скважинная насосная установка

Формула изобретения

Скважинная насосная установка, содержащая установленные в скважине на колонне труб погружной насос, погружной электродвигатель, пропущенный вдоль колонны труб электрический силовой кабель, подключенный на поверхности к станции управления работой погружного электродвигателя, и погружной приборный модуль с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков, например датчиками давления и температуры, отличающаяся тем, что погружной приборный модуль с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков установлен на колонне труб выше погружного насоса в выполненном на колонне труб герметичном приборном отсеке, на внешней поверхности которого установлено герметичное электрораспределительное устройство, посредством которого силовой кабель подключен к погружному электродвигателю и к погружному приборному модулю с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области насосостроения, а именно к скважинным погружным насосным установкам, предназначенным предпочтительно для эксплуатации в нефтегазодобывающей промышленности.

Известна насосная установка, содержащая установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, преобразователь частоты напряжения, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, подключенные к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, коммутирующие устройства для связи кабелей питания электродвигателей с промысловой электросетью и преобразователем частоты напряжения, блок определения оптимальной последовательности воздействий сигналами управления (см. патент RU №2050472, кл. F 04 D 15/00, F 04 D 13/10, опубл. 20.12.1995).

Однако используемая в данной установке система измерения и формирования сигналов управления электродвигателями обеспечивает управление электронасосными агрегатами только по предварительно определенному заданию без привязки к изменяемым в реальном времени параметрам системы "пласт-скважина-погружной насос" и призабойной зоны пласта. Данное устройство не обеспечивает оптимальный режим работы скважин и качество переходных процессов при переключении питания электронасосных агрегатов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинная насосная установка, содержащая установленные в скважине на колонне труб погружной насос, погружной электродвигатель, пропущенный вдоль колонны труб электрический силовой кабель, подключенный на поверхности к станции управления работой погружного электродвигателя, и погружной приборный модуль с датчиками параметров состояния скважины и устройством преобразования сигналов датчиков, например датчиками давления и температуры (см. патент RU №2256065, опубл. 10.07.2005).

В данном устройстве достигнуто повышение качества регулирования погружного электронасосного агрегата на заданные показатели производительности, сокращение времени переходных процессов, снижение нагрузки на электронасосный агрегат и затрат электроэнергии за счет учета реальных динамических характеристик системы "пласт-скважина-погружной насос". Однако размещение датчиков ниже погружного насоса и погружного электродвигателя не дает возможности уловить момент снижения уровня откачиваемой из скважины среды ниже погружного насоса. В результате это снижение уровня откачиваемой среды приведет к перегреву электродвигателя и выходу из строя насосной установки.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является предотвращение снижения уровня откачиваемой среды ниже насоса и электродвигателя.

Техническим результатом, достигаемым в настоящем изобретении, является повышение надежности работы скважинной насосной установки.

Указанный технический результат достигается, а техническая задача решается за счет того, что скважинная насосная установка содержит установленные в скважине на колонне труб погружной насос, погружной электродвигатель, пропущенный вдоль колонны труб электрический силовой кабель, подключенный на поверхности к станции управления работой погружного электродвигателя, и погружной приборный модуль с датчиками параметров состояния скважины и устройством преобразования сигналов датчиков, например датчиками давления и температуры, причем погружной приборный модуль с датчиками параметров состояния скважины и устройством преобразования сигналов датчиков установлен на колонне труб выше погружного насоса в выполненном на колонне труб герметичном приборном отсеке, на внешней поверхности которого установлено герметичное электрораспределительное устройство, посредством которого силовой кабель подключен к погружному электродвигателю и к погружному блоку телеметрии.

Анализ работы скважинных насосных агрегатов показал, что размещение датчиков давления и температуры ниже погружного насоса приводит к снижению надежности работы скважинной насосной установки.

Выполнение скважинной насосной установки с погружным приборным модулем, включающим датчики параметров состояния скважины и устройство преобразования сигналов датчиков, установленным на колонне труб выше погружного насоса и установленным в герметичном приборном отсеке, расположенном на колонне труб, а также расположение электрического силового кабеля с внешней стороны колонны труб и снабжение установки герметичным электрораспределительным устройством, расположенным с внешней стороны относительно приборного отсека, позволяет решить одновременно несколько проблем, решение которых позволило повысить надежность работы и упростить эксплуатацию скважинной насосной установки.

Описанная выше компоновка позволит приостановить работу установки при снижении уровня откачиваемой из скважины среды ниже погружного насоса. Как следствие, предотвращается перегрев электродвигателя и холостая работа погружного насоса.

Герметичное электрораспеределительное устройство, размещенное на колонне труб, позволяет упростить монтаж и обслуживание электрооборудования.

На станцию управления поступает реальная информация о параметрах среды, которую погружной насос подает по колонне труб на поверхность.

На чертеже представлена схематически скважинная насосная установка.

Скважинная насосная установка содержит установленные в скважине на колонне труб 1 погружной насос 2, расположенный под ним погружной электродвигатель 3, пропущенный вдоль колонны труб 1 электрический силовой кабель 4, подключенный на поверхности к станции управления 5 работой погружного электродвигателя 3, и погружной приборный модуль 6 с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков, например датчиками давления и температуры. Погружной приборный модуль 6 с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков установлен на колонне труб 1 выше погружного насоса 2 и выполнен в герметичном приборном отсеке, на внешней поверхности которого установлено герметичное электрораспределительное устройство 7, посредством которого силовой кабель 4 подключен к погружному электродвигателю 3 и к погружному блоку телеметрии 6.

Источником скважинной жидкости является продуктивный пласт (не показан на чертеже), сообщение с которым осуществляется через перфорационные отверстия в обсадной колонне 8 скважины. Основными параметрами работы погружного насоса 2, например центробежного, и погружного приводного электродвигателя 3, образующих погружной электронасосный агрегат, являются производительность Q_Ж (м³ /сут), развиваемый напор Н (м вод.ст.), а также наличие на приеме насоса 2 давления не ниже заданного значения при различных частотах на выходе преобразователя частоты напряжения (если он имеется в составе станции управления 5).

Силовой кабель 4 служит как для подвода электроэнергии к погружному электродвигателю 3, так и для питания погружного приборного модуля 6 с датчиками параметров состояния скважины и устройствами преобразования сигналов датчиков и передачи данных на поверхность.

Станция управления 5, как правило, включает встроенный контроллер и силовой трансформатор, что позволяет управлять работой и подавать питание на погружной электродвигатель 3, а также обрабатывать сигналы погружного блока телеметрии 6 и совместно с преобразователем частоты напряжения регулировать скорость вращения роторов погружного электродвигателя 3 и насоса 2.

Жидкость из пласта через перфорационные отверстия поступает в обсадную колонну 8 скважины. Погружной электродвигатель 3 вращает ротор насоса 2. Далее жидкость по колонне труб 1 подается на поверхность. Электропитание погружного электродвигателя 3 осуществляется по силовому кабелю 4. Датчики погружного блока телеметрии 6 измеряют давление и температуру над насосом 2, а также другие необходимые параметры, например температуру, виброускорения в двух плоскостях корпуса электродвигателя 3, а также насоса 5 с учетом их жесткого соединения. Информационные сигналы от погружного приборного модуля 6 с датчиками параметров, состояния скважины и устройством преобразования сигналов датчиков подаются по силовому кабелю 4 на поверхность в станцию управления 5. Управление электропитанием станции управления 5 обеспечивает необходимую защиту от нештатных режимов по давлению и температуре в скважине, а также по току, напряжению, температуре погружного электродвигателя 3.

Преобразователь частоты напряжения, если он установлен, регулирует и поддерживает заданный режим работы динамической системы пласт-скважина-погружной насос 2 путем изменения производительности скважинной насосной установки в функции забойного давления скважины, соответствующей условию согласования характеристики истечения скважины, определяемой производительностью насоса 3 и характеристиками притока скважины по уровню жидкости в скважине.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для управления работой скважинных насосных установок.