Погружной скважинный насос с автономным электрогенератором напряжения для питания измерительных приборов и/или систем телеметрии

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к скважинным способам добычи нефти, и может быть использована при разработке современных систем питания скважинных измерительных приборов и/или систем телеметрии, обслуживающих скважину и контролирующих ее основные характеристики.

Заявляется погружной скважинный насос с автономным электрогенератором напряжения для питания измерительных приборов и/или систем телеметрии, находящихся в скважине, содержащий расположенные на общем валу погружной электродвигатель, гидрозащиту двигателя и многоступенчатый насос.

Новым является то, что в состав погружного скважинного насоса введен автономный электрогенератор напряжения, соединенный с валом погружного электродвигателя.

Полезная модель включает 2 зависимых пункта формулы, 2 рисунка.

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к скважинным способам добычи нефти, и может быть использована при разработке современных систем питания скважинных измерительных приборов и/или систем телеметрии, обслуживающих скважину и контролирующих ее основные характеристики.

Известно, что качественная и длительная работа нефтяной скважины во многом зависит от использования измерительных приборов и/или аппаратуры телеметрии, обслуживающей данную скважину. Известно также, что характеристики скважины (текущий дебит, устьевое и пластовое давление и т.п.) периодически изменяются. При этом периодическое изменение характеристик скважины требует соответствующего изменения в реальном времени режима работы скважинного насоса. Такой процесс приведения в соответствие основных характеристик скважины и режимов работы скважинного насоса принято называть оптимизацией работы нефтяной скважины. При оптимизированном режиме эксплуатации скважина может работать 1-2 года и более, а при неоптимизированном - от 1 месяца до полугода, после чего выходит из строя скважинный насос. Связано это с тем, что в скважине фактически присутствует не чистая нефть, а газонефтяная смесь (вода, нефть и газ), которая при работе насоса в неоптимальном режиме образует в его межлопаточных каналах газовые каверны, приводящие к разрушению центробежных лопаток. Из этого следует, что желательно в реальном времени и с высокой точностью с помощью систем телеметрии измерять текущий дебит, устьевое и пластовое давление и другие характеристики, по которым рассчитывается и регулируется (оптимизируется) режим работы скважины. В свою очередь, надежность работы скважинных измерительных приборов и/или систем телеметрии в основном зависит от надежности организации их питания в скважине.

Известен скважинный контрольно-измерительный комплекс, в котором питание скважинной телеметрии осуществляется посредством геофизического кабеля (см. патент РФ 2425213, кл. E21B 47/00, 2011 г).

Основным недостатком питания скважинных приборов и/или систем телеметрии посредством геофизического кабеля является низкая надежность. Это связано с тем, что глубина установки скважинного насоса и систем его телеметрии может составлять 1500 м и более. Причем многие скважины могут иметь сложный профиль - нижний участок может искривляться и от вертикального положения переходить в наклонное. Системы телеметрии, обслуживающие погружной насос, закреплены на нем и присоединены к геофизическому кабелю, который вместе со всей сборкой, длина которой может достигать нескольких десятков метров, опускается в скважину. Вероятность повреждения кабеля во время спуска сборки очень велика, что часто приводит к неудаче при установке и требует ее последующего демонтажа и новой установки с заменой поврежденного геофизического кабеля. Технические мероприятия по монтажу и демонтажу сборки - это всегда очень затратные технологические операции, существенно удорожающие эксплуатацию скважины.

Известно устройство для питания электрической энергией скважинной телеметрической системы от размещенного в скважине автономного турбо-электрогенератора (см. Молчанов А.А., Сираев А.Х., «Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией», М., Недра, 1979, с.102-103). Для питания аппаратуры предполагается размещение в скважине автономного турбинного агрегата, приводимого в движение потоком проходящей через скважину жидкости. Сам турбинный агрегат состоит из электрогенератора, ротор которого расположен на одном валу с гидротурбиной. Поток проходящей по скважине жидкости вращает турбину агрегата, которая, в свою очередь, вращает ротор электрогенератора и вырабатывает электроэнергию для питания скважинкой аппаратуры.

Недостатком известного устройства является, во-первых, низкая надежность работы гидротурбины в нефтяной скважине, подвергающейся воздействию газонефтяной смеси, состоящей из воды, нефти, газа, песка и других механических включений. В результате этого турбина может подвергаться одновременному воздействию двух опасных для нее факторов - газовых каверн, образующихся из-за наличия растворенного в смеси газа, а также абразивного воздействия твердых частиц, в основном песка. Известно, что попадание песка и других твердых частиц в зазор между рабочими и направляющими лопатками гидротурбины может привести ее к остановке (заклиниванию).

Во-вторых, сам электрогенератор агрегата также имеет низкую надежность, что связано со сложностью его конструкции и низкой степенью защиты обмоток от влияния агрессивной жидкой среды скважины (для повышения пластового давления в пласт очень часто закачивают тяжелые рассолы).

В-третьих, известное устройство имеет значительные габариты и массу, что существенно затрудняет его монтаж в скважине и последующий демонтаж для ремонта.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является, взятый в качестве прототипа, погружной скважинный насос, содержащий расположенные на общем валу погружной электродвигатель, гидрозащиту двигателя и многоступенчатый насос, см. Ивановский В.Н. Нефтегазопромысловое оборудование. - М.; «ЦентрЛитНефтеГаз», 2006, с.180-181, рис.4.2.

Основным недостатком известного устройства является необходимость комплектовать его геофизическим кабелем для подачи по нему напряжения, необходимого для питания скважинной аппаратуры. Недостатками такого решения, являются высокая вероятность повреждения геофизического кабеля во время спуска сборки в скважину и необходимость последующего демонтажа с заменой поврежденного геофизического кабеля, а также сложность конструкции самой сборки.

В основе данного технического решения лежит задача устранения вышеуказанных недостатков, а именно упрощение конструкции устройства при одновременном повышении его надежности.

Указанная задача в погружном скважинном насосе, содержащем расположенные на общем валу погружной электродвигатель, гидрозащиту двигателя и многоступенчатый насос, решена тем, что в состав погружного скважинного насоса введен автономный электрогенератор напряжения для питания измерительных приборов и/или систем телеметрии, находящихся в скважине, соединенный с валом погружного электродвигателя.

Целесообразно для упрощения конструкции сборки, качестве автономного электрогенератора использовать дополнительный электродвигатель, вал которого через соединительную муфту соединен с валом основного электродвигателя погружного насоса. Для этой же цели выгодно в качестве автономного электрогенератора использовать одну из секций многосекционного электродвигателя погружного насоса, работающую в режиме электрогенератора.

Использование в качестве автономного электрогенератора напряжения дополнительного электродвигателя, например, от погружного насоса, вал которого через соединительную муфту соединен с валом основного двигателя погружного насоса или одной из секций многосекционного электродвигателя погружного насоса позволяет без привлечения дополнительных малонадежных скважинных устройств, типа турбоэлектрогенератора или геофизического кабеля, организовать надежное питание измерительных приборов и/или систем телеметрии, что значительно повышает долговечность функционирования скважины при одновременном снижении затрат на приобретение дополнительного очень дорогого специального скважинного оборудования, его монтаж в скважине и периодическое обслуживание.

На фиг.1 представлен вариант реализации заявляемого устройства, в котором в качестве автономного электрогенератора напряжения используют одну из секций многосекционного электродвигателя погружного насоса, работающую в режиме электрогенератора, где: 1 - многосекционный электродвигатель, состоящий из секций 1а-1в; 2 - клеммы для отбора переменного напряжения с секции 1в, работающей в режиме электрогенератора; 3 - гидрозащита электродвигателя 1; 4 - многоступенчатый насос, состоящий из входного модуля 4а (предназначен для тонкой очистки и диспергации пластовой жидкости) и непосредственно многоступенчатого насоса 4б.

На фиг.2 представлен вариант реализации заявляемого устройства, в котором в качестве автономного электрогенератора напряжения используют дополнительный электродвигатель для погружного насоса, работающий в режиме электрогенератора, при этом валы обоих двигателей соединены между собой посредством соединительной муфты, где: 5 - сборка двигателей, состоящая из основного электродвигателя 6 с приводным валом 7 и дополнительного электродвигателя 8 с приводным валом 9, а также соединительной муфты 10, жестко механически связывающей валы 7 и 9.

Заявляемое устройство работает следующим образом. В качестве электродвигателя многоступенчатого насоса используют многосекционный двигатель 1 (см. фиг.1), секции 1а и 1б которого выполняют свою основную функцию - осуществляют механический привод многоступенчатого насоса 4 (насос, как правило, включает в себя несколько последовательных секций центробежных насосов, которые могут быть сконфигурированы с учетом специфических параметров ствола скважины), а секция 1в функционирует в качестве автономного электрогенератора напряжения. Электродвигатель 1 располагается внизу компоновки, а насос 4 - сверху. Для предотвращения поступления жидкости в электродвигатель 1 и устранения опасности короткого замыкания, сборка имеет систему механических уплотнений (гидрозащиту 3), которая уплотняет проходящий через нее механический вал (на фиг.1 и 2 вал, проходящий через гидрозащиту 3, условно не показан), который, в свою очередь, передает вращение от электродвигателя 1 батарее последовательно установленных центробежных секций, образующих насос 4 (внутренняя структура насоса 4 на фиг.1 и 2 условно не показана). Для питания электродвигателя 1 используется специальный электрический бронированный кабель, который крепится к наружной поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) и вся компоновка в сборе спускается в скважину. После запуска многосекционного электродвигателя 1, секции 1а и 1б обеспечивают передачу вращения батарее последовательно установленных центробежных секций, образующих насос 4, а секция 1 в начинает работать в режиме автогенератора, т.е. за счет вращения ротора, в обмотках ее статора будет индуцироваться электрический ток, а на клеммах 2 появится переменное напряжение, которое можно будет использовать для обеспечения питанием измерительных приборов и/или систем телеметрии, находящихся в скважине.

Аналогичным образом функционирует в скважине и представленная на фиг.2 сборка, состоящая из основного электродвигателя 6 и соединенного с ним посредством муфты 10 дополнительного электродвигателя 8, работающего в режиме электрогенератора. В данном случае вал 9 электродвигателя 8 передает вращение через гидрозащиту 3 на последовательно установленные секции насоса 4. На клеммах 2 электродвигателя 8 также осуществляют отбор переменного напряжения для обеспечения автономным питанием измерительных приборов и/или систем телеметрии, находящихся в скважине.

Для реализации заявляемого варианта устройства, использующего одну из секций многосекционного электродвигателя погружного насоса, работающую в режиме электрогенератора, в качестве электродвигателя могут быть использованы известные многосекционные электродвигатели, описанные, например, в патентах РФ 2277285 и 2380810. Использование одной секции в качестве автономного электрогенератора напряжения способно обеспечить электроэнергией всю установленную в скважине аппаратуру и системы телеметрии.

Для реализации другого заявляемого варианта устройства, использующего в качестве автономного электрогенератора напряжения дополнительный электродвигатель, работающий в режиме электрогенератора, могут быть использованы обычные односекционные электродвигатели, применяемые для погружных многоступенчатых центробежных насосов, например, серийно производимые компанией «Новомет» (Россия): см. http://www.novomet.ru/production_catalogue/async_motor.pdf., погружные асинхронные электродвигатели марки «ПЭД», выпускаемые 6-ти габаритов ПЭД: 96, 103, 117, 130, 143 и 185 мм и в одно-, двух- и трехсекционной компоновке. Используя один из двух или один из трех электродвигателей в качестве автономного электрогенератора напряжения, легко получить надежный скважинный автономный источник питания для аппаратуры и/или системы телеметрии.

1. Погружной скважинный насос, содержащий расположенные на общем валу погружной электродвигатель, гидрозащиту двигателя и многоступенчатый насос, отличающийся тем, что в состав погружного скважинного насоса введен автономный электрогенератор напряжения для питания измерительных приборов и/или систем телеметрии, находящихся в скважине, соединенный с валом погружного электродвигателя.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве автономного электрогенератора использована одна из секций многосекционного электродвигателя погружного насоса, работающая в режиме электрогенератора.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве автономного электрогенератора использован дополнительный электродвигатель от погружного насоса, вал которого через соединительную муфту соединен с валом основного электродвигателя погружного насоса.



 

Похожие патенты:

Насосная установка относится к установкам для добычи жидкости из скважин промышленными электрическими погружными насосами и может быть применена для добычи нефти одновременно из нескольких продуктивных пластов, или из боковых стволов малого диаметра.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано в компоновке скважинных штанговых насосных установок (СШНУ), а именно при эксплуатации в составе скважинных штанговых насосных установок штанговых глубинных насосов трубной конструкции

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано при эксплуатации скважин с большим содержанием газа и механических примесей погружными насосами

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроению, фильтр может быть использован в штанговых глубинных насосах для добычи воды и нефти из скважин, служит для тонкой очистки пластовой жидкости на входе в насос от крупных и мелких механических примесей (от фракций от 1,2 до 0,2 мм)

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности и может быть использовано при эксплуатации в составе скважинных штанговых насосных установок (СШНУ) штанговых глубинных насосов трубной конструкции

Изобретение относится к расположенным на поверхности земли приводным устройствам насосных установок для подъема жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами
Наверх