устройство для откачки пластовой жидкости из скважины
Классы МПК: | E21B43/00 Способы или устройства для добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин F04D15/00 Управление и регулирование насосов, насосных установок или систем |
Автор(ы): | Альтшуллер М.И., Белов Б.В., Чаронов В.Я. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский научно- исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-01-15 публикация патента:
20.07.1998 |
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при откачке пластовой жидкости. Устройство содержит силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу. Дополнительно на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты. Преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией. Причем выход преобразователя подключен к электродвигателю. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Устройство для откачки пластовой жидкости из скважины, содержащее силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, отличающееся тем, что на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение для откачки пластовой жидкости. Известны в настоящее время устройства для откачки пластовой жидкости, где используют погружные центробежные насосы, состоящие из асинхронного короткозамкнутого электродвигателя и центробежного насоса [1]. Учитывая, что глубина скважины бывает разная, а мощность насосов дискретно возрастает (22, 32, 45, 63 кВт и т.д.) на 30%, практически всегда мощность насоса превышает необходимую. Известно, что скважина работает в оптимальном режиме, когда приток нефти и отдача равновелики. Если равновесие нарушается, то необходимо переходить на периодический режим откачки (например, 2 ч работы, 1 ч паузы и т.д.). Это приводит к частым пускам насосного агрегата, что является результатом преждевременного выхода из строя насоса, двигателя и труб из-за динамических ударов, дисбаланса, лопаток насоса из-за осаждения сгустков нефти и т.д. Для длительной оптимальной работы насосного агрегата необходимо иметь регулируемый электропривод. Единственным экономичным способом регулирования скорости асинхронного короткозамкнутого двигателя является частотное регулирование. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является электропривод [2] известной зарубежной фирмы, например "ABB", которая производит регулируемый электропривод асинхронных электродвигателей погружных насосов. Указанный электропривод имеет ряд недостатков:1. Для работы асинхронного двигателя необходим реактивный ток (ток намагничивания), который составляет до 30% активного тока, потери от которого в погружном кабеле (1,5-2 км) снижают КПД привода и приводят к увеличению сечения кабеля. 2. Для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя необходим преобразователь частоты на полностью управляемых полупроводниковых ключах, в качестве которых инофирмы используют или запираемые тиристоры, или силовые транзисторные модули. Однако на напряжение несколько киловольт такая элементная база отсутствует, а двигатели имеют рабочее напряжение 1-2 кВ. Поэтому для питания погружного двигателя применяют дополнительно промежуточный трансформатор, т. е. к скважине подводится напряжение 6 кВ, которое понижается до 380 В, преобразуется из 50 Гц в нужную частоту и с помощью промежуточного трансформатора повышается до рабочего напряжения двигателя 1-2 кВ. 3. У асинхронного двигателя воздушный зазор между статором и ротором 0,4 мм, увеличение зазора приводит к снижению cosf и КПД. А такой малый зазор является причиной дополнительных потерь в насосе, прокачивающем трансформаторное масло внутри двигателя, кроме того, небольшой зазор является причиной снижения долговечности двигателя. Технический результат изобретения - упрощение, повышение надежности и улучшение энергетических показателей. Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю. Сущность предлагаемого решения заключается в том, что в устройстве для откачки пластовой жидкости из скважин, содержащем силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю - это позволяет упростить конструкцию устройства и обеспечить более надежную работу и повысить энергетические показатели. На чертеже приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения: 1 - понижающий трансформатор 6/10 кВ на рабочее напряжение двигателя (0,7-2 кВ); 2 - преобразователь частоты; 3 - (вентильный) электродвигатель; 4 - погружной центробежный насос; 5 - выпрямитель; 6 инвертор;
Устройство содержит понижающий трансформатор 1, подключенный к преобразователю 2, который подключен к электродвигателю 3, последний приводит во вращение погружной насос 4. Устройство работает следующим образом. Высокое напряжение 6/10 кВ, подводится к скважине с помощью понижающего трансформатора 1, где напряжение понижается до рабочего напряжения погружного двигателя (Up=0,7-2 кВ), которое поступает на преобразователь частоты 2, коммутация тиристоров в преобразователе естественная и достигается выпрямителем 5 за счет напряжения вторичной обмотки трансформатора 1, а инвертор за счет ЭДС электродвигателя 3. При пуске электродвигателя, когда ЭДС двигателя мала, коммутация инвертора осуществляется за счет прерывания тока путем перевода выпрямителя в инверторный режим, но при скорости более 0,1 преобразователь переходит в режим коммутации с помощью ЭДС двигателя. Электродвигатель выполнен таким образом, что статор электродвигателя остается без изменения (т.е. статор асинхронного короткозамкнутого погружения двигателя), а на роторе устанавливается высокоэнергетические постоянные магниты, исключив железо с короткозамкнутой обмоткой, и тем самым достигается новый эффект. Зазор между статором и ротором увеличивается в 3-4 раза, что повышает долговечность электродвигателя. Учитывая особенность погружного двигателя, датчик положения ротора на него не устанавливается, а информация о положении ротора берется не в скважине, а на поверхности по ЭДС двигателя.
Класс E21B43/00 Способы или устройства для добычи нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважин
Класс F04D15/00 Управление и регулирование насосов, насосных установок или систем