Теплообменное устройство для погружных электродвигателей установок электроцентробежных насосов

Abstract

Актуальность разработки технического устройства обусловлена необходимостью решения задач, связанных с охлаждением высокооборотных вентильных и асинхронных погружных двигателей, в том числе при выводе добывающих скважин на рабочий режим. Особенно актуальна разработка эффективных систем охлаждения таких двигателей при использовании высокооборотных двигателей в малодебитных скважинах, поскольку мощность источников теплоты резко увеличивается по квадратичному закону в зависимости от числа оборотов. Основная цель: разработать конструкцию теплообменного устройства, позволяющего интенсифицировать теплообменные процессы в погружном электродвигателе для увеличения его межремонтного периода работы. Объектом исследования является модуль-теплообменник, применяемый в серийно выпускаемых электропогружных центробежных насосных установках с асинхронными погружными маслозаполненными двигателями и в высокоборотных погружных установках с вентильными электродвигателями. Модуль-теплообменник предназначен для снижения тепловой напряженности, повышения его эффективности при работе в условиях воздействия высоких температур. Методы. Для решения поставленной задачи был использован метод проектных исследований путем модернизации существующей конструкции модуля-теплообменника с низкой эффективностью теплообмена между пластовой жидкостью и нагретым маслом в электродвигателе с небольшими перепадами температур между ними. Результаты. Предложена усовершенствованная конструкция модуля-теплообменника, которая в условиях малых внутренних габаритов скважины и относительно невысоких температурных градиентов между нагретым маслом погружного электродвигателя и омывающей его пластовой жидкостью позволяет обеспечить максимальную степень интенсификации теплообменных процессов. Для эффективного охлаждения маслосистемы электродвигателя предложено использовать двухконтурную систему охлаждения. Для увеличения общей площади поверхности активного теплообмена выполнено оребрение внутреннего канала сквозного протока пластовой жидкости. Для обеспечения активной циркуляции нагретого масла предложено на поверхности внутренних стенок маслоканалов установить элементы закрутки потока, позволяющие выровнять температурные показатели пластовой жидкости и масла.

The relevance of the device development is caused by the need to solve the problems related to the cooling of high-speed valve and asynchronous submersible motors. The development of efficient cooling systems for such engines when using high-speed engines in lowflow wells is especially urgent, since the power of heat sources increases sharply according to a quadratic law depending on the number of revolutions. The main aim of the research is to develop a design of a heat exchange device that allows intensifying heat exchange processes in a submersible electric motor to increase its overhaul period. Object: a heat exchanger module for reducing thermal stress in serially produced submersible equipment of electric submersible centrifugal pump installations with asynchronous submersible oil-filled motors and high-speed submersible installations with valve motors for their efficient operation at high temperatures. Methods. To solve the problem, the method of design study was used by modernizing the existing design of the heat exchanger with a low efficiency of heat transfer between the reservoir fluid and the heated oil of the electric motor with small temperature gradients between them. Results. The authors have proposed the improved design of the heat exchanger module, which allows providing the maximum degree of intensification of heat exchange processes in the small internal dimensions of the well and relatively low temperature gradients between the heated oil of the submersible electric motor and the formation fluid washing it. For effective cooling of the oil system of the electric motor, it is proposed to use a two-circuit cooling system. To increase the total surface area of active heat transfer, ribbing of the internal channel of the through flow of formation fluid is made. To ensure active circulation of heated oil, it is proposed to install flow swirling elements on the surface of the inner walls of the oil channels, which allows equalizing the temperature indicators of the formation fluid and oil.