Протектор. Конструкция и функции

Функции протектора
Зачастую обделен вниманием в системе REDA и недооценен.
Имеет прямое воздействие на жизнь всего механизма.
Несколько функций...

Функции протектора
Первостепенные функции:
1) Не допускать проникновение скважинной жидкости в двигатель.
2) Нести осевую нагрузку.
3) Соединять вращение, развитое в двигателе, с насосом.
4) Выравнивание давления

1) Не допускать проникновение скважинных жидкостей в двигатель.
Каких жидкостей?
- Агрессивная окружающая среда.
- Сильные колебания давления.
- Внутренний перегрев
- Выравнивание давления
Функции протектора

2) Нести осевую нагрузкую
- Упорный подшипник
- Характеристики подшипника
Подшипник обратной тяги
Подшипник прямой тяги
Распор-ный
бегунок
Функции протектора

Функции протектора
3) Соединять вращение, развитое в двигателе, с насосом.
- Выбор вала

Основные типы
Позитивная герметизация
Лабиринт

В лабиринтной конструкции используется разница между удельной массой скважинной жидкости и моторного масла, чтобы не допускать их смешения, не смотря на то, что они в прямом контакте друг с другом.
Лабиринтные протекторы

Верхние части систем контактируют со скважинной жидкостью через всасывающее отверстие насоса
Нижняя часть системы в контакте с головкой двигателя
(См. рисунки в каталоге)
U-образная труба
Уровень жидкости может поднимать-ся и опускаться, необхо-
димо сбаланси-ровать давление

START
STOP
START
STOP
EXCESSIVE
START STOP OCCURS
EXCESSIVE
START STOP OCCURS
EXCESSIVE
START STOP OCCURS
EXCESSIVE
START STOP OCCURS
Происходит чрезмерное включение - выключение
Протектор лабиринтного типа
Как он работает?
Двигатель
Перегорание двигателя
Протектор
Всасывающее устройство

Лабиринтные протекторы
Бывает, что этот тип протектора
не подходит для применения:
Скважинная жидкость, и...

Лабиринтные протекторы
Горизонтальные или сильно отклоненные скважины

Лабиринтные протекторы
Особое внимание нужно уделять при вынимании системы для проверки на наличие воды до того, как привести систему в горизонтальное положение.

Для применений, где удельные плотности скважинной жидкости и моторного масла похожи, или где скважина очень отклонена, другая конструкция протектора использует «позитивный уплотнитель» или «резервуар» для физического разделения этих двух жидкостей.
- Высокотемпературный эластомер с хорошими эксплуатационными качествами.
- Приспособиться к изменениям объема
Позитивные герметичные протекторы

Резервуар может изменять объем при необходимости и держит обе жидкости постоянно по отдельности
Мягкий резервуар
Позитивные герметичные протекторы

Существует во многих конфигурациях
3 базовых составляющих:
1) Камера
2) Упорный подшипник
3) Вал
Модульный протектор

Модульный протектор
Предыдущие популярные модели:
- 66L
- PFSB
- PFDB

Модульный протектор
Спецпроект :
- Головка
-Основание
- Вал
- Камера
- Соединение

Некоторые из комбинаций
LSLSB
BSBSL
BPBSLSL
LSB
BSL
B
L
Диафрагменная
камера
Лабиринт-ная камера
Валы
Головка
База
Уплотнитель
Общие части
Упор
Система модульного протектора

Названия частей протектора зависят от типов полостей использованных уплотнителей и от метода их соединения. (последовательный или параллельный).
L: labyrinth- лабиринт
B: Bag - резервуар
P: Parallel - параллель
S: Series - последовательность
HL: High Load (Bearing) – подшипник большой нагрузки
Модульный протектор

Например, BSBSL-HL - это...
Модульный протектор
Кострукция с тремя камерами с
РЕЗЕРВУАРОМ НА ВЕРХУ, СОЕДИНЕННЫМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С ДРУГИМ РЕЗЕРВУАРОМ, КОТОРЫЙ СОЕДИНЕН ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО С ЛАБИРИНТНОЙ ПОЛОСТЬЮ. ТАКЖЕ У ЭТОЙ КОНСТРУКЦИИ ИМЕЕТСЯ ПОДШИПНИК ВЫСОКОЙ НАГРУЗКИ.

Модульный протектор
Последовательное соединение:
Устанавливается для обеспечения резерва / безопасности
Для того, чтобы скважинная жидкость проникла в нижнюю полость, она должна полностью вытеснить все масло из верхней полости.
Увеличение обема –лабиринт удваивае свой обем, тогда как bag не имеет дополнительного резерва

Модульный протектор
Параллельное соединение:
Удваивает объем для возможного расширения
Пригодно для применений большой мощности, где двигатели больше и происходит большее расширение нефтепродуктов.

Модульный протектор
Допустимые перестановки:
LSL,
LSB,
BSL,
BSB,
BPB
Не допустимо: LPL or BPL

Стадии производственного цикла протектора:
1. Технический осмотр протектора перед установкой.
2. Система опускается на установленную глубину – масло расширяется.
Двигатель работает – масло расширяется.
Двигатель останавливается – масло сужается.
5. Двигатель работает циклически.
6. При вынимании системы на поверхность масло сужается.
Protector operation cycles

1. Осмотр протектора перед установкой.
Все модульные протекторы при получении уже заполнены.
Во время монтажа на рабочей площадке, FSS «дозаправит» протектор на случай потери масла во время сборки.
- Вентиляционные пробки меняются время от времени.
Protector operation cycles

1. Технический осмотр протектора перед инсталляцией.
Это увеличенное изображение протектора LSB. Красные стрелки указывают путь масла во время наполнения.
Пробки вентиляционного отверстия расположены через интервалы, чтобы обеспечить безвоздушное пространство.
Операционные циклы протектора

Технический осмотр протектора перед установкой.
Так как протектор осматривается на поверхности, температура моторного масла будет такой же, как текущая температура окружающей среды. (OAT).
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
температура
Объем масла
Операционные циклы протектора

Система погружается на установленную глубину, масло расширяется.
Протектор опускается в скважину и достигнет забойной температуры. Предположим, что расширение масла составляет 9%.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора

2. Система погружается на установленную глубину, масло расширяется.
Если система может держать только 100% объема, то система выгрузит эти 9% за борт. Это масло уже никогда не восстановить.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора

3. Двигатель работает, масло расширяется еще больше.
Добавочное расширение масла обычно составляет еще 2-4%.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Температура
Объем масла
Операционные циклы протектора
Двигатель работает

3. Двигатель работает, масло еще более расширяется.
Но снова, система может выдержать только 100% объема. Эти 2-4% расширенного масла будут потеряны в скважине.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора

4. Двигатель останавливается, масло сужается.
Сейчас система только на 96 - 98% наполнена маслом, поэтому теперь в протекторе будет немного скважинной жидкости, балансирующей объем, в первой полости
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора
Motor stops

5. Двигатель работает циклично.
В течение одного цикла система еще может терять машинное масло по различным причинам: температура двигателя, относительная плотность, наличие газа в моторном масле, эмульсии и т.д.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора
Motor cycles

6. При вынимании системы на поверхность, масло сужается из-за изменений в температуре и давлении.
Когда система вынута, машинное масло еще раз остынет до окружающей температуры. Большинство повреждений возникает во время удаления системы из скважины, а не во время ее работы в скважине. Сжатие масла может быть больше объема резервуара.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора
Вынимание системы

Операционные циклы протектора
Протектор типа LSB

Тех. осмотр протектора перед установкой
Модульный протектор LSB
Операционные циклы протектора - LSB
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Температура
Объем масла

Система погружена на нужную глубину, масло расширяется.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

Двигатель работает, масло расширяется еще больше
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

well
fluid
Двигатель останавливается, масло сужается
Резервуар сужается
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

well
fluid
Резервуар расширяется
Двигатель начинает рабочий цикл, масло расширяется.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

Резервуар сужается
well
fluid
Двигатель заканчивает цикл, масло сужается.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

Резервуар сужается
well
fluid
При вынимании системы на поверхность масло еще больше сужается.
OAT
BHT
MOT
80%
100%
110%
Temperature
Oil volume
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

Резервуар сужается
more
oil
well
fluid
well
fluid
well
fluid
Резервуар сужается
Резервуар расширяется
oil
Система установлена
Операционные циклы протектора - LSB
Модульный протектор LSB

Операционные циклы протектора
Протектор типа BSB

Операционные циклы протектора BSB
Модульный протектор BSB
Система установлена
oil
oil
Двигатель работает и нефть расширяется
more
oil
Резервуар сужается
Резервуар сужается
Двигатель останавливается и масло сужается
well
fluid
Двигатель заканчивает цикл и масло сужается
Резервуар сужается
Резервуар сужается
well
fluid
Резервуар расширяется
Резервуар расширяется
Двигатель работает циклами и масло расширяется
5
well
fluid

Рабочие циклы протектора Протектор типа BPB

Модульный протектор BPB
Unit
installed
Операционные циклы протектора BPB
oil
Двигатель работает и масло расширяется
more
oil
Резервуар сужается
Резервуар сужается
Двигатель останавливается и масло сужается
well
fluid
Резервуар расширяется
Резервуар расширяется
Двигатель работает циклами и масло расширяется
well
fluid
Резервуар сужается
Резервуар сужается
Двигатель заканчивает цикл и масло сужается
well
fluid

Protector
START
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
3–5 PSI
STOP
START
3–5 PSI
STOP
Разорван или просачивается(Может быть поломка уплотнителя)
Позитивный уплотнитель протектора
Как он работает?
Резервуары сужаются из-за уменьшения количества масла в них
LSBPB
(Labyrinth Series Bag Parallel Bag)
Двигатель загорается
Temperature increase
Temperature decrease
Temperature increase
Уменьшение температуры

Модульные протекторы бывают следующих серий: 400 (4.00"), 540 (5.13") и 562 (5.62").
Серии 540 и 562 имеют одинаковые верхние и нижние фланцы и могут быть использованы на двигателях 540 и 562 без переходников.
Серия 400 спроектирована для двигателя серии 456 без переходника.
Модульный протектор
400 540 562

540
562
Начиная с этой точки, протектор 562 точно такой же как протектор 540 и имеет те же самые части.
Протектор 562 имеет увеличенную секцию осевой нагрузки и осевой подшипник подшипник большего размера.
Модульный протектор
540

Гибкость является главным преимуществом в любой серии модульного протектора. С такой системой возможно изготовить протектор по спецзаказу для отдельного применения.
Следующие руководящеи принципы показывают возможные конфигурации протектора и сферы, в которых каждый имеет сильные и слабые стороны, а именно:
- Выбор полостей
- Эластомер
- Скважинная среда
Модульный протектор

Выбор эластомера протектора
Temp. Limit (Deg F)*
Water/Oil
Hydrogen Sulfide
Amines
Polar Chemicals
Carbon Dioxide
Nitrile
250
1
1
3
4
2
Carboxy-Nitrile
275
1
3
3
4
2
HSN
300
1
1
3
1-2
2
Viton
350
2
4
4
3
4
Aflas
400
1
1
1
3
2
Neoprene
Relative Chemical Resistance Properties
REDA Elastomer Application Guidelines
Температурный лимит указывает максимальную рабочую температуру для отдельных составтавляющих. Составляющие эластомера будут работать при температуре выше, чем температура в скважине, в зависимости от его местоположения в оборудовании. Для помощи в отдельных применениях связывайтесь с производителем.
1 = Великолепная долгосрочная прочность (очень слабое разбухание/поддерживает очень высокие физические качества)
2 = Хорошая долгосрочная прочность (среднее разбухание/поддерживает высокие физические качества)
3 = Не очень хорошая – в зависимости от времени воздействия и температуры (хорошая кратковременная прочность)
4 = Плохая – нет прочности даже при коротких воздействиях

Температурные лимиты протектора REDA на забое скважины
200 °F
225 °F
250 °F
275 °F
300 °F
400/456
540/562
400/456
540/562
Modular
Standard
Modular
AFLAS

Характеристика нагрузки протектора REDA 2 Oil против температуры
Протектор серии 400
Hi Ex Bearing
Bronze Bearing
0
2,500
5,000
7,500
10,000
Нагрузка (LBf)

Характеристика нагрузки протектора REDA 2 Oil против температуры
Протектор серии 540

Характеристика нагрузки протектора REDA 2 Oil против температуры
Протектор серии 562
Load (LBf)