RU2435022C1 - Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating - Google Patents
Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435022C1 RU2435022C1 RU2010115133/03A RU2010115133A RU2435022C1 RU 2435022 C1 RU2435022 C1 RU 2435022C1 RU 2010115133/03 A RU2010115133/03 A RU 2010115133/03A RU 2010115133 A RU2010115133 A RU 2010115133A RU 2435022 C1 RU2435022 C1 RU 2435022C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- heating
- matching
- installation
- submersible
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к конструкции многофункциональной установки для одновременного питания погружного электродвигателя (ПЭД) и обогрева скважинной жидкости, или раздельного выполнения указанных действий. Может быть использовано на промыслах при механизированной добыче нефти из скважин.The invention relates to the field of oil production, in particular, to the design of a multifunctional installation for the simultaneous supply of a submersible electric motor (SEM) and heating of the well fluid, or separate performance of these actions. It can be used in the fields for mechanized oil production from wells.
В уровне техники наиболее широко известны кабельные линии, выполняющие по отдельности роль питающего ПЭД кабеля и кабельные линии для нагрева, которые прокладываются параллельно в скважину вдоль насосно-компрессорных труб (НКТ).In the prior art, cable lines are separately known that perform individually the role of a PED supply cable and cable lines for heating, which are laid in parallel into the well along tubing (tubing).
Однако в последнее время разработаны и установки, обеспечивающие одновременное питание погружного электродвигателя и нагрев пластового флюида.Recently, however, installations have been developed that provide simultaneous power to the submersible electric motor and heating of the formation fluid.
Известны кабельные линии для подачи электроэнергии с поверхности земли (от станции управления) к погружному электродвигателю ПЭД [1]. Указанная кабельная линия состоит из основного питающего кабеля (круглого или плоского) и соединенного с ним плоского кабеля-удлинителя с муфтой кабельного ввода. При этом токопроводящие жилы основного кабеля и кабеля-удлинителя выполнены медными. Необходимость выполнения токопроводящих жил медными обусловлена тем, чтобы минимизировать омическое сопротивление проводов для минимизации тепловых потерь кабельной линии (медь из широкодоступных материалов имеет наименьшее удельное электрическое сопротивлениеKnown cable lines for supplying electricity from the surface of the earth (from the control station) to the submersible electric motor PED [1]. The specified cable line consists of a main supply cable (round or flat) and a flat extension cable connected to it with a cable entry sleeve. In this case, the conductors of the main cable and extension cable are made of copper. The need for copper conductive conductors is due to minimize the ohmic resistance of the wires to minimize heat loss of the cable line (copper from widely available materials has the lowest electrical resistivity
Однако при добыче высоковязкой нефти или при добыче нефти, осложненной асфальтеносмолопарафиновыми отложениями (АСПО), возможен перегрев ПЭД, основного кабеля и кабеля-удлинителя вследствие увеличения токовой нагрузки из-за снижения оборотов двигателя (подклинивания), а значит возможен электрический пробой, что приводит к необходимости замены кабеля и/или ПЭД. Это приводит к снижению надежности работы и к повышенным материальным затратам.However, when producing highly viscous oil or when producing oil complicated by asphaltene-tar-paraffin deposits (AFS), it is possible that the SEM, main cable, and extension cable may overheat due to an increase in current load due to a decrease in engine speed (wedging), which means electrical breakdown is possible, which leads to the need to replace the cable and / or SEM. This leads to a decrease in reliability and increased material costs.
Известна установка в виде кабельной линии для обогрева скважинной жидкости, состоящая из связанных между собой низкотемпературного и нагревательного участков кабеля [2]. Свободные концы низкотемпературного участка соединены с источником питания, а свободные концы нагревательного участка кабеля соединены между собой для образования замкнутой электрической цепи и изолированы. При этом нагревательный участок выполнен из трех последовательных участков кабеля, каждый из которых включает три токопроводящие жилы разных фаз, одна из которых - нагревательная, выполнена с большим сопротивлением, чем две смежные низкотемпературные жилы соединяемых участков нагревательного участка кабеля. В местах сростки верхнего участка со средним и среднего участка с нижним токопроводящие жилы соединяются с трансмиссией нагревательной жилы таким образом, чтобы участки нагревательной жилы по длине кабельной линии последовательно располагались в токопроводящих жилах разных фаз.A known installation in the form of a cable line for heating the well fluid, consisting of interconnected low-temperature and heating sections of the cable [2]. The free ends of the low-temperature section are connected to a power source, and the free ends of the heating section of the cable are interconnected to form a closed electrical circuit and are isolated. In this case, the heating section is made of three consecutive cable sections, each of which includes three conductive wires of different phases, one of which is heating, made with greater resistance than two adjacent low-temperature wires of the connected sections of the cable heating section. In places of intergrowths of the upper section with the middle and middle sections with the lower conductive conductors are connected to the transmission of the heating core so that the sections of the heating core along the length of the cable line are sequentially located in the conductive wires of different phases.
Указанная конструкция известной установки в виде кабельной линии обеспечивает прогрев скважинной жидкости, находящейся в области нагревательного участка кабеля.The specified design of the known installation in the form of a cable line provides heating of the well fluid located in the region of the heating section of the cable.
Однако указанная кабельная линия является сложной в изготовлении, предполагает изготовление кабеля с жилами из разных материалов, множество дополнительных сростков токопроводящих жил с высокими температурными нагрузками, что в жестких скважинных условиях может привести к нарушению изоляции в этих местах, замыканию и к выходу из строя всей кабельной линии. Таким образом, такая конструкция является недостаточно надежной.However, this cable line is difficult to manufacture, it involves the manufacture of a cable with conductors from different materials, many additional splices of conductive conductors with high temperature loads, which in severe borehole conditions can lead to insulation failure in these places, short circuit and failure of the entire cable lines. Thus, such a design is not sufficiently reliable.
Кроме того, обогрев скважинной жидкости известной установкой в виде кабельной линии будут осуществлять только ее жилы с наибольшим омическим сопротивлением (например, центральная стальная жила), а остальные служат лишь для образования электрической цепи, не выделяя тепла. Тем самым дорогостоящий материал с низким удельным сопротивлением используется не эффективно.In addition, heating the well fluid with a well-known installation in the form of a cable line will be carried out only by its conductors with the greatest ohmic resistance (for example, a central steel core), and the rest serve only to form an electric circuit without generating heat. Thus, expensive material with low resistivity is not used efficiently.
Также известна система для одновременного питания погружного электродвигателя и обогрева скважинной жидкости [3], состоящая из ПЭД, станции управления, согласующего силового трансформатора и соединяющей их кабельной линии. Кабельная линия состоит по меньшей мере из двух участков электрического кабеля, один из которых подсоединен к наземным блокам питания и станции управления, а второй - к ПЭД, между которыми размещен нагревательный участок кабеля, токопроводящие жилы которого электрически последовательно соединены с токопроводящими жилами электрического кабеля. В качестве электрического кабеля может быть использован кабель-удлинитель с муфтой кабельного ввода для подсоединения к ПЭД. Токопроводящие жилы нагревательного участка кабеля выполнены стальными, а токопроводящие жилы электрического кабеля - медными. Сопротивления каждой токопроводящей жилы нагревательного участка кабеля и фазное напряжение питания всей системы в целом определяются по приведенным математическим выражениям. При этом в номинальном режиме активные мощности ПЭД и нагревательного участка кабеля распределяются поровну, и именно при таком условии ПЭД имеет максимальный КПД при питании от источника переменного тока с фиксированной амплитудой напряжения. Указанная известная система обеспечивает высокую надежность работы при добыче нефти различной вязкости, в том числе высоковязких с большим содержанием смолистых веществ, за счет обеспечения снижения величины пускового тока, а также за счет саморегулирования силы тока, проходящего через ПЭД и через нагревательный участок кабеля благодаря наличию отрицательной обратной связи по току, а также благодаря учету зависимости силы тока от вязкости перекачиваемой жидкости и от ее температуры.Also known is a system for simultaneously supplying a submersible electric motor and heating a well fluid [3], consisting of a SEM, a control station, a matching power transformer and a cable line connecting them. The cable line consists of at least two sections of the electric cable, one of which is connected to the ground power supply units and the control station, and the second to the PED, between which there is a heating section of the cable, the conductive wires of which are electrically connected in series with the conductive conductors of the electric cable. As an electric cable, an extension cable with a cable entry sleeve can be used for connection to a SEM. The conductors of the heating section of the cable are made of steel, and the conductors of the electric cable are made of copper. The resistances of each conductive core of the heating section of the cable and the phase supply voltage of the entire system as a whole are determined by the mathematical expressions given. Moreover, in the nominal mode, the active power of the SEM and the heating section of the cable are distributed equally, and it is under this condition that the SEM has maximum efficiency when powered by an AC source with a fixed voltage amplitude. The specified known system provides high reliability during oil production of various viscosities, including high viscosity with a high content of resinous substances, due to the reduction of the inrush current, as well as due to self-regulation of the current passing through the SEM and through the heating section of the cable due to the presence of negative current feedback, as well as taking into account the dependence of the current strength on the viscosity of the pumped liquid and on its temperature.
Однако указанная известная система имеет некоторую сложность в выполнении, в связи с использованием в своей конструкции составного кабеля из различных участков, что в определенных скважинных ситуациях может привести к нарушению изоляции в этих местах.However, this known system has some difficulty in performing, due to the use of a composite cable from various sections in its design, which in certain downhole situations can lead to insulation failure in these places.
Кроме того, указанная известная система должна иметь в своем составе более мощное оборудование для управления работой ПЭД (номинальная мощность станции управления и повышающего трансформатора должны быть как минимум в два раза больше).In addition, the specified known system should include more powerful equipment for controlling the operation of the SEM (the rated power of the control station and step-up transformer should be at least twice as large).
Кроме того повышающий трансформатор должен быть рассчитан на более высокое напряжение (от 2000 В) по сравнению с трансформатором (ТМПН) для питания ПЭД.In addition, the step-up transformer must be designed for a higher voltage (from 2000 V) compared to a transformer (TMPN) for powering the PEM.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является устройство для нагрева нефтедобывающей скважины [4], содержащее нагревательный кабель, насосное и наземное оборудование, причем насосное оборудование, предназначенное для подъема пластовой жидкости, содержит погружной насос с электродвигателем, а наземное оборудование содержит трансформатор, подающий напряжение на электродвигатель погружного насоса через нагревательный кабель, который одним концом соединен с электродвигателем погружного насоса, а другим концом - с трансформатором наземного оборудования. Указанное известное устройство обеспечивает упрощение конструкции для нагрева нефтедобывающей скважины за счет применения одного кабеля в качестве нагревательного элемента и силового кабеля, питающего электродвигатель.The closest to the proposed technical solution for the intended purpose is a device for heating an oil well [4], containing a heating cable, pumping and ground equipment, moreover, pumping equipment designed to raise the reservoir fluid contains a submersible pump with an electric motor, and ground equipment contains a transformer that feeds voltage to the electric motor of the submersible pump through the heating cable, which is connected at one end to the electric motor of the submersible pump and the other ontsom - transformer ground equipment. The specified known device provides a simplification of the design for heating an oil well through the use of one cable as a heating element and a power cable that feeds the electric motor.
Недостатком указанного известного устройства является то, что использование нагревательного кабеля в качестве силового в этом устройстве может привести к быстрому выходу из строя и трансформатора, и погружного электродвигателя, т.к. в местах их соединения с указанным кабелем будет всегда повышенная температура (нагревательный кабель по своему определению имеет повышенную теплоотдачу), что у трансформатора может привести к возникновению электрической дуги и пробою, а у ПЭД может произойти перегрев кабельной муфты и замыкание токоведущих частей, что может привести к остановке двигателя и потребности скважины в подземном ремонте.The disadvantage of this known device is that the use of a heating cable as a power cable in this device can lead to a quick failure of both the transformer and the submersible motor, because in the places of their connection with the specified cable there will always be an increased temperature (the heating cable, by definition, has an increased heat transfer), which can cause an electric arc and breakdown in the transformer, and overheating of the cable sleeve and shorting of live parts can occur in the PEM, which can lead to to engine shutdown and well needs for underground repairs.
Недостатком известного устройства также является необходимость применения высоковольтного трансформатора ТМПН, рассчитанного на напряжение более 2000 В, что вызывает более высокие требования к изоляции кабеля.A disadvantage of the known device is the need to use a high-voltage transformer TMPN, designed for a voltage of more than 2000 V, which causes higher requirements for cable insulation.
В известном устройстве невозможна независимая работа по прогреву скважины и вращение ПЭД. Прогрев без вращения (работы) двигателя ПЭД невозможен, т.к. нагревательный кабель и ПЭД соединены последовательно.In the known device impossible independent work on heating the well and the rotation of the SEM. Warming up without rotation (operation) of the SEM motor is impossible, because heating cable and PEM are connected in series.
Саморегулирование известного устройства возможно лишь в небольшом диапазоне токов и напряжений, и при критических нагрузках на ПЭД возможно его заклинивание, вследствие ограничения максимального тока устройства.Self-regulation of the known device is possible only in a small range of currents and voltages, and at critical loads on the SEM it is possible to jam, due to the limitation of the maximum current of the device.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных и технологических возможностей установки за счет обеспечения возможности управления работой установки в зависимости от складывающихся обстоятельств, возникающих при обслуживании скважины, а именно нагревом совместно с питанием ПЭД или только нагревом, или только питанием ПЭД при использовании одного и того же кабеля, при одновременном увеличении периода безаварийной работы и обеспечении вписывания подземной части установки в габариты ствола скважины.The technical result achieved by the present invention is to expand the functional and technological capabilities of the installation by providing the ability to control the operation of the installation depending on the circumstances arising from the maintenance of the well, namely, heating in conjunction with the supply of PEM or only heating, or only feeding PED when using of the same cable, while increasing the period of trouble-free operation and ensuring that the underground part of the installation fits into the gab Rita wellbore.
Указанный технический результат достигается предлагаемой установкой для питания погружного электродвигателя и/или нагрева скважинной жидкости, включающей насосное оборудование, предназначенное для подъема пластовой жидкости и состоящее из погружного насоса с погружным электродвигателем, наземное оборудование в виде источника питания, станции управления и согласующего трансформатора и электрическую линию связи, соединяющую наземное и насосное оборудование, при этом, согласно изобретению, установка дополнительно содержит станцию управления нагревом, которая состоит из блока управления, низкочастотного генератора, обеспечивающего диапазон частот 5-200 кГц, выпрямителя и силовых выходных ключей, включенных по мостовой или полумостовой схеме, и два согласующих устройства, первое из которых является наземным и соединено через свои два входа со станцией управления нагревом и согласующим трансформатором соответственно, а через выход - с электрической линией связи, а второе согласующее устройство является погружным и посредством электрической линии связи через вход соединено с первым согласующим устройством, а через выход - с погружным электродвигателем, а в качестве электрической линии связи установка содержит погружную кабельную линию, при этом частота, излучаемая станцией управления нагревом, лежит в диапазоне частот 5-200 кГц, а эквивалентная емкость обоих согласующих устройств находится в пределах 0,2-200 мкФ.The specified technical result is achieved by the proposed installation for feeding a submersible electric motor and / or heating a well fluid, including pumping equipment designed to lift the formation fluid and consisting of a submersible pump with a submersible electric motor, ground equipment in the form of a power source, a control station and a matching transformer and an electric line communications connecting ground and pumping equipment, while, according to the invention, the installation further comprises a station heating control, which consists of a control unit, a low-frequency generator, providing a frequency range of 5-200 kHz, a rectifier and power output switches connected via a bridge or half-bridge circuit, and two matching devices, the first of which is ground-based and connected through its two inputs to heating control station and matching transformer, respectively, and through the output with an electric communication line, and the second matching device is submersible and through an electric communication line through the input with It is connected with the first matching device, and through the output with a submersible electric motor, and the installation contains an immersion cable line as an electric communication line, while the frequency emitted by the heating control station lies in the frequency range of 5-200 kHz, and the equivalent capacitance of both matching devices is in the range of 0.2-200 uF.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.The technical result is achieved due to the following.
Благодаря тому, что заявляемая установка дополнительно содержит станцию управления нагревом с излучаемым частотным диапазоном 5-200 кГц и два согласующих устройства, разнесенных в пространстве по погружной кабельной линии, обеспечивается возможность частотного воздействия на участок кабеля, находящийся между указанными согласующими устройствами. В результате такого воздействия будет происходить нагрев токами из указанного диапазона частот только этого участка кабеля, без увеличения температуры на конечных участках кабельной линии, где она соединяется с трансформатором и с ПЭД. Благодаря этому исключается перегрев клемм трансформатора и клемм ПЭД, а значит - увеличится период безаварийной работы установки по сравнению с известным устройством по прототипу.Due to the fact that the inventive installation further comprises a heating control station with a radiated frequency range of 5-200 kHz and two matching devices spaced in space along the cable cable, it is possible to frequency impact a portion of the cable located between these matching devices. As a result of such an impact, only this section of the cable will be heated by currents from the indicated frequency range, without increasing the temperature at the end sections of the cable line, where it is connected to the transformer and to the SEM. This eliminates the overheating of the transformer terminals and the SEM terminals, which means that the period of trouble-free operation of the installation will increase in comparison with the known prototype device.
Выполнение первого согласующего устройства наземным и включенным в следующую электрическую схему: его два входа соединены со станцией управления нагревом и трансформатором соответственно, а выход - с электрической линией связи, обеспечивает возможность управления работой предлагаемой установки в зависимости от складывающихся обстоятельств, возникающих при обслуживании скважины, например, при ремонте или при промывке. При эксплуатации проблемных скважин, осложненных АСПО, возникают ситуации, когда необходимо производить нагрев ствола скважины и флюида (скважинной жидкости) без подъема жидкости (например, подготовка скважины к запуску для того, чтобы вследствие нагрева снизить вязкость жидкости и обеспечить более мягкие условия для работы ПЭД) или производить нагрев совместно с питанием ПЭД, когда скважина уже вышла на режим, и необходимо поддерживать стационарное тепловое поле ствола скважины, или производить только питание ПЭД, когда параметры добычи позволяют производить на каком-то отрезке времени подъем жидкости без нагрева (тем самым возможна экономия электроэнергии). Указанные выше операции возможно производить при использовании одного и того же кабеля. Например, при работе всех узлов установки происходит нагрев скважинной жидкости совместно с питанием ПЭД; при отключении станции управления нагревом этой же установкой обеспечивается только питание ПЭД (такая ситуация возникает при необходимости, если нужно отключить прогрев скважины и оставить ПЭД в работе), а при отключении ПЭД можно оставить нагрев скважины в работе (такая ситуация возникает при работе скважины с периодическим режимом работы по откачке жидкости). Таким образом, без переналадки установки, без подъема узлов из ствола скважины обеспечивается расширение ее функциональных и технологических возможностей. Это достигается также благодаря включению в конструкцию установки и второго согласующего устройства, выполненного погружным и посредством электрической линии связи через вход соединенным с первым согласующим устройством, а через выход - с погружным электродвигателем.The implementation of the first matching device ground and included in the following electrical circuit: its two inputs are connected to the heating control station and the transformer, respectively, and the output to the electrical communication line, provides the ability to control the operation of the proposed installation depending on the circumstances that arise when servicing the well, for example during repair or flushing. When operating problematic wells complicated by paraffin deposits, situations arise when it is necessary to heat the wellbore and fluid (wellbore fluid) without raising the fluid (for example, preparing the well for launch in order to reduce the viscosity of the fluid due to heating and provide milder conditions for the operation ) or produce heating together with the power of the PEM when the well has already entered the regime, and it is necessary to maintain a stationary thermal field of the wellbore, or only produce the power of the PEM when the production parameters and allow for a certain period of time without heating the liquid rise (thereby saving power available). The above operations can be performed using the same cable. For example, during the operation of all units of the installation, the borehole fluid is heated in conjunction with the power of the PEM; when the heating control station is turned off by the same installation, only the SEM power is provided (this situation occurs if necessary, if you want to turn off the well heating and leave the SEM in operation), and when the SEM is turned off, you can leave the well heating in operation (this situation occurs when the well is operating periodically fluid pumping mode). Thus, without reconfiguring the installation, without lifting the nodes from the wellbore, it is possible to expand its functional and technological capabilities. This is also achieved through the inclusion in the design of the installation and the second matching device, made submersible and through an electric communication line through an input connected to the first matching device, and through the output with a submersible motor.
Благодаря тому, что в качестве электрической линии связи установка содержит погружную кабельную линию или единый погружной кабель, изготовленный по технически регламентирующему документу именно для питания ПЭД, обеспечивается,Due to the fact that the installation comprises an immersion cable line or a single immersion cable, manufactured according to a technical regulatory document specifically for powering the PED, as an electric communication line,
во-первых, возможность применения одного (единого) кабеля в качестве нагревательного строго на определенном участке и питающего, без использования, например, составного кабеля из участков с малым и большим сопротивлением, что делает работу установки более надежной, не зависящей, как в известных устройствах, от качества сростки отдельных участков кабеля;firstly, the possibility of using one (single) cable as a heating cable strictly in a certain area and supplying, without, for example, using a composite cable from sections with low and high resistance, which makes the installation more reliable, independent, as in known devices , from quality splices of individual cable sections;
а во-вторых, исключается перегрев клемм трансформатора и ПЭД (т.к. к ним подходят участки кабеля без нагрева), что также влияет на безаварийность работы.and secondly, overheating of the transformer and PED terminals is excluded (since cable sections without heating are suitable for them), which also affects the trouble-free operation.
Рекомендуемая частота не ниже 5 кГц и не выше 200 кГц, выдаваемая станцией управления нагревом, обеспечивает нагрев кабельной линии, но при этом не мешая работе ПЭД, работающим на частоте 50 Гц.Recommended frequency not lower than 5 kHz and not higher than 200 kHz, issued by the heating control station, provides heating of the cable line, but without interfering with the operation of the SEM operating at a frequency of 50 Hz.
Второе согласующее устройство является погружным и посредством электрической линии связи в заданном диапазоне частот осуществляет проводимость токов, поступающих от станции управления нагревом кабеля, а именно: закорачивает на себя токи более высоких частот, не реагируя на токи для питания электродвигателя.The second matching device is submersible and, through an electric communication line in a given frequency range, conducts the currents coming from the cable heating control station, namely: it shorts currents of higher frequencies without responding to currents to power the electric motor.
Кроме того, учитывая, что одно из согласующих устройств размещается в стволе скважины, оно должно помещаться в свободном пространстве между НКТ и обсадной колонной. При разработке конструкции предлагаемой установки необходимо было, чтобы габариты этого второго согласующего устройства вписывались в это ограниченное пространство скважины. И экспериментальным путем было установлено, что это возможно только в том случае, если эквивалентная емкость обоих согласующих устройств (наземного и погружного) будет находиться в пределах 0,2-200 микрофарад. Изменение этого предела в меньшую сторону не обеспечит необходимых параметров для прогрева скважинной жидкости, а увеличение в большую сторону не позволит беспрепятственно работать ПЭД, т.к. увеличение емкости приведет к уменьшению импеданса системы на частоте 50 Гц и может привести к клину двигателя.In addition, given that one of the matching devices is located in the wellbore, it should be placed in the free space between the tubing and the casing. When developing the design of the proposed installation, it was necessary that the dimensions of this second matching device fit into this limited space of the well. And experimentally it was found that this is possible only if the equivalent capacity of both matching devices (ground and submersible) is within 0.2-200 microfarads. Changing this limit to the smaller side will not provide the necessary parameters for heating the wellbore fluid, and increasing it to the larger side will not allow the SEM to work unhindered. an increase in capacitance will reduce the system impedance at a frequency of 50 Hz and may lead to a motor wedge.
Выполнение станции управления нагревом, состоящей из блока управления, низкочастотного генератора, обеспечивающего диапазон частот 5-200 кГц, выпрямителя и силовых выходных ключей, включенных по мостовой или полумостовой схеме, обеспечивает работоспособность всей установки в плане обеспечения нагрева.The implementation of the heating control station, consisting of a control unit, a low-frequency generator, providing a frequency range of 5-200 kHz, a rectifier and power output keys, connected by a bridge or half-bridge circuit, ensures the efficiency of the entire installation in terms of heating.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежом, где показана ее общая схема.The proposed installation is illustrated in the drawing, which shows its General scheme.
Заявляемая установка для питания ПЭД и/или нагрева скважинной жидкости состоит из погружного электродвигателя 1 (например, марки ПЭДНЗ 2-96-1000-00), станции управления 2 (например, марки БОРЕЦ-01 УМВ или БОРЕЦ - 04М), согласующего силового трансформатора 3 (например, ТМПН 100/1,17), станции управления нагревом 4 (содержащей блок управления, низкочастотный генератор с диапазоном частот 5-200 кГц, выпрямитель, силовые выходные ключи, соединенные по мостовой или полумостовой схеме), наземного согласующего устройства 5, содержащего набор конденсаторов необходимой емкости, соединенных параллельно, и последовательно соединенную с указанной батареей конденсаторов катушку индуктивности; погружного согласующего устройства 6, также содержащего набор конденсаторов необходимой емкости, соединенных параллельно между токопроводящими жилами кабеля; и погружной кабельной линии 7 (например, из кабеля питания типа КПпБП 120 3×10). Наземное согласующее устройство 5 и погружное согласующее устройство 6 пространственно разнесены вдоль указанной кабельной линии 7 на расстояние 8, а их эквивалентная емкость находится в пределах 0,2-200 мкФ. Учитывая, что габариты погружного согласующего устройства 6 должны быть небольшие, вписывающиеся в ствол скважины, то емкость наземного согласующего устройства 5 должна быть минимальной и в то же время должна обеспечивать протекание токов с частотами от 5 кГц до 200 кГц.The inventive installation for feeding PED and / or heating the borehole fluid consists of a submersible motor 1 (for example, brand PEDNZ 2-96-1000-00), control station 2 (for example, brand BORETS-01 UMV or BORETS-04M), matching power transformer 3 (for example, TMPN 100 / 1.17), heating control stations 4 (containing a control unit, a low-frequency generator with a frequency range of 5-200 kHz, a rectifier, power output keys connected by a bridge or half-bridge circuit), a
Ниже приведем пример возможной реализации предлагаемой установки и расчет ее параметров согласующих устройств 5 и 6.Below is an example of a possible implementation of the proposed installation and the calculation of its
Эквивалентная емкость согласующих устройств Сэкв рассчитывается по следующей формулеEquivalent capacitance of matching devices Сeq is calculated by the following formula
где f - рабочая частота выходных ключей станции управления нагревом (Гц),where f is the operating frequency of the output keys of the heating control station (Hz),
R - полное сопротивление петли кабеля питания ПЭД (Ом).R is the impedance of the loop of the PED power cable (Ohm).
Например, при длине погружной кабельной линии 1200 м, выполненной из кабеля марки КПБП 3×10 мм2, сопротивление петли кабеля по постоянному току, образованное токопроводящими жилами погружной кабельной линии для питания ПЭД и электрической связью в погружном согласующем устройстве 6, составляет R=3,9 Ом.For example, with a length of a cable line of 1200 m immersed from a cable of the
Тогда при рабочей частоте f=10 кГц Сэкв по формуле (1) составит приблизительно 2 мкФ (микрофарад).Then, at the operating frequency f = 10 kHz, C eq according to formula (1) will be approximately 2 μF (microfarad).
Величина индуктивности L наземного согласующего устройства 5 рассчитывается из условия выполнения резонанса, когда эквивалентное емкостное сопротивление равно индуктивномуThe value of the inductance L of the
XL=Xc или 
При Сэкв=2 мкФ, по формуле (2), L=0,13 мГн (миллигенри).At C equiv = 2 μF, according to the formula (2), L = 0.13 mH (milligenri).
Наземное согласующее устройство 5 имеет два входа 9 и 10 и один выход 11, при этом вход 9 соединен с трансформатором 3, второй вход 10 - с системой управления нагревом 4, а выход 11 - с кабельной линией 7. А погружное согласующее устройство 6 соединено посредством кабельной линии 7 через вход с наземным согласующим устройством 5, а через выход - с погружным электродвигателем 1.The
Предлагаемая установка работает следующим образом. Установку собирают на дневной поверхности. Для этого берут станцию 2 управления, например, марки БОРЕЦ-01УМВ или БОРЕЦ - 04М, согласующий трансформатор 3, например, марки ТМПН - 100/1,17, соединяют его с наземным согласующим устройством 5 посредством кабельной линии 7. Наземное согласующее устройство 5 соединяют со станцией управления нагревом 4 и посредством кабельной линии 7 - с погружным согласующим устройством 6, которое в свою очередь соединяется с погружным электродвигателем 1. В качестве кабеля для соединения согласующего устройства 6 с ПЭД 1, преимущественно, используют кабель-удлинитель 12. Последний снабжен муфтой кабельного ввода 13, посредством которой его подсоединяют к ПЭД 1. Спускают в скважину последовательно насосное оборудование с ПЭД 1, далее - подземное согласующее устройство 6. На установку подают переменный ток мощностью 20-100 кВт. И одновременно запускают в работу станцию управления нагревом 4, генерирующую частоты от 5 кГц-200 кГц. В наземном согласующем устройстве 5 происходит сложение двух токов: тока для питания электродвигателя частотой 50 Гц и тока для осуществления нагрева кабельной линии частотами от 5 кГц-200 кГц. Погружное согласующее устройство 6 служит для замыкания через себя и обеспечения электрической связи для токов частотой от 5 кГц-200 кГц, и одновременно это устройство 6 обеспечивает свободное прохождение с входа на выход токов частотой 50 Гц для питания ПЭД. При этом напряжение с частотами от 5 кГц-200 кГц не оказывает влияния на работу ПЭД, вследствие высокого индуктивного сопротивления, указанного ПЭД. В результате не происходит помех для работы ПЭД, и осуществляется управляемый прогрев нагревательного участка кабельной линии (между согласующими устройствами). Подавать питание на ПЭД можно независимо от потребности в прогреве и включать нагрев и регулировать его мощность можно также независимо от того, работает ПЭД или нет. Благодаря этому происходит работа (питание) ПЭД и одновременно нагрев скважинной жидкости, или только нагрев, или только питание ПЭД. В этом и состоит критерий отнесения заявляемой установки к многофункциональной установке.The proposed installation works as follows. The installation is collected on the surface. To do this, take the
Таким образом, предлагаемая установка характеризуется следующими преимуществами перед известной по прототипу:Thus, the proposed installation is characterized by the following advantages over the known prototype:
- расширением ее функциональных и технологических возможностей за счет обеспечения работы с одним кабелем по вариантам: питание ПЭД и нагрев скважинной жидкости, только питание ПЭД, только нагрев, причем без переналадки установки, без подъема узлов из ствола скважины, в то время как подобные универсальные функции не обеспечивают известные аналоги;- expanding its functional and technological capabilities by providing work with one cable according to the following options: feeding the SEM and heating the borehole fluid, only feeding the SEM, only heating, and without setting up the unit, without lifting the nodes from the wellbore, while similar universal functions do not provide well-known analogues;
- обеспечением стабильной безаварийной работы в течение длительного времени за счет исключения перегрева клемм ПЭД и трансформатора;- ensuring stable trouble-free operation for a long time due to the elimination of overheating of the terminals of the SEM and transformer;
- выполнением всех подземных узлов с габаритными размерами, вписывающимися в диаметр скважины.- the implementation of all underground nodes with overall dimensions that fit into the diameter of the well.
Источники информацииInformation sources
1. В.Н.Ивановский и др. Оборудование для добычи нефти и газа. М., РГУ «Нефти и газа» им. И.М.Губкина, 2002 г., часть I, с.557-558.1. V.N.Ivanovsky and others. Equipment for oil and gas production. M., Russian State University "Oil and Gas" them. I.M. Gubkina, 2002, part I, p. 557-558.
2. Патент РФ на полезную модель №61935, кл. Н01В 7/18, опубл. 2007 г.2. RF patent for utility model No. 61935, cl.
3. Патент РФ на изобретение №2353753, кл. Е21В 36/04, опубл. 2009 г.3. RF patent for the invention No. 2353753, class. ЕВВ 36/04, publ. 2009 year
4. Патент РФ на полезную модель №66778, кл. Е21В 43/24, опубл. 2007 г.4. RF patent for utility model No. 66778, cl. ЕВВ 43/24, publ. 2007 year
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115133/03A RU2435022C1 (en) | 2010-04-15 | 2010-04-15 | Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115133/03A RU2435022C1 (en) | 2010-04-15 | 2010-04-15 | Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2435022C1 true RU2435022C1 (en) | 2011-11-27 |
Family
ID=45318219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010115133/03A RU2435022C1 (en) | 2010-04-15 | 2010-04-15 | Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2435022C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106385021A (en) * | 2016-10-22 | 2017-02-08 | 西安科技大学 | Large coal mine DC power supply scheme |
| RU2745800C1 (en) * | 2018-04-26 | 2021-04-01 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" | Power supply system of electrical centrifugal pump unit |
-
2010
- 2010-04-15 RU RU2010115133/03A patent/RU2435022C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106385021A (en) * | 2016-10-22 | 2017-02-08 | 西安科技大学 | Large coal mine DC power supply scheme |
| RU2745800C1 (en) * | 2018-04-26 | 2021-04-01 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" | Power supply system of electrical centrifugal pump unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2697820C (en) | Apparatus for "in-situ" extraction of bitumen or very heavy oil | |
| CN105359625B (en) | For actuator device to be connected into external power source so as to the connection circuit of driving load especially LED unit | |
| US9537428B2 (en) | Combined power transmission and heating systems and method of operating the same | |
| US20130033103A1 (en) | Systems and Methods For Distributed Impedance Compensation In Subsea Power Distribution | |
| US9407134B2 (en) | Systems and methods for limiting current inrush in electric drive systems | |
| CN104362774B (en) | A kind of magnet coupled resonant type wireless electric energy transmission system of mine hoisting container | |
| RU128894U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL AUTOMATIC COMPLEX STATION OF INTELLECTUAL WELL | |
| US20160215769A1 (en) | Systems and Methods for Providing Power to Well Equipment | |
| RU2435022C1 (en) | Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating | |
| RU98042U1 (en) | INSTALLATION FOR POWER SUPPLY OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR AND / OR HEATING OF WELL LINE | |
| Klyuchnikov et al. | The efficiency of the electric motor of a subsurface pump with reciprocating action and losses in a leading-in cable | |
| EP2964993B1 (en) | Arrangement providing a 3-phase or 1-phase power stream | |
| RU2353753C1 (en) | System for feeding submersible electric motor and for heating well fluid | |
| CN106797118A (en) | System and control method for improving the reliability of mineral insulated cable | |
| JP2024511952A (en) | High efficiency power system for electric submersible pumps | |
| RU2204696C1 (en) | Bottom-hole water heater for injection well | |
| CN108397178A (en) | Heater and hot extractor | |
| RU2103557C1 (en) | Oil-well pump plant | |
| RU2662796C1 (en) | Electrical lighting system | |
| US20130192820A1 (en) | Device and method for using the device for "in situ" extraction of bitumen or ultraheavy oil from oil sand deposits | |
| RU2117135C1 (en) | Device for electric heating of oil well and cleaning it from paraffin | |
| RU2784121C1 (en) | Downhole installation for the production of high-viscosity oil | |
| RU2690529C1 (en) | Method and device for submerged pump electric motor supply | |
| RU28743U1 (en) | Electric submersible installation | |
| RU109205U1 (en) | REAGENT DOSING SYSTEM REMOTE CONTROL UNIT |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180416 |