Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЕНСАТОР ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции компенсатора погружных электродвигателей, применяемых в насосных установках для добычи нефти.

Из уровня техники известен компенсатор погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти, состоящий из цилиндрического корпуса, внутри которого размещен компенсирующий элемент, выполненный в виде эластичной диафрагмы. Компенсирующий элемент разделяет полость внутри цилиндрического корпуса на две полости, одна из которых соединена с полостью погружного электродвигателя, заполненной маслом, а другая - с затрубным пространством, заполненным пластовой жидкостью (см. патент RU №2050669 С1, публ.20.12.95, H02K 5/10).

Недостаток данного компенсатора состоит в ограниченной термостойкости компенсирующего элемента, что не позволяет использовать его с погружными электродвигателями, применяемыми в насосных установках для добычи нефти из высокотемпературных скважин.

Из уровня техники также известен компенсатор погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти, состоящий из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю. Внутри корпуса размещен компенсирующий элемент, выполненный в виде плавающего поршня, разделяющего полость внутри цилиндрического корпуса на полость над поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя, через каналы, выполненные в головке, и полость под поршнем, которая соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании (см. заявку US №20100172773 А1, публ. 08.07.10, F04B 17/03, H02K 5/132).

Данная конструкция компенсатора выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая по своей технической сути к заявленной конструкции компенсатора погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти.

Недостатком известной конструкции компенсатора является его невысокая надежность. Это обусловлено тем, что поверхность скольжения плавающего поршня контактирует с пластовой жидкостью, которая содержит абразивные частицы, поэтому уплотнение между цилиндрическим корпусом и плавающим поршнем не может гарантировать надежное разделение пластовой жидкости и масла, заполняющего электродвигатель, особенно при абразивном износе поверхности скольжения плавающего поршня. Кроме того, в силу своих конструктивных особенностей (необходимость хорошего уплотнения между цилиндрическим корпусом и плавающим поршнем затрудняет перемещение последнего) известный компенсатор не обладает достаточной чувствительностью и быстродействием, что не позволяет незамедлительно компенсировать изменение объема масла и поддерживать постоянное давление внутри погружного электродвигателя.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в повышении надежности, чувствительности и быстродействия компенсатора погружного электродвигателя, предназначенного для привода насосов для добычи нефти из высокотемпературных скважин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что у компенсатора погружного электродвигателя, состоящего из цилиндрического корпуса, имеющего основание и головку, присоединяемую к электродвигателю, и компенсирующего элемента, выполненного в виде плавающего поршня, размещенного внутри цилиндрического корпуса и разделяющего его полость на полость над поршнем, которая соединена с полостью электродвигателя через каналы, выполненные в головке, и полость под поршнем, которая соединена с затрубным пространством через каналы, выполненные в основании, компенсирующий элемент снабжен металлическим сильфоном, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне, а нижняя часть закреплена на основании, при этом полость внутри сильфона соединена с затрубным пространством, а полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом соединена с полостью над плавающим поршнем.

В частных случаях реализации изобретения, компенсатор имеет следующие конструктивные особенности:

- Плавающий поршень выполнен в виде многогранника со скругленными вершинами, скользящими по цилиндрическому корпусу, при этом между цилиндрическим корпусом и гранями плавающего поршня образуются каналы, соединяющие полость между сильфоном и цилиндрическим корпусом с полостью над плавающим поршнем;

- Плавающий поршень снабжен ограничителем хода.

Внутри цилиндрического корпуса последовательно размещены несколько компенсирующих элементов, при этом нижние части металлических сильфонов дополнительных компенсирующих элементов закреплены на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединены между собой через каналы, выполненные в плавающих поршнях.

Осуществление изобретения

На Фиг.1 показан продольный разрез компенсатора. На Фиг.2 показан поперечный разрез компенсатора. На Фиг.3 показан продольный разрез компенсатора с несколькими компенсирующими элементами.

Компенсатор (см. Фиг.1) состоит из цилиндрического корпуса 1, имеющего основание 2 и головку 3, присоединяемую к электродвигателю 4. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещен компенсирующий элемент, который состоит из плавающего поршня 5 и металлического сильфона 9, верхняя часть которого закреплена на плавающем поршне 5, а нижняя часть закреплена на основании 2. Полость А над поршнем соединена с полостью Б электродвигателя через каналы 6, выполненные в головке 3, а полость В внутри сильфона 9 соединена с затрубным пространством, через каналы 7, выполненные в основании 2. Плавающий поршень 5 выполнен (см. Фиг.2) в виде многогранника со скругленными вершинами 11, скользящими по цилиндрическому корпусу 1, при этом между цилиндрическим корпусом 1 и гранями 10 плавающего поршня 5 образуются каналы 12, соединяющие полость между сильфоном 9 и цилиндрическим корпусом 1 (на чертеже не обозначена) с полостью А над плавающем поршнем 5. Плавающий поршень 5 снабжен ограничителем хода 13. Для электродвигателей, имеющих большой объем заправляемого масла, могут изготавливаться компенсаторы, у которых (см. Фиг.3) внутри цилиндрического корпуса 1 последовательно размещены несколько компенсирующих элементов, при этом нижние части металлических сильфонов 9 дополнительных компенсирующих элементов закрепляются на плавающих поршнях нижележащих компенсирующих элементов, а полости внутри сильфонов соединяются между собой через каналы 7, выполненные в плавающих поршнях.

Компенсатор работает следующим образом.

Перед спуском насосной установки в скважину электродвигатель и компенсатор заправляются маслом. При этом в электродвигателе масло заполняет полость Б, а в компенсаторе - полость А и полость между сильфоном 9 и цилиндрическим корпусом 1. После спуска насосной установки в скважину полость В компенсатора заполняется пластовой жидкостью через каналы 7, выполненные в основании 2. Заправленное масло, нагреваясь в высокотемпературной скважине, увеличивается в объеме, который компенсируется перемещением поршня 5 вниз, при этом из полости Б электродвигателя масло перетекает в полость А компенсатора через каналы 6, выполненные в головке 3, а из полости В компенсатора, которая уменьшилась в объеме, пластовая жидкость перетекает в затрубное пространство через каналы 7, выполненные в основании 2. При работе электродвигателя происходит дополнительный нагрев масла, при этом дополнительное увеличение его объема компенсируется вышеописанным образом. В случае если температура масла, по каким-либо причинам, превысит максимально допустимое значение, перемещение поршня 5 вниз будет остановлено ограничителем хода 13, что предотвратит разрушение сильфона 9. При остановке электродвигателя масло остывает и его объем уменьшается, при этом поршень 5 перемещается вверх и масло из полости А компенсатора перетекает в полость Б электродвигателя через каналы 6, выполненные в головке 3, полость В компенсатора увеличивается в объеме и пластовая жидкость перетекает в нее из затрубного пространства через каналы 7, выполненные в основании 2. Компенсатор, имеющий несколько компенсирующих элементов, работает аналогичным образом.

Заявленная конструкция компенсатора обладает высокой надежностью даже при работе в высокотемпературных скважинах, поскольку не имеет конструктивных элементов из полимерных материалов. Гарантирует надежное разделение масла и пластовой жидкости за счет герметичного соединения деталей компенсирующего элемента. Обладает высокой чувствительностью и быстродействием, поскольку основной подвижный элемент (плавающий поршень) работает в масле, что обеспечивает минимальное сопротивление его перемещению.