RU2115800C1

RU2115800C1 - Device for withdrawing brine fluid from well

Info

Publication number: RU2115800C1
Application number: RU96100863/03A
Authority: RU
Inventors: М.И. Альтшуллер; Б.В. Белов; В.Я. Чаронов
Priority date: 1996-01-15
Filing date: 1996-01-15
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: device has step-down power transformer connected to frequency converter, and electric motor connected to centrifugal subsurface pump. Additionally, mounted on shaft of electric motor rotor are high-power permanent magnets. Frequency converter is adapted to operating voltage of electric motor and accommodates rectifier and thyristor-based inverter with natural commutation. Output of converter is connected to electric motor. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение для откачки пластовой жидкости. The invention relates to the oil industry and may find application for pumping formation fluid.

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. Currently known devices for pumping formation fluid, which use submersible centrifugal pumps, consisting of an asynchronous squirrel-cage motor and a centrifugal pump [1]. Given that the depth of the well can be different, and the power of the pumps increases discretely (22, 32, 45, 63 kW, etc.) by 30%, almost always the pump capacity exceeds the required.

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. It is known that the well operates in the optimal mode when oil inflow and return are equal. If the balance is disturbed, then it is necessary to switch to a periodic pumpdown mode (for example, 2 hours of operation, 1 hour of pause, etc.). This leads to frequent starts of the pump unit, which is the result of premature failure of the pump, engine and pipes due to dynamic shocks, imbalance, pump blades due to the deposition of oil clots, etc. For long-term optimal operation of the pump unit, it is necessary to have an adjustable electric drive. The only economical way to control the speed of an asynchronous squirrel-cage motor is through frequency regulation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является электропривод [2] известной зарубежной фирмы, например "ABB", которая производит регулируемый электропривод асинхронных электродвигателей погружных насосов. The closest in technical essence to the claimed solution is an electric drive [2] of a well-known foreign company, for example, "ABB", which produces a controlled electric drive of asynchronous electric motors of submersible pumps.

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.The specified drive has several disadvantages:
1. For the operation of an induction motor, a reactive current (magnetization current) is required, which is up to 30% of the active current, losses from which in the submersible cable (1.5-2 km) reduce the drive efficiency and lead to an increase in the cable cross section.

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. 2. For frequency regulation of the speed of an induction motor, a frequency converter is needed on fully controllable semiconductor switches, for which foreign companies use either lockable thyristors or power transistor modules. However, there is no such element base for a voltage of several kilovolts, and the engines have an operating voltage of 1-2 kV. Therefore, an intermediate transformer is additionally used to power the submersible motor, i.e., a voltage of 6 kV is applied to the well, which decreases to 380 V, is converted from 50 Hz to the desired frequency and is increased by an intermediate transformer to an operating voltage of the engine of 1-2 kV.

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. 3. For an induction motor, the air gap between the stator and the rotor is 0.4 mm, an increase in the gap leads to a decrease in cosf and efficiency. And such a small gap causes additional losses in the pump pumping transformer oil inside the engine, in addition, a small gap causes a decrease in the durability of the engine.

Технический результат изобретения - упрощение, повышение надежности и улучшение энергетических показателей. The technical result of the invention is the simplification, increased reliability and improved energy performance.

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. The technical result is achieved in that in a device containing a power step-down transformer connected to a frequency converter, an electric motor connected to a submersible centrifugal pump, high-energy permanent magnets are installed on the rotor shaft of the electric motor, and the frequency converter is designed for the operating voltage of the electric motor and contains a rectifier and an inverter for thyristors with natural switching, and the output of the converter is connected to an electric motor.

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. The essence of the proposed solution lies in the fact that in the device for pumping formation fluid from wells containing a power-down transformer connected to a frequency converter, an electric motor connected to a submersible centrifugal pump, high-energy permanent magnets are installed on the rotor shaft of the electric motor, and the frequency converter is made for working voltage of the electric motor and contains a rectifier and an inverter on thyristors with natural switching, and the output of the converter is connected n to the electric motor - this allows you to simplify the design of the device and provide more reliable operation and increase energy performance.

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.The drawing shows a diagram of the inventive device, where the following notation: 1 - step-down transformer 6/10 kV to the operating voltage of the motor (0.7-2 kV); 2 - frequency converter; 3 - (valve) electric motor; 4 - submersible centrifugal pump; 5 - rectifier; 6 inverter;
The device comprises a step-down transformer 1 connected to a converter 2, which is connected to an electric motor 3, the latter drives a submersible pump 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Высокое напряжение 6/10 кВ, подводится к скважине с помощью понижающего трансформатора 1, где напряжение понижается до рабочего напряжения погружного двигателя (U_p=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.A high voltage of 6/10 kV is supplied to the well using a step-down transformer 1, where the voltage is reduced to the operating voltage of the submersible motor (U _p = 0.7-2 kV), which is supplied to the frequency converter 2, the thyristor switching in the converter is natural and achieved rectifier 5 due to the voltage of the secondary winding of the transformer 1, and the inverter due to the EMF of the electric motor 3. When starting the electric motor, when the EMF of the motor is small, the inverter is switched by interrupting the current by transferring the rectifier to and inverter mode, but at a speed of more than 0.1, the converter goes into switching mode using the motor EMF.

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. The electric motor is designed in such a way that the stator of the electric motor remains unchanged (i.e., the stator of the asynchronous short-circuited immersion of the motor), and high-energy permanent magnets are installed on the rotor, eliminating iron with a short-circuited winding, and thereby a new effect is achieved. The gap between the stator and the rotor increases 3-4 times, which increases the durability of the electric motor. Given the peculiarity of a submersible motor, the rotor position sensor is not installed on it, and information about the position of the rotor is taken not in the well, but on the surface by the motor EMF.

Claims

A device for pumping formation fluid from a well, comprising a power step-down transformer connected to a frequency converter, an electric motor connected to a submersible centrifugal pump, characterized in that high-energy permanent magnets are installed on the rotor shaft of the electric motor, and the frequency converter is designed for operating voltage of the electric motor and contains a rectifier and an inverter on thyristors with natural switching, and the output of the converter is connected to an electric motor.