[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2019226072A1 - Установка погружного насоса с герметичным двигателем - Google Patents

Установка погружного насоса с герметичным двигателем Download PDF

Info

Publication number
WO2019226072A1
WO2019226072A1 PCT/RU2019/000337 RU2019000337W WO2019226072A1 WO 2019226072 A1 WO2019226072 A1 WO 2019226072A1 RU 2019000337 W RU2019000337 W RU 2019000337W WO 2019226072 A1 WO2019226072 A1 WO 2019226072A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coupling
pump
magnetic coupling
driven
cooling
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000337
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Марина Петровна ПЕЩЕРЕНКО
Сергей Николаевич ПЕЩЕРЕНКО
Наталья Анатольевна ЛЫКОВА
Original Assignee
Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Новомет-Пермь" filed Critical Акционерное общество "Новомет-Пермь"
Priority to CA3071371A priority Critical patent/CA3071371C/en
Priority to NO20191537A priority patent/NO345799B1/en
Priority to US16/637,178 priority patent/US11092160B2/en
Publication of WO2019226072A1 publication Critical patent/WO2019226072A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids
    • E21B43/128—Adaptation of pump systems with down-hole electric drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/01—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells specially adapted for obtaining from underwater installations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806—Cooling the drive system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/51—Inlet

Definitions

  • the invention relates to a pump engineering industry, in particular to submersible pumping units driven by a sealed submersible electric motor for pumping well fluid.
  • a submersible pump described in US patent JVs 6863124, ⁇ 43/00, 166/64, publ. 07/17/2003, which includes a production pump and a submersible motor connected to each other by means of a magnetic coupling, consisting of a driving and driven coupling half with permanent magnets attached to the motor rotor and to the pump rotor, respectively, with a protective shield between them made of non-magnetic non-conductive material, and an intermediate bearing support having three intermediate bearings concentric with each other and placed in the same axial position.
  • the bearing mating surfaces are located in a narrow gap between the protective shield and
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) magnets.
  • the gap between the drive coupling half and the shield protecting the internal cavity of the engine from the environment is filled with engine oil.
  • the gap between the shield and the driven coupling half is filled with the borehole fluid during installation operation.
  • the objective of the invention is to develop a reliable installation design of a submersible pump with a sealed motor, capable of working for a long time at high speeds of rotation of the shaft and high values of torque on the shaft.
  • the specified technical result is achieved due to the fact that in the installation of a submersible pump with a sealed motor, including a submersible pump, an engine and a magnetic coupling, consisting of a driving and driven coupling half with permanent magnets mounted on the motor rotor and the pump rotor, respectively, a protective screen between them and intermediate bearing support, according to the invention is additionally installed a cooling device for the magnetic coupling.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the amount of heat during the rotation of the coupling as a result of viscous friction in liquids filling the gaps on opposite sides of the protective screen.
  • the device provides pumping fluid through the coupling with the removal of excess heat beyond its limits.
  • a cooling device for the magnetic coupling can be a water-oil separator, which provides the selection and separation of the borehole fluid and further pumping the separated low-viscosity fraction through the gap between the protective screen and the driven coupling half for cooling the magnets.
  • the option is preferred in cases where the well fluid is a water-oil mixture.
  • the borehole fluid cooling device is additionally equipped with a surface fluid supply unit for pumping through the gap between the protective screen and the driven coupling half.
  • a central hole is made in the driven coupling half, hydraulically connected to the aforementioned gap and returns the heated fluid to the well.
  • recesses are made in the leading and driven half-couplings at the level of the bearing support, forming expansion of the flow channels for the circulation of coolant in the coupling, in which radial bearings with channels for the passage of coolant are installed.
  • FIG. 1 presents a diagram of the inventive installation
  • FIG. 2 is a general view of the inventive installation with a magnetic coupling cooling device in the form of a water-oil separator
  • FIG. 3 is a General view of the inventive installation with a package of pressure stages in the cooling device
  • FIG. 4 is a General view of the inventive installation with the supply of coolant from the surface
  • FIG. 6 is a General view of the inventive installation with the supply of coolant to the magnetic coupling from the separator installed above the pump through the connecting pipe.
  • a submersible pump comprises a submersible motor 1 and a production pump 2 with an input module 3 connected to each other by means of a magnetic coupling 4.
  • a magnetic coupling cooling device 5 is located on a common shaft with the latter (Fig. 1), equipped with a borehole selection unit at the top 6.
  • the cooling device includes a water-oil separator 7, for example, rotary or rotary o-vortex type (figure 2), or a package of pumping stages 8 (Fig.Z).
  • the cooling device may include an assembly for supplying liquid 9 from the surface (Fig. 4).
  • the water-oil separator 7 can be installed above the production pump 2 (Fig. 6).
  • the coupling 4 consists of a leading coupling half 10 connected to the shaft AND of the electric motor 1, a driven coupling half 12 connected to the shaft 13 of the production pump 2 through the shaft of the cooling device 5, a shield 14 and permanent magnets 15 installed in the coupling halves 10 and 12. Between the driving coupling half 10 and a shield 14, an annular gap 16 is formed which is filled with engine oil, and an annular gap 17 formed between the shield 14 and the driven coupling half 12,
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) it is intended for the passage of coolant taken from the well during operation, or injected from the surface through the tube 18 through the supply unit 9 (figure 4).
  • a central hole 19 is made, hydraulically connected to the gap 17 by the lower end channel 20 (Fig. 2), and with the annular space by the upper channels 21 (Fig. 2, 3).
  • recesses 22 are made with smooth recesses 23 for installing radial bearings 24 having flow channels 25 for free passage of coolant (Fig. 5) .
  • the cooling device includes a package of pumping stages 8 (FIG. 3), which select the required amount of well fluid, pump it further through the gap 17 between the shield 14 and the driven coupling half 12 and remove the heated fluid back to the well through a Central hole 19 inside the shaft 12 and then through the upper channels 21.
  • the water-oil separator 7 can be installed above the production pump 2, and the purified liquid is supplied from the separator 7 to the input of the magnetic coupling 4 through the connecting pipe 26 (Fig. 6).
  • Installation of a submersible pump operates as follows.
  • the borehole fluid through the selection unit 6 enters the cooling device of the magnetic coupling 5, passes through the flow part of the separator 7 or through the flow channels of the package of pump stages 8, flows into the magnetic coupling 4, where it fills
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) an annular gap 17 formed between the protective shield 14 and the driven coupling half 12.
  • the leading coupling half 10 When you turn on the motor 1 connected to the shaft 11 of the electric motor, the leading coupling half 10 is driven into rotation. Permanent magnets 15, mounted on the leading coupling half 10, create a rotating magnetic field that interacts with the permanent magnets 15 located in the driven coupling half 12.
  • the driven coupling half 12 connected to the shaft 13 of the separator 7 (or package of pump stages 8) and installed sequentially producing pump 2, is involved in rotational motion.
  • the torque is transmitted from the leading coupling half 10 to the driven 12 without mechanical contact between them, as a result, the pump 2 and the cooling device 5 of the magnetic coupling 4 installed with it on the common shaft 13 are driven and pumping of the well fluid begins.
  • one part of the total flow of the borehole fluid enters the cooling device 5 of the magnetic coupling 4 through the selection unit 6, the other, the largest part, into the production pump 2 through the input module 3 of the pump 2.
  • the fluid acquires the energy necessary to lift it from the well to the surface.
  • Part of the fluid that enters the cooling device 5 is pumped through the magnetic sleeve 4 and returns back to the well, taking away excess heat with it.
  • the well fluid which is a water-oil mixture (filled arrows) enters the separator 7 (Fig. 2), where it is involved in the separation process with phase separation of different densities in the field of centrifugal forces - more dense (water) is distilled off the periphery of the separator, and less dense (oil) accumulates at the axis of rotation.
  • Separated water from the periphery is sent to the annular gap 17 of the magnetic coupling 4 and then through
  • the flow of water heated in the gap 17 is carried away outside the magnetic coupling 4, being replaced by unheated. This establishes a constant temperature in time of the magnets 15, as well as dynamic stabilization of the system, which ensures reliable operation of the system as a whole.
  • Low-viscous borehole fluid (filled arrows) does not need separation and is pumped into the annular gap 17 of the driven half-coupling 12 of the magnetic coupling 4 using a package of pumping stages 8 (Fig. 3).
  • the fluid heats up and passes through the flow channels 25 in the radial bearings 24 and goes into the annulus through the end channel 21.
  • the annular gap 17 between the driven coupling half 12 and the shield 14 is filled with low-viscosity fluid supplied from the surface through the tube 18 through the site
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) supply 9.
  • the embodiment with the injection of liquid from the surface provides the supply to the magnetic coupling 4 of clean liquid, thereby preventing clogging of the channels 17, 20, 21.
  • FIG. 6 An embodiment is possible (Fig. 6), in which the cooling device 5 is a separator 7 mounted above the main pump 2, while the separated low-viscosity liquid with a high water content is supplied to the magnetic coupling 4 through the connecting pipe 26 and then pumped into the annular gap 17 of the driven coupling half 12 of the magnetic coupling 4.
  • the cooling device 5 is a separator 7 mounted above the main pump 2
  • the separated low-viscosity liquid with a high water content is supplied to the magnetic coupling 4 through the connecting pipe 26 and then pumped into the annular gap 17 of the driven coupling half 12 of the magnetic coupling 4.
  • fluid from the pump side can enter a central hole inside the driven coupling half and exit through the annular channel between the shield and the driven coupling coupling.
  • the mutual arrangement of the leading and driven half-couplings of the magnetic coupling can also be changed - the leading half-coupling can be made internal, and the driven - external. All such changes, not inconsistent with the essence of the present invention, should be considered protected within the framework of the claims.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным насосным установкам с приводом от герметичного погружного электродвигателя для перекачивания скважинной жидкости. Установка погружного насоса содержит насос, двигатель и магнитную муфту, состоящую из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, закрепленными на роторе двигателя и роторе насоса соответственно, защитного экрана между ними и промежуточной подшипниковой опоры. Установка дополнительно содержит устройство для охлаждения магнитной муфты. Если скважинная жидкость представляет собой водо-нефтяную смесь, то в качестве устройства для охлаждения магнитной муфты предпочтительно использовать сепаратор. В случае добычи маловязкой скважинной жидкости достаточное охлаждение муфты осуществляется без дополнительной сепарации добываемой жидкости, поэтому в качестве устройства охлаждения может быть установлен пакет насосных ступеней. Изобретение обеспечивает длительную работу установки при высоких частотах вращения вала и высоких значениях крутящего момента на валу.

Description

УСТАНОВКА ПОГРУЖНОГО НАСОСА
С ГЕРМЕТИЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным насосным установкам с приводом от герметичного погружного электродвигателя для перекачивания скважинной жидкости.
Известна установка погружного насоса, содержащая герметичный электродвигатель, магнитную муфту, и добывающий насос, причем внутренняя полость электродвигателя герметична и защищена от попадания внутрь пластовой жидкости, а крутящий момент от вала двигателя к валу насоса передается за счет взаимодействия между постоянными магнитами, закрепленными на ведущей и ведомой полумуфтах магнитной муфты, жестко связанных с валами двигателя и насоса, и разделенными защитным экраном (патент на ИМ Ns 52124, опубл. 10.03.2006).
Отсутствие радиальной опоры внутри магнитной муфты снижает надежность конструкции и накладывает ограничения на длину муфты и величину передаваемого крутящего момента, что делает невозможным использование установки на повышенных частотах вращения вала.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка погружного насоса, описанная в патенте US JVs 6863124, Е21В 43/00, 166/64, опубл. 17.07.2003, имеющая в своем составе добывающий насос и погружной электродвигатель, связанные друг с другом посредством магнитной муфты, состоящей из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, прикреплёнными к ротору двигателя и к ротору насоса соответственно, защитным экраном между ними, выполненным из немагнитного непроводящего материала, и промежуточной подшипниковой опоры, имеющей три промежуточных подшипника, концентричных друг другу и размещенных в одном и том же осевом положении. Поверхности сопряжения подшипников располагаются в узком зазоре между защитным экраном и
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) магнитами. Зазор между ведущей полумуфтой и защитным экраном, изолирующей от окружающей среды внутреннюю полость двигателя, заполнен маслом двигателя. Зазор между защитным экраном и ведомой полумуфтой заполняется скважинной жидкостью во время работы установки.
При эксплуатации такой установки в магнитной муфте вследствие вязкого трения в слое жидкости вблизи вращающейся стенки происходит значительный нагрев, тем больший, чем выше вязкость жидкости и частота вращения вала. Отсутствие охлаждения вызывает рост температуры внутри устройства и потерю магнитных свойств постоянных магнитов при достижении температуры Кюри. Кроме того, описанное расположение подшипников либо полностью перекрывает канал для потенциально возможной прокачки охлаждающей жидкости по зазору, либо подразумевает большую толщину зазора. В первом случае неизбежен перегрев муфты, т.е. ограничение срока службы и надёжности всей установки, во втором накладывается ограничение по передаваемому крутящему моменту, что приводит к снижению производительности.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка надёжной конструкции установки погружного насоса с герметичным двигателем, способной длительное время работать при высоких частотах вращения вала и высоких значениях крутящего момента на валу.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в установке погружного насоса с герметичным двигателем, включающей погружной насос, двигатель и магнитную муфту, состоящую из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, закрепленными на роторе двигателя и роторе насоса соответственно, защитного экрана между ними и промежуточной подшипниковой опоры, согласно изобретению дополнительно установлено устройство охлаждения магнитной муфты.
Применение устройства охлаждения магнитной муфты позволит избежать перегрева магнитов, вызванного выделением значительного
2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) количества тепла при вращении полумуфт в результате вязкого трения в жидкостях, заполняющих зазоры по разные стороны от защитного экрана. Устройство обеспечивает прокачку жидкости через муфту с удалением лишнего тепла за ее пределы.
Устройством охлаждения магнитной муфты может служить сепаратор вода-нефть, который обеспечивает отбор и сепарацию скважинной жидкости и дальнейшую прокачку сепарированной маловязкой фракции по зазору между защитным экраном и ведомой полумуфтой для охлаждения магнитов. Вариант предпочтителен в случаях, когда скважинная жидкость представляет собой водо-нефтяную смесь.
В случае добычи маловязкой скважинной жидкости достаточное охлаждение муфты осуществляется без дополнительной сепарации добываемой жидкости, поэтому в качестве устройства охлаждения может быть установлен пакет насосных ступеней, обеспечивающий отбор необходимого количества скважинной жидкости, ее дальнейшую прокачку по зазору между защитным экраном и ведомой полумуфтой и выпуск нагретой жидкости обратно в скважину.
В случае добычи высоковязкой скважинной жидкости с низкой обводненностью, устройство охлаждения скважинной жидкости дополнительно оснащено узлом подвода жидкости с поверхности для прокачки по зазору между защитным экраном и ведомой полумуфтой.
Для организации прокачки скважинной жидкости либо отсепарированной от нее воды в ведомой полумуфте выполнено центральное отверстие, гидравлически связанное с вышеупомянутым зазором и возвращающее нагретую жидкость в скважину. Кроме того, в ведущей и ведомой полумуфтах на уровне подшипниковой опоры выполнены выемки, формирующие расширение проточных каналов для циркуляции охлаждающей жидкости в муфте, в которые установлены радиальные подшипники с каналами для прохода охлаждающей жидкости.
3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема заявляемой установки; на фиг. 2 - общий вид заявляемой установки с устройством охлаждения магнитной муфты в виде сепаратора вода-нефть, на фиг. 3 - общий вид заявляемой установки с пакетом напорных ступеней в составе устройства охлаждения, на фиг. 4 - общий вид заявляемой установки с подачей охлаждающей жидкости с поверхности, на фиг. 5 - радиальный подшипник магнитной муфты, на фиг. 6 - общий вид заявляемой установки с подачей охлаждающей жидкости к магнитной муфте из сепаратора, установленного выше насоса, по соединительной трубке.
Установка погружного насоса содержит погружной электродвигатель 1 и добывающий насос 2 с входным модулем 3, соединенные друг с другом посредством магнитной муфты 4. Между магнитной муфтой 4 и добывающим насосом 2 на общем валу с последним расположено устройство охлаждения магнитной муфты 5 (фиг. 1), снабженное в верхней части узлом отбора скважинной жидкости 6. В зависимости от добываемой жидкости, в частности от таких ее свойств, как обводнённость и вязкость, устройство охлаждения включает сепаратор вода-нефть 7, например, роторного или роторно-вихревого типа (фиг.2), либо пакет насосных ступеней 8 (фиг.З). Кроме того, устройство охлаждения может иметь в своем составе узел подвода 9 жидкости с поверхности (фиг.4). Как вариант реализации конструктивного решения сепаратор вода-нефть 7 может быть установлен выше добывающего насоса 2 (фиг. 6).
Муфта 4 состоит из ведущей полумуфты 10, связанной с валом И электродвигателя 1, ведомой полумуфты 12, связанной с валом 13 добывающего насоса 2 через вал устройства охлаждения 5, защитного экрана 14 и постоянных магнитов 15, установленных в полумуфтах 10 и 12. Между ведущей полумуфтой 10 и защитным экраном 14 образован кольцевой зазор 16, который заполняют маслом двигателя, а кольцевой зазор 17, образованный между защитным экраном 14 и ведомой полумуфтой 12,
4
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) предназначен для прохождения охлаждающей жидкости, отбираемой из скважины во время эксплуатации, либо закачиваемой с поверхности по трубке 18 через узел подвода 9 (фиг.4). В ведомой полумуфте 12 выполнено центральное отверстие 19, гидравлически соединенное с зазором 17 нижним торцевым каналом 20 (фиг. 2), а с затрубным пространством - верхними каналами 21 (фиг. 2, 3).
С целью повышения надежности магнитной муфты 4 в ведущей полумуфте 10 на обеих цилиндрических сторонах и на внешней цилиндрической стороне ведомой 12 полумуфты выполнены выемки 22 с плавными углублениями 23 для установки радиальных подшипников 24, имеющих проточные каналы 25 для свободного прохода охлаждающей жидкости (фиг. 5).
В установках, предназначенных для перекачки жидкости низкой вязкости, устройство для охлаждения включает в себя пакет насосных ступеней 8 (фиг.З), обеспечивающих отбор необходимого количества скважинной жидкости, ее дальнейшую прокачку по зазору 17 между защитным экраном 14 и ведомой полумуфтой 12 и удаление нагретой жидкости обратно в скважину через центральное отверстие 19 внутри вала 12 и далее через верхние каналы 21.
Как вариант реализации конструктивного решения сепаратор вода- нефть 7 может быть установлен выше добывающего насоса 2, а очищенная жидкость подаваться из сепаратора 7 на вход магнитной муфты 4 через соединительную трубку 26 (фиг 6).
Установка погружного насоса работает следующим образом.
После спуска установки в скважину скважинная жидкость через узел отбора 6 попадает в устройство охлаждения магнитной муфты 5, проходит через проточную часть сепаратора 7 или через проточные каналы пакета насосных ступеней 8, перетекает в магнитную муфту 4, где заполняет
5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) кольцевой зазор 17, образованный между защитным экраном 14 и ведомой полумуфтой 12.
При включении электродвигателя 1 связанная с валом 11 электродвигателя ведущая полумуфта 10 приводится во вращение. Постоянные магниты 15, закрепленные на ведущей полумуфте 10, создают вращающееся магнитное поле, взаимодействующее с постоянными магнитами 15, расположенными в ведомой полумуфте 12. При этом ведомая полумуфта 12, связанная с валом 13 сепаратора 7 (или пакета насосных ступеней 8) и установленного последовательно добывающего насоса 2, вовлекается во вращательное движение. Таким образом, осуществляется передача крутящего момента с ведущей полумуфты 10 на ведомую 12 без механического контакта между ними, в результате насос 2 и установленное с ним на общем валу 13 устройство охлаждения 5 магнитной муфты 4 приводятся в действие и начинают прокачивать скважинную жидкость.
Во время работы электродвигателя 1 одна часть общего потока скважинной жидкости поступает внутрь устройства охлаждения 5 магнитной муфты 4 через узел отбора 6, другая, большая часть, - внутрь добывающего насоса 2 через входной модуль 3 насоса 2. В добывающем насосе 2 жидкость приобретает энергию, необходимую для подъема ее из скважины на поверхность. Часть жидкости, поступившая в устройство охлаждения 5, прокачивается через магнитную муфту 4 и возвращается обратно в скважину, унося с собой лишнее тепло.
В одном из вариантов исполнения скважинная жидкость, представляющая собой водо-нефтяную смесь (закрашенные стрелки) поступает внутрь сепаратора 7 (фиг.2), где вовлекается в процесс сепарации с разделением фаз разной плотности в поле центробежных сил - более плотная (вода) отгоняется к периферии сепаратора, а менее плотная (нефть) скапливается у оси вращения. Сепарированная вода с периферии (контурные стрелки) направляется в кольцевой зазор 17 магнитной муфты 4 и далее через
6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) нижний торцевой канал 20 поступает в центральное отверстие 19 ведомой полумуфты 12. При своем движении по зазору 17 сепарированная вода нагревается в результате вязкого трения между вращающейся с высокой частотой стенкой ведомой полумуфты 12 и неподвижной стенкой защитного экрана 14 и, проходя через проточные каналы 25 в радиальных подшипниках 23, уходит в затруб через торцевой канал 21. Благодаря каналам 25 в подшипниках 24, установленных в выемках 22 с плавными углублениями 23 (фиг.5), поток жидкости не испытывает сопротивления своему течению при движении по зазору 17 в месте установки радиальных подшипников 24. Наряду с этим радиальные подшипники 24, служащие опорой для ведущей 10 и ведомой 12 полумуфт, минимизируют вибрацию системы в целом, что также способствует повышению надежности работы муфты при увеличении частоты вращения вала. Таким образом, нагретый в зазоре 17 поток воды уносится за пределы магнитной муфты 4, замещаясь ненагретым. При этом устанавливается постоянная во времени температура магнитов 15, а также динамическая стабилизация системы, что обеспечивает надежную работу системы в целом.
Маловязкая скважинная жидкость (закрашенные стрелки) не нуждается в сепарации и закачивается в кольцевой зазор 17 ведомой полумуфты 12 магнитной муфты 4 с помощью пакета насосных ступеней 8 (фиг. 3). При своем движении по зазору 17 в результате вязкого трения между вращающейся с высокой частотой стенкой ведомой полумуфты 12 и неподвижной стенкой защитного экрана 14 жидкость нагревается и, проходя через проточные каналы 25 в радиальных подшипниках 24, уходит в затруб через торцевой канал 21.
При использовании установки для добычи скважинной жидкости с высокой вязкостью и низкой обводненностью (фиг. 4), кольцевой зазор 17 между ведомой полумуфтой 12 и защитным экраном 14 заполняется маловязкой жидкостью, подаваемой с поверхности по трубке 18 через узел
7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) подвода 9. Вариант исполнения с инжекцией жидкости с поверхности обеспечивает подачу в магнитную муфту 4 чистой жидкости, тем самым предотвращает засорение каналов 17, 20, 21.
Возможен вариант исполнения (фиг. 6), в котором устройство для охлаждения 5 представляет собой сепаратор 7, установленный выше основного насоса 2, при этом отсепарированная маловязкая жидкость с высоким содержанием воды подаётся в магнитную муфту 4 через соединительную трубку 26 и далее закачивается в кольцевой зазор 17 ведомой полумуфты 12 магнитной муфты 4. При своем движении по зазору 17 в результате вязкого трения между вращающейся с высокой частотой стенкой ведомой полумуфты 12 и неподвижной стенкой защитного экрана 14 жидкость нагревается и, проходя через центральный канал 19 внутри вала 13, проточные каналы 25 радиальных подшипников 24, уходит в затруб через торцевой канал 21.
Следует учесть, что при рассмотрении признаков приведенного изобретения, а также примеров его реализации, для специалиста станут очевидными другие конструктивные изменения и модификации. Например, жидкость со стороны насоса может поступать в центральное отверстие внутри ведомой полумуфты, а выходить через кольцевой канал между защитным экраном и ведомой полумуфтой. Также может быть изменено взаимное расположение ведущей и ведомой полумуфт магнитной муфты - ведущая полумуфта может быть выполнена внутренней, а ведомая - внешней. Все подобные изменения, не имеющие расхождения с сущностью настоящего изобретения, следует считать защищенными в рамках формулы изобретения.
Таким образом, использование заявляемой конструкции для различных скважинных жидкостей позволяет надежно передавать крутящий момент при высоких температурах за счет удаления нагретой жидкости за пределы муфты.
8
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения
1. Установка погружного насоса с герметичным двигателем, содержащая насос, двигатель и магнитную муфту, состоящую из ведущей и ведомой полумуфт с постоянными магнитами, закрепленными на роторе двигателя и роторе насоса соответственно, защитного экрана между ними и промежуточной подшипниковой опоры, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит устройство для охлаждения магнитной муфты.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для охлаждения размещено между магнитной муфтой и насосом.
3. Установка по любому из пп.1-2, отличающаяся тем, что в качестве устройства для охлаждения магнитной муфты использован сепаратор, обеспечивающий отбор, сепарацию скважинной жидкости, дальнейшую прокачку сепарированной маловязкой фракции по зазору между защитным экраном и ведомой полумуфтой для охлаждения магнитов, и возврат нагретой жидкости в скважину.
4. Установка по любому из пп.1-2, отличающаяся тем, что устройство для охлаждения магнитной муфты выполнено в виде пакета насосных ступеней, обеспечивающего отбор необходимого количества скважинной жидкости, дальнейшую прокачку по зазору между защитным экраном и ведомой полумуфтой для охлаждения магнитов и возврат нагретой жидкости в скважину.
5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в ведущей и ведомой полумуфтах на уровне подшипниковой опоры выполнены выемки, формирующие расширение проточных каналов для циркуляции охлаждающей жидкости в муфте, в которые установлены радиальные подшипники с каналами для прохода охлаждающей жидкости.
6. Установка по любому из пп.1-2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена узлом подвода жидкости с поверхности,
9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) гидравлически связанным с зазором между защитным экраном и ведомой полумуфтой.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве устройства для охлаждения магнитной муфты использован сепаратор, установленный выше насоса и связанный с зазором между защитным экраном и ведомой полумуфтой магнитной муфты при помощи соединительной трубки для подвода отсепарированной маловязкой фракции.
10
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2019/000337 2018-05-21 2019-05-15 Установка погружного насоса с герметичным двигателем WO2019226072A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3071371A CA3071371C (en) 2018-05-21 2019-05-15 Submersible pump assembly with a sealed motor
NO20191537A NO345799B1 (en) 2018-05-21 2019-05-15 Submersible pump assembly with a sealed motor
US16/637,178 US11092160B2 (en) 2018-05-21 2019-05-15 Submersible sealed motor pump assembly

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118744 2018-05-21
RU2018118744A RU2681045C1 (ru) 2018-05-21 2018-05-21 Установка погружного насоса с герметичным двигателем

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019226072A1 true WO2019226072A1 (ru) 2019-11-28

Family

ID=65632682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000337 WO2019226072A1 (ru) 2018-05-21 2019-05-15 Установка погружного насоса с герметичным двигателем

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11092160B2 (ru)
CA (1) CA3071371C (ru)
NO (1) NO345799B1 (ru)
RU (1) RU2681045C1 (ru)
WO (1) WO2019226072A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU195617U1 (ru) * 2019-10-16 2020-02-03 Акционерное общество "Новомет-Пермь" Установка погружного насоса для перекачки скважинной жидкости

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU492979A1 (ru) * 1973-09-17 1975-11-25 Предприятие П/Я Р-6273 Магнитна муфта дл привода вертикального герметизированного вала
RU2616U1 (ru) * 1994-11-15 1996-08-16 Кляус Игорь Петрович Герметичный магнитоприводной центробежный нефтяной насос
US6863124B2 (en) * 2001-12-21 2005-03-08 Schlumberger Technology Corporation Sealed ESP motor system
CN105422065A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 中国石油天然气股份有限公司 一种潜油电动往复泵吞吐采油装置
RU170819U1 (ru) * 2017-01-12 2017-05-11 Павел Анатольевич Кукушкин Магнитная муфта для привода лопастных гидромашин

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4277707A (en) * 1978-04-24 1981-07-07 The Garrett Corporation High speed magnetic coupling
SU909342A1 (ru) * 1979-11-30 1982-02-28 за витель .всш., -SATfiffTKO- V.;, 5 %} rfc,5J. И. К. Попов .(iM-ir;E4/ Магнитна муфта дл соединени лопастного насоса и привода
DE4009199A1 (de) * 1990-03-22 1991-09-26 Rheinhuette Gmbh & Co Trockenlaufsicherung fuer magnetkupplungspumpen
DK168236B1 (da) * 1992-02-03 1994-02-28 Thrige Pumper As Køling af magnetkobling i pumper
FR2715442B1 (fr) * 1994-01-26 1996-03-01 Lorraine Carbone Pompe centrifuge à entraînement magnétique.
US5857842A (en) * 1997-06-16 1999-01-12 Sheehan; Kevin Seamless pump with coaxial magnetic coupling including stator and rotor
RU52124U1 (ru) * 2005-06-30 2006-03-10 Федеральное космическое агентство Федеральное государственное унитарное предприятие НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКИ С ЗАВОДОМ имени А.Г. ИОСИФЬЯНА НПП ВНИИЭМ Электронасосная погружная установка с магнитной муфтой (варианты)
US9964113B2 (en) * 2015-05-11 2018-05-08 Fuglesangs Subsea As Omnirise hydromag “variable speed magnetic coupling system for subsea pumps”

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU492979A1 (ru) * 1973-09-17 1975-11-25 Предприятие П/Я Р-6273 Магнитна муфта дл привода вертикального герметизированного вала
RU2616U1 (ru) * 1994-11-15 1996-08-16 Кляус Игорь Петрович Герметичный магнитоприводной центробежный нефтяной насос
US6863124B2 (en) * 2001-12-21 2005-03-08 Schlumberger Technology Corporation Sealed ESP motor system
CN105422065A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 中国石油天然气股份有限公司 一种潜油电动往复泵吞吐采油装置
RU170819U1 (ru) * 2017-01-12 2017-05-11 Павел Анатольевич Кукушкин Магнитная муфта для привода лопастных гидромашин

Also Published As

Publication number Publication date
CA3071371A1 (en) 2019-11-28
US11092160B2 (en) 2021-08-17
NO20191537A1 (en) 2019-12-30
CA3071371C (en) 2020-11-17
NO345799B1 (en) 2021-08-09
US20200370558A1 (en) 2020-11-26
RU2681045C1 (ru) 2019-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10704368B2 (en) Electric submersible pumping unit
CA2832060C (en) Torque transmitting rings for sleeves in electrical submersible pumps
US11509199B2 (en) Systems and processes for aligning permanent magnet motors in an electric submersible pump
US20100102648A1 (en) Enhanced thermal conductivity material in annular gap between electrical motor stator and housing
EP3397866B1 (en) Electromagnetic coupling for esp motor
US7950906B2 (en) Insulated bearings for downhole motors
WO2015065574A1 (en) High-speed, multi-power submersible pumps and compressor
WO2015178887A1 (en) Optimized cooling for electric motor in artificial lift
US20140300231A1 (en) Downhole electric submersible pumps with high rotordynamic stability margin
RU2681045C1 (ru) Установка погружного насоса с герметичным двигателем
KR100935707B1 (ko) 마그네틱 구동 시일리스 펌프
WO1997033070A2 (en) Downhole flow stimulation in a natural gas well
RU2681051C1 (ru) Узел передачи крутящего момента для погружной установки (варианты)
US10125585B2 (en) Refrigeration system with internal oil circulation
US10837268B2 (en) Methods and apparatus for producing fluids from a well
US11624368B2 (en) High speed electric submersible pumps
RU2712847C1 (ru) Установка погружного насоса с магнитной муфтой
KR100924385B1 (ko) 마그네틱 구동 시일리스 펌프
CN102255424B (zh) 螺杆泵地面直驱永磁同步电动机

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19807916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3071371

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19807916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1