RU2300018C2 - Submersible low-speed direct-drive pumping plant - Google Patents
Submersible low-speed direct-drive pumping plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300018C2 RU2300018C2 RU2005125156/06A RU2005125156A RU2300018C2 RU 2300018 C2 RU2300018 C2 RU 2300018C2 RU 2005125156/06 A RU2005125156/06 A RU 2005125156/06A RU 2005125156 A RU2005125156 A RU 2005125156A RU 2300018 C2 RU2300018 C2 RU 2300018C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- submersible
- electric motor
- stator
- pump
- cable line
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в нефтедобывающей и строительной промышленности при создании погружных установок, имеющих в качестве низкооборотного привода бесштанговых погружных насосов, в основном винтовых, маслозаполненные синхронные электродвигатели. Изобретение направлено на интенсификацию добычи пластовой жидкости, в том числе нефти, при эксплуатации средне- и малодебитных скважин, а также скважин, расположенных в сложных геологических условиях, и, кроме того, может быть использовано в строительной буровой технике для откачки воды и другой жидкости из скважин различного назначения.The invention relates to electrical engineering and can be used in the oil and construction industries for the creation of submersible units having, as a low-speed drive, rodless submersible pumps, mainly screw, oil-filled synchronous motors. The invention is aimed at intensifying the production of formation fluid, including oil, during the operation of medium and low-production wells, as well as wells located in difficult geological conditions, and, in addition, can be used in construction drilling equipment for pumping water and other fluid from wells for various purposes.
Известна конструкция погружного маслозаполненного электродвигателя [патент РФ №2162272], содержащий головку, в которой размещен кабельный ввод, состоящий из штепсельной вилки, корпус которой прикреплен к головке, штыри соединены с кабелем и штепсельной розеткой, содержащей колодку из диэлектрического материала и гильзы, соединенные с выводными проводами обмотки статора. При этом колодка и гильзы установлены герметично, а в колодке выполнено сквозное осевое отверстие, в котором размещен перепускной клапан для сообщения и разобщения полости электродвигателя с полостью, ограниченной корпусом вилки и колодкой.A known design of a submersible oil-filled electric motor [RF patent No. 2162272], comprising a head in which a cable entry is located, consisting of a plug, the housing of which is attached to the head, the pins are connected to a cable and a socket containing a block of dielectric material and sleeves connected to output wires of the stator winding. At the same time, the block and sleeves are installed hermetically, and a through axial hole is made in the block, in which a bypass valve is placed to communicate and disconnect the motor cavity with the cavity bounded by the plug body and the block.
Известен синхронный электродвигатель с переменным магнитным сопротивлением по заявке Франции №7418161 (патент-аналог в США №4039908), имеющий статор, содержащий 3n пар полюсов, на которых расположены идентичные индуктивные катушки, а также пассивный ротор, расположенный коаксиально относительно статора. Внешняя поверхность полюсов статора и ротора имеют зубцовую зону, причем количество зубцов на роторе на два меньше, чем количество зубцов на полюсах статора с учетом зубцов, которые были бы расположены в промежутках между полюсами. Катушки на полюсах соединены в "звезду", каждый вывод которой запитывается одной фазой трехфазного источника переменного тока. Для этого катушки объединены в группы по две с одним диодом, а группы соединены параллельно таким образом, что обеспечивают на двух смежных полюсах возможность прохода противоположно направленных магнитных потоков.Known synchronous motor with variable magnetic resistance according to the application of France No. 7418161 (patent analogue in the US No. 4039908) having a stator containing 3n pole pairs on which identical inductive coils are located, as well as a passive rotor located coaxially relative to the stator. The outer surface of the poles of the stator and rotor have a tooth zone, and the number of teeth on the rotor is two less than the number of teeth on the poles of the stator, taking into account the teeth that would be located in the spaces between the poles. The coils at the poles are connected in a "star", each terminal of which is powered by one phase of a three-phase AC source. For this, the coils are combined in groups of two with one diode, and the groups are connected in parallel in such a way that they allow the passage of oppositely directed magnetic fluxes at two adjacent poles.
Известен синхронный электродвигатель [патент РФ №2145460], представляющий собой электрическую машину, состоящую из статора и пассивного безобмоточного ротора. Статор содержит n явно выраженных полюсов, где n≥4. Поверхность полюсов гладкая или снабжена зубцовой зоной. На всех полюсах статора намотаны идентичные индуктивные катушки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и катушки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, один вывод фазы подключен к нулевому входу двигателя, а другой вывод к источнику переменного синусоидального напряжения.Known synchronous motor [RF patent No. 2145460], which is an electric machine consisting of a stator and a passive windingless rotor. The stator contains n distinct poles, where n≥4. The surface of the poles is smooth or provided with a serrated zone. Identical inductive coils are wound at all poles of the stator, connected in phases, each phase consisting of two parallel branches, each of which includes a diode and a coil connected in series, moreover, the diodes in parallel branches are counter-connected, one phase terminal is connected to the zero the input of the motor, and the other output to a source of alternating sinusoidal voltage.
Известна установка погружного центробежного насоса [2217579], принятая за прототип, и состоящая из погружного электронасосного агрегата, объединяющего электродвигатель с гидрозащитой, насос и кабельную линию, спускаемые в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах, оборудование устья, станцию управления и трансформатор.A known installation of a submersible centrifugal pump [2217579], adopted as a prototype, and consisting of a submersible electric pump unit combining an electric motor with hydraulic protection, a pump and a cable line, lowered into the well by lifting tubing, wellhead equipment, a control station and a transformer.
В настоящее время для откачки из скважин вязких сортов нефти, а также при эксплуатации средне- и малодебитных скважин и скважин, расположенных в сложных геологических условиях, наиболее эффективно использование винтовых насосов, имеющих ряд преимуществ по сравнению с центробежными насосами. При этом мировая практика показывает, что наиболее предпочтительными для продолжительной эксплуатации насосов, особенно винтовых, являются частоты вращения в диапазоне 100-500 об/мин. Для обеспечения таких оборотов погружные насосные установки в настоящее время выпускаются с верхним расположением привода. Для этого электродвигатель и понижающий частоту вращения механизм, например редуктор, располагаются на поверхности, а вращение к погружному насосу, расположенному в скважине, передается при помощи вращающихся штанг. Несмотря на дополнительные сложности, возникающие при монтаже и эксплуатации таких установок, их достаточно широко используют в нефтедобывающей промышленности. Кроме того, существуют установки с погружными редукторными вставками, которые также усложняют конструкцию электронасосного агрегата и снижают ее надежность.Currently, for pumping viscous grades of oil from wells, as well as during the operation of medium- and low-production wells and wells located in difficult geological conditions, the use of screw pumps, which have a number of advantages compared to centrifugal pumps, is most effective. Moreover, world practice shows that the most preferred for continuous operation of pumps, especially screw pumps, are speeds in the range of 100-500 rpm. To ensure such revolutions, submersible pump units are currently available with an overhead drive. To do this, the electric motor and a speed-reducing mechanism, such as a gearbox, are located on the surface, and the rotation to the submersible pump located in the well is transmitted using rotating rods. Despite the additional difficulties that arise during the installation and operation of such installations, they are widely used in the oil industry. In addition, there are installations with submersible gear inserts, which also complicate the design of the electric pump unit and reduce its reliability.
Настоящее изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении конструкции установки, повышении эффективности добычи нефти вязких сортов и в сложных геолого-технических условиях за счет использования винтовых насосов и низкооборотных безредукторных синхронных электродвигателей, а также упрощении монтажа и удобства обслуживания оборудования, спускаемого в скважину, и, соответственно, увеличении надежности работы установки.The present invention is aimed at solving the problem of simplifying the design of the installation, increasing the efficiency of viscous oil production in difficult geological and technical conditions through the use of screw pumps and low-speed gearless synchronous electric motors, as well as simplifying the installation and ease of maintenance of equipment lowered into the well, and, accordingly, increasing the reliability of the installation.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в снижении оборотов привода насоса до оптимальных значений и в локализации расположения диодной сборки, через которую осуществляется питание синхронного электродвигателя от сети переменного синусоидального напряжения, непосредственно вблизи от электродвигателя или в его корпусе, а также в повышении эксплуатационной надежности установки, в том числе и ее кабельной линии.The technical result achieved during the implementation of the invention consists in reducing the speed of the pump drive to optimal values and in localizing the location of the diode assembly, through which the synchronous motor is powered from the alternating sinusoidal voltage network, directly near the motor or in its housing, as well as in increasing the operational reliability of the installation, including its cable line.
Это достигается за счет того, что аналогично прототипу в погружной насосной установке имеются расположенные на поверхности станция управления и трехфазный источник переменного напряжения, а также погружной электронасосный агрегат, состоящий из электродвигателя с гидрозащитой, обмотки которого соединены в "звезду", насоса и кабельной линии. Однако в предлагаемом решении насосный агрегат выполнен в виде винтового насоса как наиболее производительного при откачке вязких и тяжелых сортов нефти, электродвигатель выполнен в виде синхронного электродвигателя, согласно техническому решению которого у него имеется статор с явно выраженными полюсами, внешняя поверхность которых гладкая или снабжена радиальными зубцами, безобмоточный ротор, на внешней поверхности которого выполнены радиальные зубцы, на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные обмотки, соединенные в фазы, каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и обмотки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, фазы через провода кабельной линии подключены к источнику переменного синусоидального напряжения. Кроме того, диоды объединены в сборку, расположенную в погружной части установки, что дает возможность использовать для подачи напряжения на электродвигатель 3-проводную кабельную линию.This is achieved due to the fact that, similarly to the prototype, in a submersible pump installation there are a control station located on the surface and a three-phase AC voltage source, as well as an electric submersible pump unit consisting of a hydraulic motor with windings connected to a star, a pump and a cable line. However, in the proposed solution, the pump unit is made in the form of a screw pump as the most productive when pumping viscous and heavy grades of oil, the electric motor is made in the form of a synchronous electric motor, according to the technical solution of which it has a stator with distinct poles, the outer surface of which is smooth or equipped with radial teeth , a windingless rotor, on the outer surface of which radial teeth are made, identical inductive windings connected in phases are wound on the stator poles , each phase consists of two parallel branches, each of which includes a diode and windings connected in series, moreover, the diodes in the parallel branches have an on-off connection, the phases are connected through the cable line wires to a source of alternating sinusoidal voltage. In addition, the diodes are combined in an assembly located in the submersible part of the installation, which makes it possible to use a 3-wire cable line to supply voltage to the electric motor.
В частном случае использования предлагаемого технического решения в упомянутом синхронном электродвигателе ширина зубцов статора не превышает 0,7 ширины межзубцового паза ротора, а ширина зубцов ротора не превышает 0,7 ширины межзубцового паза статора.In the particular case of using the proposed technical solution in the aforementioned synchronous electric motor, the width of the stator teeth does not exceed 0.7 of the width of the interdental groove of the rotor, and the width of the teeth of the rotor does not exceed 0.7 of the width of the interdental groove of the stator.
Во втором частном случае использования настоящего технического решения совокупность его признаков дополнена расположением диодной сборки непосредственно в корпусе электродвигателя, что повышает эксплуатационную надежность установки.In the second particular case of the use of this technical solution, the combination of its features is supplemented by the location of the diode assembly directly in the motor housing, which increases the operational reliability of the installation.
В третьем частном случае установка дополнена преобразователем частоты, расположенным рядом с источником питания, что дает возможность плавно регулировать частоту вращения электродвигателя как в сторону повышения, так и понижения при сохранении высокого удельного момента вращения. Это позволит адаптировать производительность установки к изменяющемуся дебиту скважины.In the third particular case, the installation is supplemented with a frequency converter located next to the power source, which makes it possible to smoothly control the frequency of rotation of the electric motor both up and down, while maintaining a high specific torque. This will allow you to adapt the performance of the installation to the changing flow rate of the well.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими чертежами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following drawings:
На фиг.1 показана схема основных элементов конструкции погружной насосной установки.Figure 1 shows a diagram of the basic structural elements of a submersible pump installation.
На фиг.2 показана схема подключения через диодную сборку электродвигателя к источнику переменного синусоидального напряжения.Figure 2 shows the connection diagram through the diode assembly of the electric motor to a source of alternating sinusoidal voltage.
Погружная насосная установка по предлагаемому техническому решению содержит станцию управления и источник питания 1, а также спускаемый в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах погружной электронасосный агрегат, состоящий из винтового насоса 5, синхронного электродвигателя 4 с гидрозащитой, обмотки которого соединены в "звезду", диодного блока 3 и 3-проводной кабельной линии 2, обеспечивающей подвод напряжения к двигателю. При этом статор электродвигателя выполнен с явно выраженными полюсами, внешняя поверхность которых гладкая или снабжена радиальными зубцами, ротор безобмоточный и на его внешней поверхности выполнены радиальные зубцы, на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные обмотки, соединенные в фазы, причем каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и обмотки, диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, а фазы через провода кабельной линии подключены к упомянутому источнику переменного синусоидального напряжения.The submersible pump installation according to the proposed technical solution comprises a control station and a power source 1, as well as an electric submersible unit lowered into the well on lifting tubing, consisting of a screw pump 5, a
Погружная установка работает следующим образом. По сигналу со станции управления по кабелю подается напряжение на электродвигатель. При этом на каждую фазу двигателя подается напряжение одной фазы источника. Поскольку напряжение на обмотки каждой фазы подается через диоды, включенные в противоположных направлениях, то на обмотки одной ветви фазы поступают только положительные полуволны напряжения, а на обмотки другой ветви фазы - только отрицательные. Так поочередно на обмотки фаз каждой пары ветвей поступают в виде полуволн импульсы напряжения длительностью, равной полупериоду изменения напряжения, и со смещением для ветвей одной фазы, равным полупериоду. При этом импульсы напряжения, поступающие на каждую пару ветвей фазы, дополнительно смещены между собой в соответствии со сдвигом фаз источника питания.Submersible installation operates as follows. At a signal from the control station, a voltage is applied to the electric motor via cable. In this case, a voltage of one phase of the source is supplied to each phase of the motor. Since the voltage on the windings of each phase is supplied through diodes connected in opposite directions, only positive half-waves of voltage are supplied to the windings of one phase branch, and only negative ones to the windings of the other phase branch. So, alternately, voltage pulses in the form of half-waves with a duration equal to a half-period of voltage change and with an offset for branches of one phase equal to a half-cycle arrive in phase windings of each pair of branches. In this case, the voltage pulses arriving at each pair of phase branches are additionally offset from each other in accordance with the phase shift of the power source.
Соответственно, под действием каждого импульса напряжения в обмотках одной ветви фазы формируется импульс тока, который, в свою очередь, создает магнитные потоки в полюсах статора и вызывает силы магнитного притяжения между зубцами полюсов статора и зубцами ротора. При этом радиальные составляющие сил притяжения полюсов одной фазы, расположенных симметрично, взаимно уравновешиваются, а тангенциальные составляющие этих сил создают на роторе крутящий момент, под действием которого ротор стремится повернуться до положения совмещения зубцов ротора с зубцами возбужденного полюса. На соседних полюсах, зубцы которых смещены, например, на величину, равную зубцовому шагу, деленному на число фаз двигателя, магнитные потоки, которые в них возбуждаются при круговом распределении импульсов напряжения, также создают крутящий момент на роторе. Крутящие моменты, возникающие при этом под действием одновременно возбужденных полюсов, суммируются на роторе, а перемещение ротора за один оборот импульсов напряжения в статоре равно одному зубцовому шагу. Этим достигается редуцирование частоты вращения импульсов напряжения. Полученный крутящий момент с двигателя через специальную муфту передается на винтовой насос.Accordingly, under the action of each voltage pulse, a current pulse is formed in the windings of one phase branch, which, in turn, creates magnetic fluxes in the stator poles and causes magnetic forces between the stator pole teeth and the rotor teeth. In this case, the radial components of the attractive forces of the poles of one phase located symmetrically are mutually balanced, and the tangential components of these forces create a torque on the rotor, under the influence of which the rotor tends to rotate to the position of alignment of the teeth of the rotor with the teeth of the excited pole. At neighboring poles, the teeth of which are offset, for example, by an amount equal to the tooth pitch divided by the number of phases of the motor, the magnetic fluxes that are excited in them during the circular distribution of voltage pulses also create a torque on the rotor. The torques that arise under the action of simultaneously excited poles are summed on the rotor, and the movement of the rotor per revolution of the voltage pulses in the stator is equal to one tooth step. This achieves a reduction in the frequency of rotation of the voltage pulses. The resulting torque from the engine is transmitted through a special coupling to the screw pump.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125156/06A RU2300018C2 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | Submersible low-speed direct-drive pumping plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125156/06A RU2300018C2 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | Submersible low-speed direct-drive pumping plant |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005125156A RU2005125156A (en) | 2007-02-20 |
RU2300018C2 true RU2300018C2 (en) | 2007-05-27 |
Family
ID=37863099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125156/06A RU2300018C2 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | Submersible low-speed direct-drive pumping plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2300018C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205411U1 (en) * | 2021-04-05 | 2021-07-13 | Александр Семенович Дубовик | PUMP UNIT |
-
2005
- 2005-08-08 RU RU2005125156/06A patent/RU2300018C2/en active IP Right Revival
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205411U1 (en) * | 2021-04-05 | 2021-07-13 | Александр Семенович Дубовик | PUMP UNIT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005125156A (en) | 2007-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2529458C (en) | Drive circuit and electric motor for submersible pumps | |
CA2529467C (en) | Motors for electric submersible pumps | |
US7701106B2 (en) | Electric submersible pumps | |
AU2013283443B2 (en) | Diffuser for cable suspended dewatering pumping system | |
CA2530162C (en) | Electric submersible pumps | |
WO2014033623A2 (en) | Stator winding of three-phase alternating current electric machines | |
RU2300018C2 (en) | Submersible low-speed direct-drive pumping plant | |
RU122454U1 (en) | SUBMERSIBLE LOW-CURRENT PUMP-FREE PUMP UNIT FOR PRODUCING PLASTIC LIQUID | |
RU2266607C2 (en) | Cylindrical linear induction motor for driving submersible plunger pumps | |
CA2590422C (en) | Electric progressive cavity pump | |
CN205070725U (en) | Oil of diving directly drives PMSM , oil pump and oil production device dive | |
CN2313087Y (en) | Four-pole three-phase submersible electric motor with oil | |
CN2153900Y (en) | Electric machine with gear-box | |
RU37438U1 (en) | STATOR OF SUBMERSIBLE PARAMETRIC MOTOR | |
Chen | Investigation of Permanent Magnet Machines for Downhole Applications: _ Design, Prototype and Testing of a Flux-Switching Permanent Magnet Machine | |
CN2126476U (en) | Wet-type electric machine set | |
WO2009157888A1 (en) | Electric motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110908 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140809 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151010 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20110908 Effective date: 20161003 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20110908 Effective date: 20210310 |