RU2303715C1 - Submersible electric pumping unit - Google Patents
Submersible electric pumping unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303715C1 RU2303715C1 RU2005137043/06A RU2005137043A RU2303715C1 RU 2303715 C1 RU2303715 C1 RU 2303715C1 RU 2005137043/06 A RU2005137043/06 A RU 2005137043/06A RU 2005137043 A RU2005137043 A RU 2005137043A RU 2303715 C1 RU2303715 C1 RU 2303715C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- control system
- frequency converter
- inverter
- electric motor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроприводу погружных насосов нефтедобычи.The invention relates to an electric drive of submersible oil production pumps.
Известна электронасосная погружная установка (Патент РФ №2137945, опубл. 20.09.99), включающая преобразователь частоты, состоящий из размещенного на земле выпрямителя с системой управления и инвертора с системой управления, питающего электродвигатель погружного насоса.Known electric pump submersible installation (RF Patent No. 2139945, publ. 09/20/99), including a frequency converter, consisting of a rectifier located on the ground with a control system and an inverter with a control system supplying the electric motor of the submersible pump.
Насос, двигатель и инвертор размещены в скважине. Один из силовых выводов инвертора связан с соответствующим силовым выводом выпрямителя при помощи жилы одножильного кабеля.The pump, motor and inverter are located in the well. One of the power terminals of the inverter is connected to the corresponding power terminal of the rectifier using a single-core cable core.
Установка снабжена датчиком положения ротора двигателя, соединенным с инвертором и системой управления преобразователя частоты. Выпрямитель и инвертор выполнены с программным управлением. Вход программного устройства инвертора соединен с входом инвертора, а выход - с третьим входом системы управления инвертора. При этом программное устройство выпрямителя задает угол задержки более 90° эл. при пуске. По отношению к предлагаемому изобретению данная установка является наиболее близким аналогом и принимается в качестве прототипа.The installation is equipped with a rotor position sensor of the motor connected to the inverter and the control system of the frequency converter. The rectifier and inverter are made with program control. The input of the inverter software device is connected to the inverter input, and the output is connected to the third input of the inverter control system. In this case, the rectifier software device sets a delay angle of more than 90 ° el. at start up. In relation to the invention, this installation is the closest analogue and is adopted as a prototype.
Недостатком данной установки является размещение инвертора в скважине в непосредственной близости от двигателя и насоса, что усложняет технологические схемы ее пуска и снижает надежность работы установки.The disadvantage of this installation is the location of the inverter in the well in the immediate vicinity of the engine and pump, which complicates the technological scheme of its start-up and reduces the reliability of the installation.
В основу изобретения положена задача разработать конструкцию электронасосной погружной установки, позволяющую реализовать широкий и повышенный диапазон частотного регулирования, существенно снизить массогабаритные характеристики погружной части установки, упростить технологию пуска установки, повысить надежность ее работы.The basis of the invention is the task of developing the design of an electric pump submersible installation, which allows to implement a wide and increased range of frequency regulation, significantly reduce the weight and size characteristics of the submersible part of the installation, simplify the technology of starting the installation, and increase the reliability of its operation.
Задача решается тем, что электронасосная погружная установка, включающая преобразователь частоты с выпрямителем, соединенным с ним инвертором и системой управления, соединенной с инвертором, погружаемый в скважину с обсадной колонной электродвигатель с погружным насосом на выходе, датчик положения ротора электродвигателя, соединенный с инвертором и системой управления, систему программного управления, соединенную с системой управления, согласно изобретению снабжена повышающим трансформатором, установленным на выходе инвертора, при этом система управления выполнена в виде блока микропроцессора преобразователя частоты и соединенных с ним блока связи преобразователя частоты и блока формирования позиционных сигналов, соединенного с датчиком положения ротора электродвигателя и с выходом повышающего трансформатора, система программного управления выполнена в виде контроллера управления с блоком микропроцессора и соединенными с ним блоком связи, блоком данных и блоком измерения токов, соединенным с датчиком положения ротора электродвигателя, блок связи преобразователя частоты соединен с блоком связи контроллера управления, а датчик положения ротора электродвигателя выполнен в виде блока датчиков тока и установлен на выходе повышающего трансформатора.The problem is solved in that the electric pump submersible installation, including a frequency converter with a rectifier, an inverter connected to it and a control system connected to the inverter, an electric motor with a submersible pump at the outlet immersed in the well with a casing, a rotor position sensor of the electric motor connected to the inverter and the system control system software control connected to the control system according to the invention is equipped with a step-up transformer mounted at the output of the inverter, when this control system is made in the form of a microprocessor unit of the frequency converter and a communication unit of the frequency converter and a position signal generation unit connected to a rotor position sensor of the electric motor and to the output of the step-up transformer, the program control system is made in the form of a control controller with a microprocessor unit and connected to a communication unit, a data unit and a current measuring unit connected to a position sensor of the electric motor rotor, the communication unit transforms STUDIO frequency unit connected to the communication controller and the electric motor rotor position sensor is designed as a current sensor mounted on the block and the output step-up transformer.
Отличительной особенностью установки является снабжение ее повышающим высокочастотным трансформатором, установленным на выходе инвертора (включенным в силовую часть установки) с целью повышения напряжения до уровня, требуемого электродвигателю, а при наличии входного фильтра - для защиты электронных узлов станции от скачков напряжения в сети и снижения нежелательного влияния установки на сеть.A distinctive feature of the installation is its supply with a step-up high-frequency transformer installed at the inverter output (included in the power part of the installation) in order to increase the voltage to the level required by the electric motor, and if there is an input filter, to protect the electronic components of the station from power surges and reduce undesirable the impact of the installation on the network.
Особенностью установки также является выполнение датчика положения ротора электродвигателя в виде блока датчиков тока, т.к. в случае погружных электродвигателей нет возможности реализовать конструктивно выраженный датчик положения ротора, поскольку необходимо было бы связывать датчик, расположенный на валу электродвигателя с преобразователем частоты, расположенным в системе управления на поверхности земли. В заявленной схеме (в отличие от прототипа) функция контроля положения ротора относительно статора реализуется за счет математической обработки параметров управления электромеханическим преобразователем (ток, напряжение, частота вращения), контролируемых на выходе системы управления.A feature of the installation is also the implementation of the position sensor of the rotor of the electric motor in the form of a block of current sensors, because in the case of submersible motors, it is not possible to realize a structurally expressed rotor position sensor, since it would be necessary to connect the sensor located on the motor shaft with a frequency converter located in the control system on the ground. In the claimed scheme (unlike the prototype), the function of controlling the position of the rotor relative to the stator is implemented by mathematical processing of the control parameters of the electromechanical converter (current, voltage, speed), controlled at the output of the control system.
Отличием установки является соединение блока формирования позиционных сигналов с датчиком положения ротора электродвигателя и с выходом повышающего трансформатора для получения на выходе сигнала во временной зависимости от положения ротора электродвигателя и его тока, т.е. на основе измерения мгновенных (текущих) значений тока и напряжения определить положение ротора двигателя.The difference between the installation is the connection of the positional signal generating unit with the position sensor of the rotor of the electric motor and with the output of the step-up transformer to receive the signal at the output depending on the position of the rotor of the electric motor and its current, i.e. based on the measurement of instantaneous (current) current and voltage values, determine the position of the motor rotor.
Особенностью является установка блока датчиков тока на выходе повышающего трансформатора для повышения точности измерения, т.к. значения из блока данных напрямую соответствуют току электродвигателя погружного насоса.A feature is the installation of a block of current sensors at the output of a step-up transformer to increase the measurement accuracy, because the values from the data block correspond directly to the current of the submersible pump motor.
На чертеже дана блок-схема электронасосной погружной установки.The drawing shows a block diagram of an electric submersible installation.
Схема включает контроллер 1 управления, содержащий блок 2 микропроцессора контроллера управления, соединенный с блоком 3 связи контроллера управления, с блоком 4 данных и блоком 5 измерения токов.The circuit includes a control controller 1, comprising a control controller microprocessor unit 2 connected to a control unit communication unit 3, with a data unit 4 and a current measuring unit 5.
Блок 3 связи контроллера управления соединен с блоком 6 связи преобразователя 7 частоты, содержащего блок 8 микропроцессора преобразователя 7 частоты, соединенного с блоком 6 связи преобразователя 7 частоты, регулятором 10 напряжения, инвертором 11 и блоком 12 формирования позиционных сигналов.The communication unit 3 of the control controller is connected to the communication unit 6 of the frequency converter 7, comprising a microprocessor unit 8 of the frequency converter 7 connected to the communication unit 6 of the frequency converter 7, a voltage regulator 10, an inverter 11 and a positional signal generating unit 12.
Питание инвертором 11 электродвигателя 13 с погружным насосом на выходе осуществляют через повышающий (высокочастотный) трансформатор 14, на выходе которого установлен датчик положения ротора электродвигателя, выполненный в виде блока 15 датчиков тока.The inverter 11 is powered by an electric motor 13 with a submersible pump at the output through a step-up (high-frequency) transformer 14, the output of which is equipped with a rotor position sensor of the electric motor, made in the form of a block 15 of current sensors.
Блок 15 датчиков тока соединен с блоком 5 измерения токов контроллера 1 управления и блоком 12 формирования позиционных сигналов, который соединен с выходом повышающего трансформатора 14. Блок 5 измерения токов преобразует аналоговый сигнал с блока 15 датчиков тока в цифровой.The current sensor unit 15 is connected to the current measuring unit 5 of the control controller 1 and the positional signal generating unit 12, which is connected to the output of the step-up transformer 14. The current measuring unit 5 converts the analog signal from the current sensor unit 15 to a digital one.
Выпрямитель 9, регулятор 10 напряжения и инвертор 11 образуют силовую часть преобразователя 7 частоты.The rectifier 9, the voltage regulator 10 and the inverter 11 form the power part of the frequency Converter 7.
Блок 8 микропроцессора преобразователя 7 частоты с блоком 6 связи преобразователя 7 частоты и блок 12 формирования позиционных сигналов образуют управляющую часть преобразователя 7 частоты.The microprocessor unit 8 of the frequency converter 7 with the communication unit 6 of the frequency converter 7 and the positional signal generating unit 12 form a control part of the frequency converter 7.
Электронасосная погружная установка на входе преобразователя 7 частоты может содержать входной фильтр 16.Electric submersible installation at the input of the frequency Converter 7 may contain an input filter 16.
Контроллер 1 управляет установкой посредством обработки входных данных (измеренных текущих параметров работы - тока и частоты вращения), вычисления требуемого режима работы с использованием базы данных с характеристиками установки и задания необходимого режима преобразователю 7 частоты.The controller 1 controls the installation by processing the input data (measured current operating parameters - current and speed), calculating the required operating mode using the database with the installation characteristics and setting the required mode to the frequency converter 7.
Измеряют динамику изменения тока и частоту, а анализируют режим работы установки в поле (подача, дебит - напор, динамический уровень).They measure the dynamics of current change and frequency, and analyze the operating mode of the installation in the field (feed, flow rate - pressure, dynamic level).
В основу регулирования положен тот факт, что для использования установки применительно к широкому спектру значений параметров скважины необходима реализация широкого диапазона частотного регулирования (1000-15000)об/мин.The regulation is based on the fact that to use the installation in relation to a wide range of well parameters, it is necessary to implement a wide range of frequency regulation (1000-15000) rpm.
Особенностью регулирования является изменение напряжения на инверторе.A feature of regulation is the change in voltage on the inverter.
Электронасосная погружная установка работает следующим образом.Electric submersible installation operates as follows.
Все действия производит контроллер 1 управления электронасосной погружной установки.All actions are performed by the controller 1 control electric submersible installation.
Оператор задает начальную частоту n нач. вращения электродвигателя 13. Контроллер 1 управления производит запуск установки, через блок 3 связи контроллера 1 управления (по интерфейсу RS-485) задает преобразователю 7 частоты напряжение Udc, контролируя текущую (n текущая) частоту вращения электродвигателя 13, получаемую также через блок 6 связи от преобразователя 7 частоты. Контроллер 1 управления плавно выводит установку на заданную частоту вращения. Частота вращения электродвигателя 13 (погружного насоса) определяется частотой напряжения на выходе преобразователя 7 частоты. А она, в свою очередь, задается сигналами коммутации, вырабатываемыми блоком 12 формирования коммутационных сигналов по напряжению, подаваемому на электродвигатель 13, и сигналу с блока 15 датчиков тока, пропорциональному току I дв электродвигателя 13.The operator sets the initial frequency n beg. rotation of the electric motor 13. The control controller 1 starts the installation, through the communication unit 3 of the control controller 1 (via the RS-485 interface) sets the frequency converter 7 to the voltage Udc, controlling the current (n current) frequency of rotation of the electric motor 13, obtained also through the communication unit 6 from frequency converter 7. The controller 1 control smoothly displays the installation at a given speed. The frequency of rotation of the electric motor 13 (submersible pump) is determined by the frequency of the voltage at the output of the frequency converter 7. And it, in turn, is set by the switching signals generated by the block 12 of the formation of switching signals according to the voltage supplied to the electric motor 13, and the signal from the block 15 of the current sensors proportional to the current I dv of the electric motor 13.
В процессе работы сигнал с блока 15 датчиков тока поступает в блок 5 измерения токов контроллера 1 управления и далее текущее значение тока I дв электродвигателя поступает в блок 2 микропроцессора контроллера 1 управления. Блок 2 микропроцессора контроллера 1 управления получает от преобразователя 7 частоты через его блок 6 связи текущую частоту вращения (n текущая) и, анализируя базу данных блока 4 данных с характеристиками установки (токовые и расходно-напорные характеристики), вычисляет требуемую оптимальную частоту вращения погружного насоса, учитывая динамику изменения параметров работы установки. Затем блок 2 микропроцессора контроллера 1 управления изменяет заданное значение Udc так, чтобы текущая частота вращения погружного насоса (n текущая) стала равна требуемой и так далее.In the process, the signal from the block 15 of the current sensors enters the block 5 measuring currents of the controller 1 control and then the current value of the current I d electric motor enters the block 2 of the microprocessor of the controller 1 control. The microprocessor unit 2 of the control controller 1 receives from the frequency converter 7 through its communication unit 6 the current rotation frequency (n current) and, analyzing the database of the data block 4 with the installation characteristics (current and flow-pressure characteristics), calculates the required optimal speed of the submersible pump , taking into account the dynamics of changing the parameters of the installation. Then, the microprocessor unit 2 of the control controller 1 changes the set value Udc so that the current speed of the submersible pump (n current) becomes equal to the required one and so on.
Т.о. предложенные схемное и конструктивное решения позволяют использовать погружной насос с вентильным приводом, работа которого для данной установки определяется частотным режимом и током в обмотке статора электродвигателя. При этом не требуется дополнительных измерений.T.O. the proposed circuit and structural solutions allow the use of a submersible pump with a valve drive, the operation of which for this installation is determined by the frequency mode and current in the stator winding of the electric motor. No additional measurements are required.
В то же время, повышенный (по отношению к традиционно используемым асинхронным двигателям) частотный режим позволяет существенным образом повысить напор ступени погружного насоса и, соответственно, снизить массогабаритные характеристики установки.At the same time, the increased (in relation to traditionally used induction motors) frequency mode allows you to significantly increase the head pressure of the submersible pump and, accordingly, reduce the overall dimensions of the installation.
Таким образом, заявляемая электронасосная погружная установка, позволяет находить оптимальный режим работы и подстраиваться к изменяющимся условиям эксплуатации.Thus, the inventive electric submersible installation, allows you to find the optimal mode of operation and adapt to changing operating conditions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137043/06A RU2303715C1 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Submersible electric pumping unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137043/06A RU2303715C1 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Submersible electric pumping unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2303715C1 true RU2303715C1 (en) | 2007-07-27 |
Family
ID=38431732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005137043/06A RU2303715C1 (en) | 2005-11-29 | 2005-11-29 | Submersible electric pumping unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2303715C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455750C1 (en) * | 2008-06-09 | 2012-07-10 | Грундфос Менеджмент А/С | Centrifugal pumping unit |
| RU2507418C1 (en) * | 2012-10-15 | 2014-02-20 | Николай Владимирович Шенгур | Submersible electric motor control station |
| RU2554692C1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Новомет-Пермь" (АО "Новомет-Пермь") | Electric equipment for lifting of reservoir fluid in well pad and method of its control |
| RU2651651C2 (en) * | 2017-02-20 | 2018-04-23 | Олег Сергеевич Николаев | Control station of the pumping unit of the oil producing well (variants) |
| RU2802591C1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Ишимбайский машиностроительный завод" | Submersible control station for submersible motor |
-
2005
- 2005-11-29 RU RU2005137043/06A patent/RU2303715C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455750C1 (en) * | 2008-06-09 | 2012-07-10 | Грундфос Менеджмент А/С | Centrifugal pumping unit |
| RU2507418C1 (en) * | 2012-10-15 | 2014-02-20 | Николай Владимирович Шенгур | Submersible electric motor control station |
| RU2554692C1 (en) * | 2014-05-15 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Новомет-Пермь" (АО "Новомет-Пермь") | Electric equipment for lifting of reservoir fluid in well pad and method of its control |
| RU2651651C2 (en) * | 2017-02-20 | 2018-04-23 | Олег Сергеевич Николаев | Control station of the pumping unit of the oil producing well (variants) |
| RU2802591C1 (en) * | 2022-06-01 | 2023-08-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Ишимбайский машиностроительный завод" | Submersible control station for submersible motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8384318B2 (en) | Induction motor torque control in a pumping system | |
| US9054615B2 (en) | Method and apparatus for control of a synchronous permanent magnet motor, particularly over a long cable in a well | |
| EP2255066B1 (en) | Cable loss compensation in an electrical submersible pump system | |
| US7023160B2 (en) | Method for controlling doubly-fed machine | |
| RU2303715C1 (en) | Submersible electric pumping unit | |
| EP2263307B1 (en) | Method and apparatus for regulating excitation of an alternator | |
| RU2418990C1 (en) | Control system of centrifugal pump | |
| AU2021107655A4 (en) | Control system | |
| RU2370673C1 (en) | System to control submerged electrically driven centrifugal pump | |
| US9835160B2 (en) | Systems and methods for energy optimization for converterless motor-driven pumps | |
| WO2009151680A2 (en) | Cable loss compensation in an electrical submersible pump system | |
| RU2442024C2 (en) | Electrical submersible pump control system | |
| US20180367082A1 (en) | Vacuum pump drive with star-delta switchover | |
| CN109058120B (en) | Small power centrifugal pump | |
| US6424105B1 (en) | Real-time control of feedback signals to a motor for optimum performance | |
| KR101993758B1 (en) | Inverter for pumps applying pressure sensorless algorithm | |
| RU2498115C1 (en) | Turbine unit optimal control system | |
| RU2493437C1 (en) | Turbine unit control system | |
| CN109072854B (en) | Method and system for starting an internal combustion engine | |
| RU2498116C1 (en) | Turbine unit automatic control system | |
| SU723227A1 (en) | Compressor unit automatic control method | |
| WO2020095137A1 (en) | Fluid pump drive device, more particularly a compressor device and pump device | |
| UA28955U (en) | Device for control of pump unit | |
| JPH01126199A (en) | Controller for generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090310 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121130 |