RU2535288C1

RU2535288C1 - Submersible pump plant with open linear electric motor

Info

Publication number: RU2535288C1
Application number: RU2013116923/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Санталов; Ольга Николаевна Хоцянова; Иван Дмитриевич Хоцянов; Дмитрий Вячеславович Струнин; Сергей Леонидович Стенин
Original assignee: Анатолий Михайлович Санталов; Ольга Николаевна Хоцянова; Иван Дмитриевич Хоцянов; Дмитрий Вячеславович Струнин; Сергей Леонидович Стенин
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-12-10
Also published as: RU2013116923A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: plant comprises a linear electric motor and a pump with reciprocating travelling of a working member (plunger, piston) coupled with the moving part of the electric motor (runner). The cavity of the electric motor stator with winding is sealed. The cavity of the electric motor formed by the stator, casing and runner is filled with liquid. The runner is installed in supporting elements set in the stator. The plant is equipped by end shields between the cavities of the pump and the electric motor, units for protection of the electric motor cavity against mechanical impurities, and filters characterized as fine filters. The filters are mounted in the electric motor casing between the stator and the end shields, the external surface of the end shields is closely connected to the casing and the internal surface of the end shields is in mechanical contact with the runner surface through the units for protection of the electric motor cavity against mechanical impurities.

EFFECT: service life of a plant is prolonged due to improved operation conditions of supporting units.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным установкам для добычи нефти из малодебитных скважин.The invention relates to the field of engineering, in particular to submersible installations for oil production from low-yield wells.

Известны погружные насосные установки, содержащие линейный электродвигатель, корпус которого механически связан с корпусом насоса, подвижная часть (бегун) механически связана с рабочим органом насоса через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей (см., патент РФ №2422676, класс F04B 47/06, от 2009 года).Known submersible pump units containing a linear electric motor, the casing of which is mechanically connected to the pump casing, the movable part (runner) is mechanically connected to the working body of the pump through means of protecting the cavity of the electric motor from mechanical impurities (see, RF patent No. 2422676, class F04B 47/06 , from 2009).

Известное устройство имеет относительно низкий срок службы. При колебаниях температуры и, следовательно, давления внутри электродвигателя, газ, растворенный в пластовой жидкости, прорывается в полость электродвигателя, часть опорных элементов бегуна оказывается без смазки жидкостью и ускоренно изнашивается.The known device has a relatively low service life. With fluctuations in temperature and, consequently, pressure inside the electric motor, the gas dissolved in the reservoir fluid breaks into the cavity of the electric motor, part of the runner’s supporting elements is without fluid lubrication and rapidly wears out.

Известна также погружная насосная установка, содержащая линейный электродвигатель, состоящий из корпуса, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси статора, насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой (евразийский патент №009268, кл. F04B 47/06, от 2007 года).Also known is a submersible pump installation containing a linear electric motor, consisting of a housing, inside which a fixed hermetic stator and a runner located inside it are concentrically placed, the motor cavity formed by the stator, housing and runner is filled with liquid, and the runner is installed with the possibility of reciprocating movements along the longitudinal axis of the stator, a pump whose working body is mechanically connected to the runner, and the fixed part is mechanically connected to the motor housing of Tell through constructive elements formed to communicate the pump chamber formed by them from the external environment (Eurasian patent №009268, cl. F04B 47/06, 2007 from the year).

Недостатком известного устройства является низкий срок службы, вызванный тем, что опорные элементы линейного электродвигателя вынуждены работать непосредственно в среде пластовой жидкости, в которой, как известно, содержатся твердые механические примеси с различными по размерам частицами.A disadvantage of the known device is its low service life, due to the fact that the supporting elements of a linear electric motor are forced to work directly in the environment of the reservoir fluid, which, as you know, contains solid mechanical impurities with different particle sizes.

Изобретение направлено на повышение срока службы установки.The invention is aimed at increasing the service life of the installation.

Указанный технический результат достигается тем, что погружная насосная установка, содержащая линейный электродвигатель, включающий в себя корпус, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен на опорных элементах статора с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси электродвигателя, и насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой, согласно изобретению снабжена торцевыми щитами между полостями насоса и электродвигателя, средствами защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтрами тонкой очистки, расположенными в осевом направлении в корпусе электродвигателя между статором и торцевыми щитами, внешняя поверхность торцевых щитов плотно соединена с корпусом, внутрення поверхность торцевых щитов механически контактирует с поверхностью бегуна через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей.The specified technical result is achieved by the fact that the submersible pump installation containing a linear electric motor including a housing inside which a fixed sealed stator and a runner located inside it are concentrically placed, the motor cavity formed by the stator, housing and runner is filled with liquid, and the runner is mounted on supporting elements of the stator with the ability to make reciprocating movements along the longitudinal axis of the electric motor, and a pump, the working body of which is mechanically knitted with a runner, and the fixed part is mechanically connected to the motor housing through structural elements configured to connect the pump cavity formed by them with the external environment, according to the invention it is equipped with end shields between the pump and motor cavities, means for protecting the electric cavity from mechanical impurities and fine filters located in the axial direction in the motor housing between the stator and the end shields, the outer surface of the end shields is tightly connected On the housing, the inner surface of the end shields mechanically contacts the surface of the runner through the means of protecting the cavity of the electric motor from mechanical impurities.

Дополнительные фильтры тонкой очистки могут быть размещены в торцевых щитах.Additional fine filters can be placed in the end shields.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 схематически представлена конструкция насосной установки. Установка состоит из погружного линейного электродвигателя 1 и насоса 2. Неподвижная часть насоса 2 механически соединена с корпусом 3 электродвигателя 1, через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой. В корпусе 3 электродвигателя размещен неподвижный статор 4 с обмоткой, полость которого герметезирована, например, корпусом 3, торцевыми герметезирующими элементами 5, расположенными с обеих сторон и гильзой 6. Рабочий орган (поршень, плунжер) насоса 2 возвратно-поступательного действия механически связан с бегуном 7 электродвигателя 1. Бегун 7 располагается в опорных элементах 8 статора электродвигателя 1. Полость электродвигателя 1, образованная статором 4, корпусом 3 и бегуном 7, заполнена жидкостью. Фильтры 9 тонкой очистки, имеющие характеристики фильтров тонкой очистки, размещаются в корпусе 3 электродвигателя в осевом направлении между статором 4 и торцевыми щитами 10 с двух сторон. Внешняя поверхность торцевых щитов 10, расположенных между полостями насоса и электродвигателя, плотно соединена с корпусом 3 электродвигателя. С торцевыми щитами 10 механически связаны средства 12 защиты полости электродвигателя от попадания механических примесей. Через средства 12 защиты полости электродвигателя от механических примесей внутренняя поверхность торцевых щитов 10 механически контактирует с поверхностью бегуна 7. Дополнительные фильтры 11 тонкой очистки размещены в торцевых щитах 10.The invention is illustrated in the drawing. Figure 1 schematically shows the design of the pumping unit. The installation consists of a submersible linear electric motor 1 and pump 2. The fixed part of the pump 2 is mechanically connected to the casing 3 of the electric motor 1, through structural elements made with the possibility of communication formed by the pump cavity with the external environment. A fixed stator 4 with a winding is placed in the motor housing 3, the cavity of which is sealed, for example, by the housing 3, end sealing elements 5 located on both sides and the sleeve 6. The working body (piston, plunger) of the reciprocating pump 2 is mechanically connected with the runner 7 of the electric motor 1. The runner 7 is located in the supporting elements 8 of the stator of the electric motor 1. The cavity of the electric motor 1, formed by the stator 4, the housing 3 and the runner 7, is filled with liquid. Fine filters 9 having the characteristics of fine filters are placed in the motor housing 3 in the axial direction between the stator 4 and the end shields 10 on both sides. The outer surface of the end shields 10 located between the cavities of the pump and the electric motor is tightly connected to the casing 3 of the electric motor. With the end shields 10 are mechanically connected means 12 to protect the cavity of the motor from the ingress of mechanical impurities. Through means 12 to protect the cavity of the motor from mechanical impurities, the inner surface of the end shields 10 is mechanically in contact with the surface of the runner 7. Additional filters 11 for fine cleaning are placed in the end shields 10.

Полость электродвигателя 1, образованная корпусом 3, торцевыми щитами 10 и бегуном 7, перед погружением в скважину заполняется жидкостью (маслом, водой). Объем жидкости зависит от мощности электродвигателя, его размеров и частоты возвратно-поступательного движения.The cavity of the motor 1, formed by the housing 3, the end shields 10 and the runner 7, before immersion in the well is filled with liquid (oil, water). The volume of liquid depends on the power of the electric motor, its size and frequency of the reciprocating motion.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При управлении токами в обмотках электродвигателя по соответствующему алгоритму бегун 7 совершает возвратно-поступательные перемещения, насос 2 вытесняет пластовую жидкость в выходную магистраль. В случае, если диаметр бегуна строго постоянен на всем участке его соприкосновения с неподвижными элементами, в полости электродвигателя практически отсутствуют колебания давления, и, следовательно, отсутствуют гидродинамические потери в фильтрах.When controlling the currents in the motor windings according to the corresponding algorithm, the runner 7 performs reciprocating movements, the pump 2 displaces the reservoir fluid in the output line. If the diameter of the runner is strictly constant over the entire area of contact with the stationary elements, there are practically no pressure fluctuations in the cavity of the electric motor, and, therefore, there are no hydrodynamic losses in the filters.

Температура активных элементов электродвигателя в процессе его работы повышается, вместе с ней повышается температура жидкости в полости электродвигателя и соответственно увеличивается ее объем. Поскольку тепловые процессы протекают относительно медленно, жидкость постепенно поступает через фильтры тонкой очистки в окружающую среду, выравнивая давление в полости электродвигателя с давлением окружающей среды. При отключении электродвигателя процесс повторяется в обратном порядке. При этом практически отсутствует перепад давления на средствах 12 защиты полости электродвигателя от механических примесей, что исключает прорыв растворенного в пластовой жидкости газа в полость электродвигателя, в том числе к опорным элементам 8 статора.The temperature of the active elements of the electric motor during its operation rises, along with it the temperature of the liquid in the cavity of the electric motor rises and its volume accordingly increases. Since thermal processes are relatively slow, the fluid gradually flows through fine filters into the environment, aligning the pressure in the cavity of the electric motor with the pressure of the environment. When the motor is turned off, the process is repeated in the reverse order. In this case, there is practically no pressure difference on the means 12 for protecting the motor cavity from mechanical impurities, which eliminates the breakthrough of gas dissolved in the formation fluid into the motor cavity, including to the stator support elements 8.

Если бы средства защиты полости электродвигателя от механических примесей были установлены на известном устройстве (прототипе), то при нагревании электродвигателя в процессе работы жидкость прорывалась бы из полости статора через средства защиты от механических примесей через полость насоса в окружающую среду. При остывании электродвигателя после его остановки, например, при исчезновении напряжения в сети, температура внутри полости элекродвигателя снижается, объем жидкости уменьшается, давление внутри полости двигателя также снижается. Под действием перепада давления газ прорывается в полость электродвигателя, в том числе в его опорные узлы (подшипники), нарушая их смазку. При повторном включении износ подшипников резко возрастает.If the means to protect the cavity of the electric motor from mechanical impurities were installed on a known device (prototype), then when the electric motor was heated during operation, the liquid would break out from the stator cavity through the means of protection from mechanical impurities through the pump cavity into the environment. When the electric motor cools down after it stops, for example, when the mains voltage disappears, the temperature inside the electric motor cavity decreases, the fluid volume decreases, the pressure inside the motor cavity also decreases. Under the action of a pressure drop, gas breaks into the cavity of the electric motor, including its supporting units (bearings), disrupting their lubrication. When switched on again, the wear of the bearings increases sharply.

В реальных условиях эксплуатации отключения установок происходят довольно часто, поэтому станции управления погружными установками всегда оборудуются устройствами автоматического повторного включения (блоками АПВ).In real operating conditions, shutdowns of plants occur quite often, therefore, control stations for submersible plants are always equipped with automatic reclosing devices (automatic reclosure units).

Таким образом, только совокупность средств защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтров тонкой очистки и их расположение обеспечивают увеличение срока службы установки.Thus, only a set of means of protecting the cavity of the electric motor from mechanical impurities and fine filters and their location provide an increase in the service life of the installation.

Claims

1. A submersible pump installation containing a linear electric motor, including a housing, inside which a fixed hermetic stator and a runner located inside it are concentrically placed, the cavity of the electric motor formed by the stator, housing and runner is filled with liquid, and the runner is mounted on the stator support elements with the possibility perform reciprocating movements along the longitudinal axis of the stator, and a pump, the working body of which is mechanically connected to the runner, and the fixed part is mechanically connected to the electric motor housing through structural elements configured to connect the pump cavity formed by them with the external environment, characterized in that it is equipped with end shields between the pump and electric motor cavities, means for protecting the electric motor cavity from mechanical impurities and fine filters, fine filters are located in the axial direction in the motor housing between the stator and the end shields, the outer surface of the end shields is tightly connected to the housing, the inner surface t The front shields are mechanically in contact with the surface of the runner through the means of protecting the cavity of the electric motor from mechanical impurities.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with additional fine filters located in the end shields.