конец которой закреплен в основании электродвигателя, а нижний выведен в нижнюю часть камеры. Тепловые трубы ориентированы в аксиальных плоскостях камеры под углом к ее оси, при этом их адиабатические части закреплены в боковой стенке камеры, а конденсаторные части расположены выше испарительных частей, находящихся в кольцевом зазоре между стенкой камеры и центральной трубой.

Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции, низкая унификация за счет применения нестандартной конструкции присоединяемых деталей и невозможность присоединения блока телеметрии для контроля параметров погружного электродвигателя.

Известен погружной электронасос (аналог) (3), патент РФ №2136970, дата подачи заявки 06.05.1997, опубликовано 10.09.1999, содержащий приводной электродвигатель, охлаждаемый перекачиваемой жидкостью, насосный узел с приемной сеткой, охладительную емкость, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической емкостью с отверстиями, выполненными на верхнем торце и верхней части боковой поверхности и сообщающими межтрубное пространство с приемом насоса, насос размещен внутри цилиндрической емкости, и приемная сетка его расположена выше нижнего торца цилиндрической емкости, охладительная емкость расположена под насосным узлом, выполнена открытой снизу и с отверстиями на верхнем торце и верхней части боковой поверхности, электродвигатель размещен внутри охладительной емкости, причем цилиндрическая и охладительная емкости снабжены кольцами, кольца цилиндрической емкости выполнены с пазами и расположены ниже отверстий на верхней части боковой поверхности цилиндрической емкости, а кольца охладительной емкости выполнены сплошными и расположены ниже отверстий на верхней части боковой поверхности охладительной емкости.

Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции, низкая унификация за счет применения нестандартной конструкции присоединяемых деталей, низкая эффективность охлаждения и невозможность присоединения блока телеметрии для контроля параметров погружного электродвигателя.

Известно устройство снижения температуры погружного электродвигателя (прототип) (4), заявка №2015103296106(005245), дата подачи заявки 02.02.2015, в котором на корпусе устройства снижения температуры погружного электродвигателя, устанавливаемого между корпусом статора и нижним основанием погружного электродвигателя, выполняют стандартные присоединительные резьбы к статору погружного электродвигателя и нижнему основанию погружного электродвигателя, а также обеспечивают стандартное механическое, к нижнему основанию погружного электродвигателя, и электрическое - проводом, проходящим через устройство и нижнее основание погружного электродвигателя, присоединение блока телеметрии для контроля параметров погружного электродвигателя, причем устройство снижения температуры погружного электродвигателя выполняют сборным, состоящим из верхнего и нижнего корпусов с циркуляционными отверстиями, соединителя, соединяющего полый вал погружного электродвигателя с центральной трубой, закрепленной на верхней и нижней опорах устройства снижения температуры погружного электродвигателя, камеры для размещения охлаждающей жидкости, внешнего кожуха с ребрами, увеличивающими площадь теплоотдачи, герметизацию выполняют при помощи уплотнительных элементов, а циркуляцию охлаждающей жидкости осуществляют подъемом охлаждающей жидкости посредством турбинки погружного электродвигателя через центральную трубу и соединитель устройства снижения температуры погружного электродвигателя через фильтр погружного электродвигателя по отверстию вала погружного электродвигателя с последующим возвратом вниз в устройство снижения температуры погружного электродвигателя через циркуляционные отверстия корпуса верхнего и корпуса нижнего устройства снижения температуры погружного электродвигателя, тем самым образуют вторую ветвь отбора тепла непосредственно с внутренней части погружного электродвигателя от ротора и полости расточки статора погружного электродвигателя с излучением тепла через дополнительную площадь внешнего кожуха с ребрами устройства снижения температуры погружного электродвигателя в пластовую жидкость, герметизацию выполняют при помощи уплотнительных элементов, устройство снижения температуры погружного электродвигателя позволяет решить задачу охлаждения погружного электродвигателя электроцентробежного насоса с возможностью применения устройства с погружными электродвигателями всех заводов-изготовителей как дополнительного унифицированного узла за счет применения стандартных резьб и размеров и возможностью присоединения блока телеметрии для контроля параметров погружного электродвигателя.

Недостатком является недостаточное охлаждение погружного электродвигателя при больших диаметрах скважин.

Задачей изобретения является создание конструкции малогабаритного кожуха для устройства снижения температуры погружного электродвигателя, которое позволяет решить задачу охлаждения погружного электродвигателя электроцентробежного насоса при больших диаметрах скважин достижением достаточной для снижения температуры погружного электродвигателя скорости движения пластовой жидкости за счет уменьшения кольцевого пространства между устройством снижения температуры погружного электродвигателя и эксплуатационной колонной, исключения его перегрева, без применения специального входного модуля электроцентробежного насоса или его доработки для крепления кожуха.

Эта задача решается предлагаемым малогабаритным кожухом для устройства снижения температуры погружного электродвигателя, который закреплен на устройстве снижения температуры погружного электродвигателя, проток пластовой жидкости осуществлен через отверстия в гайках, соединяющих малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя с устройством снижения температуры погружного электродвигателя по поверхности кожуха устройства снижения температуры погружного электродвигателя, а само устройство снижения температуры погружного электродвигателя установлено между корпусом статора и нижним основанием погружного электродвигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство снижения температуры погружного электродвигателя установлено между корпусом статора погружного электродвигателя и нижним основанием погружного электродвигателя, а малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя закреплен на корпусе устройства снижения температуры погружного электродвигателя, проток пластовой жидкости осуществлен через отверстия в гайках, соединяющих малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя с устройством снижения температуры погружного электродвигателя по поверхности кожуха устройства снижения температуры погружного электродвигателя. Для увеличения скорости протока пластовой жидкости могут применять уплотняющие элементы из набухающих полимеров для герметизации полости между малогабаритным кожухом для устройства снижения температуры и эксплуатационной колонной. За счет протока пластовой жидкости через отверстия в гайках, соединяющих малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя с устройством снижения температуры погружного электродвигателя по поверхности кожуха устройства снижения температуры погружного электродвигателя, создают дополнительную ветвь отбора тепла в пластовую жидкость. Малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя позволяет решить задачу охлаждения погружного электродвигателя электроцентробежного насоса при больших диаметрах скважин достижением достаточной для снижения температуры погружного электродвигателя скорости движения пластовой жидкости за счет уменьшения кольцевого пространства между устройством снижения температуры погружного электродвигателя и эксплуатационной колонной, исключения его перегрева, без применения специального входного модуля электроцентробежного насоса или его доработки для крепления кожуха.

На чертеже в продольном разрезе показана конструкция малогабаритного кожуха для устройства снижения температуры погружного электродвигателя, состоящая из кожуха 1 с гайками 2, 3 и 4, закрепленных на корпусе устройства снижения температуры погружного электродвигателя штифтами 5, соединяющих малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя 1 с устройством снижения температуры погружного электродвигателя 7, в которых выполняют отверстия 6 для протока пластовой жидкости.

Работу малогабаритного кожуха для устройства снижения температуры погружного электродвигателя осуществляют следующим образом. Устройство снижения температуры погружного электродвигателя 7 с малогабаритным кожухом 1 для устройства снижения температуры погружного электродвигателя устанавливают между корпусом статора погружного электродвигателя 9 и нижним основанием погружного электродвигателя (на чертеже не показано). Проток пластовой жидкости осуществлен через отверстия в гайках 2, 3, 4, соединяющих малогабаритный кожух 1 для устройства снижения температуры погружного электродвигателя с устройством снижения температуры погружного электродвигателя 7 по поверхности кожуха 8 устройства снижения температуры погружного электродвигателя. За счет протока пластовой жидкости через отверстия в гайках 2, 3, 4, соединяющих малогабаритный кожух 1 для устройства снижения температуры погружного электродвигателя с устройством снижения температуры погружного электродвигателя по поверхности кожуха 8 устройства снижения температуры погружного электродвигателя создают дополнительную ветвь отбора тепла в пластовую жидкость.

Новым является то, что малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя позволяет решить задачу охлаждения погружного электродвигателя электроцентробежного насоса при больших диаметрах скважин достижением достаточной для снижения температуры погружного электродвигателя скорости движения пластовой жидкости за счет уменьшения кольцевого пространства между устройством снижения температуры погружного электродвигателя и эксплуатационной колонной, исключением его перегрева, без применения специального входного модуля электроцентробежного насоса или его доработки для крепления кожуха. Технологический и технический результаты при использовании малогабаритного кожуха для устройства снижения температуры погружного электродвигателя достигаются за счет ускорения монтажа ввиду сборки его при помощи резьбовых соединений, простоты конструкции, исключения применения специального входного модуля электроцентробежного насоса или его доработки для крепления кожуха. Экономический эффект от использования изобретения может достигаться за счет увеличения наработки на отказ, ускорения монтажа, продления срока эксплуатации погружного электродвигателя.

Малогабаритный кожух для устройства снижения температуры погружного электродвигателя, которое установлено между корпусом статора погружного электродвигателя и нижним основанием погружного электродвигателя, отличающийся тем, что малогабаритный кожух закреплен на корпусе устройства снижения температуры, проток пластовой жидкости осуществлен через отверстия в гайках, соединяющих малогабаритный кожух с устройством снижения температуры, по поверхности кожуха последнего, образуя дополнительную ветвь отбора тепла в пластовую жидкость, причем полость между малогабаритным кожухом и эксплуатационной колонной герметизирована уплотняющими элементами из набухающих полимеров.