RU2784121C1 - Downhole installation for the production of high-viscosity oil - Google Patents

Downhole installation for the production of high-viscosity oil Download PDF

Info

Publication number
RU2784121C1
RU2784121C1 RU2022112314A RU2022112314A RU2784121C1 RU 2784121 C1 RU2784121 C1 RU 2784121C1 RU 2022112314 A RU2022112314 A RU 2022112314A RU 2022112314 A RU2022112314 A RU 2022112314A RU 2784121 C1 RU2784121 C1 RU 2784121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
unit
submersible
power
Prior art date
Application number
RU2022112314A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роберт Ибрагимович Алимбеков
Софья Робертовна Алимбекова
Валерий Георгиевич Акшенцев
Юрий Вениаминович Зейгман
Виктор Георгиевич Погорелов
Руслан Фаритович Кадыров
Юрий Николаевич Степанов
Салихьян Шакирянович Шарипов
Алексей Сергеевич Шулаков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт технических систем "Пилот"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784121C1 publication Critical patent/RU2784121C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the oil and gas industry and is intended to influence the bottomhole zone of a well in order to reduce the viscosity of the well fluid before receiving a submersible pump, to increase its performance and prevent the formation of asphaltene-paraffin-hydrate deposits. A downhole installation for the production of high-viscosity oil consists of a control station with a power regulator, which is connected to an industrial power supply network, a transformer, a submersible motor that drives the submersible pump, a telemetry unit, and an electromagnetic emitter unit. Wherein the control station with its output is connected to the input of a power transformer, the output of which is connected by a power cable to the input of the submersible electric motor. The downhole installation includes a radiator unit that provides thermal effect on the downhole fluid, a control unit and a connection unit. Moreover, the connection unit with its first input is connected to the output of the submersible electric motor, and the output is connected to the first input of the electromagnetic emitter unit, the first input of the radiator unit and the first input-output of the telemetry unit, in which the second input-output is connected to the first input-output of the control unit. The second output of the control unit is connected to the second input of the radiator unit. Its third output is connected to the second input of the electromagnetic emitter unit. The fourth output is connected to the second input of the connection block.
EFFECT: increasing the efficiency of the technological process of producing high-viscosity oil with electric submersible pumps by improving the reliability of submersible equipment, simplifying tripping operations.
4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для воздействия на призабойную зону скважины с целью снижения вязкости скважинного флюида, перед приемом погружного насоса, для повышения его производительности и предупреждения образования асфальтено-парафино-гидратных отложений.The invention relates to the oil and gas industry and is intended to influence the bottomhole zone of a well in order to reduce the viscosity of the well fluid, before receiving a submersible pump, to increase its performance and prevent the formation of asphaltene-paraffin-hydrate deposits.

Наибольшее практическое распространение получили методы, основанные на воздействии на скважинный флюид тепловым и электромагнитного полем, химреагентами. Для формирования теплового поля широко используют нагреватели прямого действия (разогрев элементов при непосредственном протекании электрического тока через них) и индукционный нагрев(при косвенном нагреве элементов конструкции вихревыми токами при воздействии высокочастотного магнитного поля).Использование индукционного нагрева элементов конструкции, расположенных в скважинном пространстве, уступает в части кпд прямому нагреву, тем не менее, интерес к этому методу не ослабевает. Объяснение кроется в следующем. При использовании нагревателей прямого действия, для достижения требуемого эффекта необходима значительная мощность. Например, согласно [Стрункин С. И. и др. «Применение установок прогрева призабойного пласта УППЗ-30 на объектах ПАО «Оренбургнефть», ж. «Инженерная практика», №12/2015г.] мощность нагревателя поддерживалась на уровне 25 кВт. При использовании индукционных нагревателей, в ряде случаев, имеет место комбинированное воздействие – тепловым и электромагнитным полем. Тем самым имеются предпосылки для повышения энегоэффективности процесса за счет совмещения теплового и электромагнитного воздействия (тепловое поле увеличивает подвижность сложных молекул углеводородов, а электромагнитное поле способствует разрыву связей в их структуре).The methods based on the impact on the well fluid by thermal and electromagnetic fields, chemical reagents have received the greatest practical distribution. To form a thermal field, direct-acting heaters are widely used (heating of elements with direct flow of electric current through them) and induction heating (with indirect heating of structural elements by eddy currents when exposed to a high-frequency magnetic field). The use of induction heating of structural elements located in the borehole space is inferior in terms of the efficiency of direct heating, however, interest in this method does not wane. The explanation lies in the following. When using direct-acting heaters, significant power is required to achieve the desired effect. For example, according to [Strunkin S. I. et al. “The use of installations for heating the bottomhole formation UPPZ-30 at the facilities of PJSC Orenburgneft”, Zh. "Engineering Practice", No. 12/2015] heater power was maintained at 25 kW. When using induction heaters, in some cases, there is a combined effect - thermal and electromagnetic fields. Thus, there are prerequisites for increasing the energy efficiency of the process by combining thermal and electromagnetic effects (a thermal field increases the mobility of complex hydrocarbon molecules, and an electromagnetic field contributes to breaking bonds in their structure).

Известна скважинная установка [Патент РФ №2710057 С1, МПК Е21В 43/24, 36/04, опубл. 24.12.2019г.],состоящая из нагревателя, насоса, трубы НКТ, клапанов, патрубков, кабеля силового и геокабеля, устьевой арматуры, станции управления, трансформатора. Станция управления поддерживают заданную температуру нагревателя, нагреватель устанавливается под насосную установку, при этом нагрев производят постоянно или кратковременно-циклично, а температурой нагрева управляют с помощью системы управления, нагреватель выбирают индукционного и/или резистивного принципа действия. Достоинством данного решения является автоматизация и возможность оптимизации управляющих воздействий на основе информационной обратной связи. К недостаткам следует отнести необходимость применения двух кабелей, что создает трудности при размещении и монтаже оборудования в скважине и в процессе запуска и функционирования технологического процесса. В случае использования индукционного нагревателя отсутствует возможность независимого регулирования параметров теплового и электромагнитного воздействия на скважинный флюид.Known downhole installation [RF Patent No. 2710057 C1, IPC E21B 43/24, 36/04, publ. December 24, 2019], consisting of a heater, a pump, a tubing pipe, valves, nozzles, a power cable and a geocable, wellhead fittings, a control station, a transformer. The control station maintains the predetermined temperature of the heater, the heater is installed under the pumping unit, while heating is performed continuously or short-term-cyclically, and the heating temperature is controlled using the control system, the heater is selected with an inductive and/or resistive principle of operation. The advantage of this solution is automation and the possibility of optimizing control actions based on information feedback. The disadvantages include the need to use two cables, which creates difficulties in the placement and installation of equipment in the well and in the process of starting and operating the process. In the case of using an induction heater, there is no possibility of independent control of the parameters of thermal and electromagnetic effects on the well fluid.

Известен индукционный скважинный нагреватель [Патент РФ № 2721549 С1, МПК Е21В/36/04, Н05В6/10, опубл.20.05.2020г.], который содержит корпус, выполненный из немагнитного материала, и соосно размещенный в нем с образованием кольцевой полости сердечник. Магнитопровод выполнен в виде тороидальных магнитопроводов - элементов из трансформаторной стали, размещенных непрерывно по всей длине сердечника. Токопроводящий провод размещен поверх магнитопровода непрерывной обмоткой. Один конец корпуса снабжен токовводом. Нижний торец корпуса сочленен с узлом гидрокомпенсации. Нагреватель выполнен с возможностью соединения вверху и внизу с телеметрической системой. Достоинством устройства является его универсальность технологического применения. Недостатком устройства является необходимость в дополнительном кабеле, помимо силового, при использовании погружного насоса с электроприводом, а также ограниченность верхнего диапазона частот электромагнитного воздействия из-за высокочастотного экранирования наружного корпуса. An induction downhole heater is known [RF Patent No. 2721549 C1, IPC E21V/36/04, H05V6/10, publ. The magnetic circuit is made in the form of toroidal magnetic circuits - elements made of transformer steel, placed continuously along the entire length of the core. The conductive wire is placed over the magnetic circuit by a continuous winding. One end of the housing is provided with a current lead. The lower end of the housing is articulated with the hydraulic compensation unit. The heater is made with the possibility of connection at the top and bottom with a telemetry system. The advantage of the device is its versatility of technological application. The disadvantage of the device is the need for an additional cable, in addition to the power cable, when using a submersible pump with an electric drive, as well as the limited upper frequency range of electromagnetic effects due to high-frequency shielding of the outer casing.

Известна система для питания погружного электродвигателя и обогрева скважинной жидкости [Патент РФ № 2353753 С1, МПК Е21В 36/04, Н01В 7/18, опубл.27.04.2009г.], которая состоит из погружного электродвигателя (ПЭД), станции управления, согласующего силового трансформатора и соединяющей их кабельной линии. Кабельная линия состоит, по меньшей мере, из двух участков электрического кабеля (ЭК), один из которых подсоединен к наземным блокам питания и станции управления, а второй – к ПЭД, между которыми размещен нагревательный участок кабеля (НУК), токопроводящие жилы которого электрически последовательно соединены стокопроводящими жилами ЭК. В качестве ЭК может быть использован кабель-удлинитель с муфтой кабельного ввода для подсоединения к ПЭД. Токопроводящие жилы НУК выполнены стальными, а токопроводящие жилы ЭК - медными. Сопротивления каждой токопроводящей жилы НУК и фазное напряжение питания всей системы в целом определяются по приведенным математическим выражениям. При этом в номинальном режиме активные мощности ПЭД и НУК распределяются поровну, именно при таком условии ПЭД имеет максимальный КПД при питании от источника переменного тока с фиксированной амплитудой напряжения. Достоинством данной системы является универсальность применения силового кабеля. Недостатком является невысокая эффективность процесса нагрева в силу ограниченности температуры, площади поверхности НУК (невелика удельная энергия) и выбора положения в скважине.A known system for powering a submersible motor and heating the well fluid [RF Patent No. 2353753 C1, IPC E21V 36/04, H01V 7/18, publ.27.04.2009], which consists of a submersible motor (SEM), control station, matching power transformer and cable line connecting them. The cable line consists of at least two sections of the electric cable (EC), one of which is connected to the ground power units and control station, and the second to the SEM, between which there is a heating section of the cable (HUK), the current-carrying conductors of which are electrically in series connected by conductive conductors EK. An extension cable with a cable gland for connection to the SEM can be used as an EC. NUK conductive conductors are made of steel, and EC conductive conductors are made of copper. The resistance of each NUK conductive core and the phase supply voltage of the entire system as a whole are determined by the above mathematical expressions. At the same time, in the nominal mode, the active powers of the SEM and NUK are distributed equally, it is under this condition that the SEM has the maximum efficiency when powered from an alternating current source with a fixed voltage amplitude. The advantage of this system is the versatility of the use of the power cable. The disadvantage is the low efficiency of the heating process due to the limited temperature, surface area of the NUK (low specific energy) and the choice of position in the well.

Известна установка [Патент РФ № 98042 U1, МПК Е21В 36/04, опубл. 27.09.2010,], состоящая из погружного электродвигателя ПЭД, станции управления, согласующего силового трансформатора, станции управления нагревом, содержащей блок управления, генератор с диапазоном частот 5-200 кГц, выпрямитель, силовые выходные ключи, соединенные по мостовой или полумостовой схеме; наземного согласующего устройства, содержащего набор конденсаторов необходимой емкости, соединенных параллельно, и последовательно соединенную с указанной батареей конденсаторов катушку индуктивности; погружного согласующего устройства, также содержащего набор конденсаторов необходимой емкости, соединенных параллельно между токопроводящими жилами кабеля; и погружной кабельной линии. Наземное согласующее устройство и погружное согласующее устройство пространственно разнесены от поверхности до ПЭД. Установка использует один кабель для подключения ПЭД и скважинного нагревателя, осуществляя разделение электроэнергии между ними по частоте. Данное техническое решение основано на положении классической электротехники, согласно которому при соединении двух последовательных LC контуров, настроенных в резонанс, их сопротивление будет минимальным на резонансной частоте и максимально на других частотах (определяется добротность контуров). Соответственно, высокочастотная энергия должна поступать в нагреватель, а низкочастотная в ПЭД. Достоинство устройства – универсальность использования силового кабеля. Главный недостаток устройства – существенные трудности в практической реализации, заключающиеся в том, что очень сложно настроить два контура на поверхности и в скважине в резонанс, т.к. на резонанс, помимо параметров контуров, влияют паразитные вариативные параметры – емкости и индуктивности кабеля, трансформатора и ПЭД. Практически сложно обеспечить достаточную добротность контуров, обеспечение их высокой габаритной мощности в условиях ограниченных габаритов скважинного пространства, Known installation [RF Patent No. 98042 U1, IPC E21V 36/04, publ. 27.09.2010], consisting of a submersible electric motor SEM, a control station, a matching power transformer, a heating control station containing a control unit, a generator with a frequency range of 5-200 kHz, a rectifier, power output switches connected in a bridge or half-bridge circuit; a ground-based matching device containing a set of capacitors of the required capacity, connected in parallel, and an inductor connected in series with the specified bank of capacitors; submersible matching device, also containing a set of capacitors of the required capacity, connected in parallel between the current-carrying conductors of the cable; and submersible cable line. The ground matching device and the submersible matching device are spatially separated from the surface to the SEM. The installation uses one cable to connect the SEM and the downhole heater, dividing the electricity between them by frequency. This technical solution is based on the position of classical electrical engineering, according to which, when connecting two series LC circuits tuned to resonance, their resistance will be minimal at the resonant frequency and maximum at other frequencies (the quality factor of the circuits is determined). Accordingly, high-frequency energy must be supplied to the heater, and low-frequency energy to the SEM. The advantage of the device is the versatility of using a power cable. The main drawback of the device is significant difficulties in practical implementation, which consists in the fact that it is very difficult to tune two circuits on the surface and in the well into resonance, because resonance, in addition to the parameters of the circuits, is affected by parasitic variable parameters - the capacitance and inductance of the cable, transformer and SEM. It is practically difficult to ensure sufficient quality factor of the circuits, ensuring their high overall power in conditions of limited dimensions of the well space,

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является многофункциональная автоматическая комплексная станция интеллектуальной скважины [Патент РФ №128894 U1, МПК Е21/В 47/00, опубл.10.06.2013г.], включающая погружное оборудование, состоящее из погружного насоса с погружным электродвигателем, погружной греющей кабельной линии, электрической линии связи, и наземное оборудование, состоящее из управляющего устройства, соединенного через входы и выходы с наземным и погружным оборудованием, с возможностью управления погружным электродвигателем и кабельным нагревом. В станции имеется высокочастотный генератор с возможностью передачи энергии к индуктору в скважине по отдельным силовым цепям, модуль связи с возможностью управления, приема и передачи данных по каналам связи, емкость дляхранения реагента, насос-дозатор, манометр, уровнемер, трубопроводная арматура, индуктор, погружная греющая кабельная линия, дополнительно снабженная капиллярным трубопроводом. Погружная телеметрия подключена к дополнительным силовым цепям индуктора. Достоинством данного технического решения является возможность достаточно эффективного комплексного воздействия на добываемый флюид. Недостатки заключаются в следующем. Это, во-первых, наличие, как минимум двух силовых кабелей – для нагрева и подключения привода насоса, совместно с индуктором, специальным кабелем, содержащим отдельные жилы для подключения погружного электродвигателя и индуктора (необходимость в специальном кабеле ограничивает промышленное применение), что существенно усложняет процесс спуско-подъемных операций и создает трудности в размещения скважинного оборудования в ограниченном скважинном пространстве. Во-вторых, использование индуктора для нагрева и электромагнитного воздействия одновременно не позволяет регулировать независимо параметры этого воздействия. В-третьих, размещение высокочастотного генератора на поверхности с подключением индуктора, посредством достаточно длинной линии, сопровождается существенным затуханием и потерями подводимой энергии из-за распределенных параметров длинной линии.The closest to the proposed invention is a multifunctional automatic complex station of an intelligent well [RF Patent No. 128894 U1, IPC E21 / B 47/00, publ. lines, electrical communication lines, and ground equipment, consisting of a control device connected through inputs and outputs to ground and submersible equipment, with the ability to control a submersible motor and cable heating. The station has a high-frequency generator with the ability to transfer energy to the inductor in the well through separate power circuits, a communication module with the ability to control, receive and transmit data via communication channels, a reagent storage tank, a dosing pump, a pressure gauge, a level gauge, pipeline fittings, an inductor, a submersible heating cable line, additionally equipped with a capillary pipeline. Submersible telemetry is connected to additional power circuits of the inductor. The advantage of this technical solution is the possibility of a sufficiently effective complex impact on the produced fluid. The disadvantages are as follows. This is, firstly, the presence of at least two power cables - for heating and connecting the pump drive, together with an inductor, a special cable containing separate cores for connecting a submersible motor and an inductor (the need for a special cable limits industrial use), which greatly complicates the process of tripping operations and creates difficulties in placing downhole equipment in a limited well space. Secondly, the use of an inductor for heating and electromagnetic action at the same time does not allow one to independently control the parameters of this effect. Thirdly, the placement of a high-frequency generator on the surface with an inductor connected via a sufficiently long line is accompanied by significant attenuation and losses of the input energy due to the distributed parameters of the long line.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности технологического процесса добычи высоковязкой нефти электропогружными насосами за счет снижения стоимости погружного оборудования, повышения его надежности, упрощения спуско-подъемных операций.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the technological process of production of high-viscosity oil by electric submersible pumps by reducing the cost of submersible equipment, increasing its reliability, simplifying tripping operations.

Указанный технический результат достигается скважинной установкой для добычи высоковязкой нефти, состоящей из станции управления с регулятором мощности, которая подключена к промышленной питающей электрической сети, трансформатора, погружного электродвигателя, обеспечивающего привод погружного насоса, блока телеметрии, блока электромагнитного излучателя (индуктора).Станция управления своим выходом подключена ко входу силового трансформатора, выход которого силовым кабелем соединен со входом погружного электродвигателя. В составе скважинной установки имеется тепловой радиатор, осуществляющий термическое воздействие на скважинный флюид, блок управления и блок подключения. Блок подключения своим первым входом подключен в выходу погружного электродвигателя, а выходом соединен с первым входом блока электромагнитного излучателя, первым входом блока радиатора и первым входом-выходом блока телеметрии. Второй вход-выход блока телеметрии соединен с первым входом-выходом блока управления, а второй выход блока управления подключен ко второму входу блока радиаторов, а третий его выход подключен ко второму входу блока электромагнитного излучателя и четвертый выход соединен со вторым входом блока подключения.The specified technical result is achieved by a downhole installation for the production of high-viscosity oil, consisting of a control station with a power regulator, which is connected to an industrial power supply network, a transformer, a submersible motor that drives a submersible pump, a telemetry unit, an electromagnetic emitter (inductor) unit. its output is connected to the input of a power transformer, the output of which is connected by a power cable to the input of the submersible motor. The downhole installation includes a thermal radiator that provides a thermal effect on the downhole fluid, a control unit and a connection unit. The connection unit is connected with its first input to the output of the submersible electric motor, and its output is connected to the first input of the electromagnetic emitter unit, the first input of the radiator unit and the first input-output of the telemetry unit. The second input-output of the telemetry unit is connected to the first input-output of the control unit, and the second output of the control unit is connected to the second input of the radiator unit, and its third output is connected to the second input of the electromagnetic emitter unit, and the fourth output is connected to the second input of the connection unit.

Согласно изобретению, блок подключения, вход которого соединен с выходом погружного электродвигателя, а выход которого подключен к блоку радиатора и блоку электромагнитного излучателя, позволяет управлять режимом работы скважинной установки.According to the invention, the connection unit, the input of which is connected to the output of the submersible motor, and the output of which is connected to the radiator unit and the electromagnetic emitter unit, makes it possible to control the operating mode of the downhole installation.

Согласно изобретению, блок телеметрии, соединенный через блок подключения с выходом погружного электродвигателя, обеспечивает полудуплексную связь по совмещенному с цепями силового кабеля каналу связи. According to the invention, the telemetry unit, connected through the connection unit to the output of the submersible motor, provides half-duplex communication over a communication channel combined with the power cable circuits.

Согласно изобретению, погружной электродвигатель вместе с силовым кабелем образуют дополнительный нагревательный элемент для скважинного флюида. According to the invention, the submersible motor together with the power cable form an additional heating element for the downhole fluid.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема установки, на фиг.2 – компоновочная схема, на фиг.3– упрощенная блок-схема алгоритма функционирования установки, на фиг.4 и фиг.5 – функциональные схемы вариантов реализации блока подключения.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a block diagram of the installation, figure 2 is a layout diagram, figure 3 is a simplified block diagram of the installation operation algorithm, figure 4 and figure 5 are functional diagrams of implementation options connection block.

Установка (фиг.1,2) содержит: 1 – станция управления с регулятором мощности(СУ), 2 – трансформатор силовой (Т), 3 – погружной электродвигатель с погружным насосом (ПЭД), 4 – блок подключения (БП), 5- блок телеметрии (БТ), 6 – блок радиатора (БР), 7 – блок электромагнитного излучателя (индуктор), в дальнейшем - БЭМ; 8 – блок управления (БУ), 9 – тепловой изолятор, 10 – центратор, 11 – обсадная труба, 12 – приемный модуль погружного насоса.The installation (Fig.1,2) contains: 1 - control station with a power regulator (CS), 2 - power transformer (T), 3 - submersible motor with a submersible pump (SEM), 4 - connection unit (BP), 5- telemetry unit (BT), 6 – radiator unit (BR), 7 – electromagnetic emitter unit (inductor), hereinafter referred to as BEM; 8 - control unit (CU), 9 - thermal insulator, 10 - centralizer, 11 - casing, 12 - submersible pump receiving module.

Рассмотрим функционирование установки, опираясь на упрощенную блок-схему алгоритма (фиг.3). Полагаем, что установка должна работать в комплексном режиме – тепловое и электромагнитное воздействие на скважинный флюид, наряду с его откачкой, при установившихся параметрах. При этом, блок 5 осуществляет контроль параметров флюида, параметров ПЭД 3, БР 6, БЭМ 7 и передает измерительную информацию по совмещенному с силовыми кабельными цепями каналу связи в СУ1 и по локальной сети в БУ 8, а также транслирует команды и уставки в БУ 8. БП 4 осуществляет распределение подводимой электрической мощности и регулирует параметры воздействий, исходя из команд и уставок СУ 1, транслируемых БТ 5, между БР 6 и БЭМ 7, при этом СУ 1 регулирует параметры подводимой мощности с учетом режима работы всех устройств. БУ 8 также может работать в автоматическом режиме, в соответствии с заданным алгоритмом, используя информационную обратную связь от БТ 5.Consider the operation of the installation, based on a simplified block diagram of the algorithm (figure 3). We believe that the installation should operate in a complex mode - thermal and electromagnetic effects on the well fluid, along with its pumping, at steady-state parameters. At the same time, unit 5 monitors fluid parameters, parameters of SEM 3, BR 6, BEM 7 and transmits measurement information via a communication channel combined with power cable circuits to CS1 and via a local network to BU 8, and also broadcasts commands and settings to BU 8 BP 4 distributes the input electric power and regulates the parameters of the impacts, based on the commands and settings of the CS 1, broadcast by BT 5, between the BR 6 and BEM 7, while the CS 1 regulates the parameters of the input power, taking into account the mode of operation of all devices. BU 8 can also operate in automatic mode, in accordance with a given algorithm, using information feedback from BT 5.

Работа установки при, так называемом, унитарном режиме, имеет два варианта. Первый вариант – воздействие тепловым и электромагнитным полем на скважинный флюид без его подъема насосом на поверхность, что, например, возможно при повторно-кратковременном процессе подъема флюида, когда скорость его притока из пласта в скважину не соответствует производительности насоса. В этом варианте станция управления 1 переходит, посредством регулятора напряжения, в режим пониженного напряжения при поддержании тока в силовой цепи близким, например, к номинальному значению. Для ПЭД 3 - этот режим известен как режим опытного короткого замыкания [Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов – М.: Энергоатомиздат, 1986.-360с].В этом варианте процесс воздействия сопровождается контролем состояния флюида в скважинном пространстве. При достижении заданных значений происходит возврат в самое начало цикла, т.е. принятия решения о характере продолжения процесса. The operation of the installation in the so-called unitary mode has two options. The first option is the impact of a thermal and electromagnetic field on the well fluid without pumping it to the surface, which, for example, is possible with a repeated-short-term process of fluid lifting, when the rate of its inflow from the formation into the well does not match the pump performance. In this embodiment, the control station 1 switches, by means of a voltage regulator, to a reduced voltage mode while maintaining the current in the power circuit close, for example, to the nominal value. For SEM 3, this mode is known as the experimental short circuit mode [Kopylov I.P. Electrical Machines: Textbook for High Schools - M.: Energoatomizdat, 1986.-360s]. In this variant, the exposure process is accompanied by control of the state of the fluid in the well space. When the set values are reached, a return to the very beginning of the cycle occurs, i.e. deciding on the nature of the continuation of the process.

Второй вариант – только подъем скважинного флюида. Здесь БП 4 минимизирует мощность, подаваемую на БР 6 и БЭМ 7. Практически вся подводимая мощность прикладывается к ПЭД. Этот вариант хорошо известен и широко применяется при добыче углеводородов с приемлемой вязкостью.The second option is only the rise of the well fluid. Here, BP 4 minimizes the power supplied to BR 6 and BEM 7. Almost all of the input power is applied to the SEM. This option is well known and widely used in the production of hydrocarbons with acceptable viscosity.

Для дополнительного пояснения работы установки служит фиг. 2 и фиг.4, 5.For further explanation of the operation of the installation, see Fig. 2 and 4, 5.

Согласно приведенного варианта схематичной компоновочной схемы расположения оборудования в скважинной части (фиг.2), в основании ПЭД 3, последовательно расположены БП 4, БТ 5, БУ 8, БЭМ 7 и далее через тепловой изолятор 9–БР 6.Через тепловой изолятор 9 в состав компоновки включен центратор10 для позицирования в обсадной колонне 11. According to the above version of the schematic layout diagram of the equipment location in the well part (Fig.2), at the base of the SEM 3, BP 4, BT 5, BU 8, BEM 7 are sequentially located and further through the thermal insulator 9–BR 6. Through the thermal insulator 9 in the composition of the assembly includes a centralizer 10 for positioning in the casing string 11.

В соответствии с вариантом реализации БП 4(фиг.4),ко вторичным обмоткам трансформатора - WT-A, WT-B, WT-C, через силовой кабель подключены входные цепи статорных обмоток ПЭД 3 – WD-A, WD-B, WD-C. К выходным цепям этих обмоток подключены элементы БР 6 – R1, R2, R3, соединенные в трехфазную звезду. Параллельно к выходным цепям обмоток ПЭД 3 включены, входящие в состав БП 4, электронный коммутатор (ЭК), состоящий из трехфазного мостового выпрямителя на диодах VD1 … VD6 и коммутирующего транзистора VT, управляемого БУ 8. Цепи питания БЭМ 7 схематично показаны в виде Rn. При замыкании VT статорные обмотки ПЭД 3 соединяются в трехфазную звезду через Rn, а элементы R1, R2, R3 - шунтируются. При размыкании VT статорные обмотки ПЭД 3 замыкаются в трехфазную звезду через элементы БР6. В данном случае распределение мощности, подаваемой в БР 6, осуществляется в соответствии с соотношением замкнутого и разомкнутого состояния ЭК. В замкнутом состоянии вся мощность прикладывается к обмоткам ПЭД 3 и Rn, в разомкнутом – распределяется между ПЭД 3 и БР 6. Целесообразен режим работы ЭК с относительно высокой тактовой частотой, порядка единиц килогерц. Это вполне возможно с учетом инерционности тепловых процессов в БР 6 и достаточно высокой индуктивности (L) статорной обмотки ПЭД 3 (согласно известному закону коммутации, ток в индуктивной цепи изменяется согласно постоянной времени τ = L/R). Регулировка мощности БР 7 в этой схеме осуществляется за счет вариации величины сопротивления Rn.In accordance with the implementation option of BP 4 (Fig. 4), the input circuits of the stator windings of the SEM 3 - WD-A, WD-B, WD are connected to the secondary windings of the transformer - WT-A, WT-B, WT-C -C. To the output circuits of these windings, elements BR 6 - R1, R2, R3 are connected, connected in a three-phase star. In parallel to the output circuits of the windings of the SEM 3, an electronic switch (EC), which is part of the PSU 4, is included, consisting of a three-phase bridge rectifier on diodes VD1 ... VD6 and a switching transistor VT, controlled by the BU 8. The power supply circuits of the BEM 7 are schematically shown as Rn. When VT is closed, the stator windings of the SEM 3 are connected into a three-phase star through Rn, and the elements R1, R2, R3 are shunted. When VT is opened, the stator windings of the SEM 3 are closed into a three-phase star through the BR6 elements. In this case, the distribution of power supplied to the BR 6 is carried out in accordance with the ratio of the closed and open state of the EC. In the closed state, all power is applied to the windings of the SEM 3 and Rn, in the open state it is distributed between the SEM 3 and BR 6. An EC operating mode with a relatively high clock frequency, of the order of several kilohertz, is advisable. This is quite possible, taking into account the inertia of thermal processes in BR 6 and the sufficiently high inductance (L) of the stator winding of SEM 3 (according to the well-known switching law, the current in the inductive circuit changes according to the time constant τ = L/R). The power adjustment of the BR 7 in this circuit is carried out by varying the value of the resistance Rn.

На схеме фиг.5 показан другой пример функциональной схемы БП 4. Обозначения и назначение элементов в схеме аналогичны фиг.4. Здесь при замкнутом ключе VT выходы статорных обмоток WD-A, WD-B, WD-C – замыкаются в трехфазную звезду через диоды VD1…VD6, транзистор VT (при сопротивлении замыкающего шлейфа пренебрежимо малым), и вся мгновенная мощность прикладывается к ПЭД 3. При размыкании VT последовательно с этими обмотками включаются последовательно цепи электропитания Rn1 – блока БР 6, Rn2 – блока БЭМ 7, и мгновенная мощность перераспределяется в соответствии с соотношением времени открытого и закрытого состояния VT, параметров ПЭД 3, Rn1, Rn2.The diagram of Fig.5 shows another example of the functional diagram of the PSU 4. The designations and purpose of the elements in the diagram are similar to Fig.4. Here, with the key VT closed, the outputs of the stator windings WD-A, WD-B, WD-C are closed into a three-phase star through diodes VD1 ... VD6, transistor VT (with a negligible resistance of the closing loop), and all the instantaneous power is applied to SEM 3. When VT is opened in series with these windings, the power supply circuits Rn1 - block BR 6, Rn2 - block BEM 7 are switched on in series, and the instantaneous power is redistributed in accordance with the ratio of the time of the open and closed state of VT, the parameters of the SEM 3, Rn1, Rn2.

Практическая реализация компонентов установки известна. СУ 1, БТ 5, ПЭД 3 в двухсекционном исполнении с транзитом выходных цепей статорной обмотки первой секции - это серийные промышленные изделия. Существуют различные конструкции радиаторов, например, [Патент РФ № 2559975 С1, МПК Е21В 47/07, опубл.20.08.2015г.]. БУ 8реализуется на базе программируемой логики с применением микроконтроллеров различных типов. Необходимо подчеркнуть, что блок управления для синхронного информационного взаимодействия со станцией управления может иметь собственный канал связи - проводной, совмещенный или беспроводной.The practical implementation of the installation components is known. CS 1, BT 5, PED 3 in two-section design with transit of the output circuits of the stator winding of the first section are serial industrial products. There are various designs of radiators, for example, [RF Patent No. 2559975 C1, IPC E21B 47/07, publ. 20.08.2015]. BU 8 is implemented on the basis of programmable logic using microcontrollers of various types. It should be emphasized that the control unit for synchronous information interaction with the control station may have its own communication channel - wired, combined or wireless.

Важным компонентом установки является блок электромагнитного излучателя, осуществляющий электромагнитное воздействие на скважинный флюид. Реализация такого устройства известна, например,[Патент РФ №2529689, МПК Е21В 43/25, 28/00, опубл. 27.09.2014г. Бюл.№27]. В данном случае имеет место комбинированное воздействие - тепловым и электромагнитным полем. При этом повышается энергоэффективность процесса (тепловое поле увеличивает подвижность сложных молекул углеводородов, а электромагнитное поле способствует разрыву связей в их структуре, тем самым снижая вязкость за счет образования более легких фракций углеводородов). An important component of the installation is an electromagnetic emitter block that performs an electromagnetic effect on the well fluid. The implementation of such a device is known, for example, [RF Patent No. 2529689, IPC E21B 43/25, 28/00, publ. 27.09.2014 Bull. No. 27]. In this case, there is a combined effect - thermal and electromagnetic fields. This increases the energy efficiency of the process (the thermal field increases the mobility of complex hydrocarbon molecules, and the electromagnetic field contributes to the breaking of bonds in their structure, thereby reducing the viscosity due to the formation of lighter fractions of hydrocarbons).

Следует отметить также, что погружной электродвигатель вместе с силовым кабелем используется в качестве дополнительного нагревательного элемента для скважинного флюида.It should also be noted that the submersible motor together with the power cable is used as an additional heating element for the downhole fluid.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эффективность технологического процесса добычи высоковязкой нефти электропогружными насосами за счет:Thus, the proposed invention makes it possible to increase the efficiency of the technological process for the production of high-viscosity oil by electric submersible pumps due to:

- снижения затрат на установку при сохранении функциональной универсальности;- reducing installation costs while maintaining functional versatility;

- существенного упрощения спускоподъемных операций;- significant simplification of tripping operations;

- повышения надежности установки.- increasing the reliability of the installation.

Claims (4)

1. Скважинная установка для добычи высоковязкой нефти, состоящая из станции управления с регулятором мощности, которая подключена к промышленной питающей электрической сети, трансформатора, погружного электродвигателя, обеспечивающего привод погружного насоса, блока телеметрии, блока электромагнитного излучателя, причем станция управления своим выходом подключена ко входу силового трансформатора, выход которого силовым кабелем соединен со входом погружного электродвигателя, отличающаяся тем, что в составе скважинной установки имеется блок радиатора, осуществляющий термическое воздействие на скважинный флюид, блок управления и блок подключения, причем блок подключения своим первым входом подключен к выходу погружного электродвигателя, а выходом соединен с первым входом блока электромагнитного излучателя, первым входом блока радиатора и первым входом-выходом блока телеметрии, у которого второй вход-выход соединен с первым входом-выходом блока управления, а второй выход блока управления подключен ко второму входу блока радиаторов, а третий его выход подключен ко второму входу блока электромагнитного излучателя и четвертый выход соединен со вторым входом блока подключения.1. A downhole installation for the production of high-viscosity oil, consisting of a control station with a power regulator, which is connected to an industrial power supply network, a transformer, a submersible motor that drives a submersible pump, a telemetry unit, an electromagnetic emitter unit, and the control station is connected to the input with its output a power transformer, the output of which is connected by a power cable to the input of the submersible electric motor, characterized in that the downhole installation includes a radiator unit that performs a thermal effect on the well fluid, a control unit and a connection unit, the connection unit being connected by its first input to the submersible electric motor output, and the output is connected to the first input of the electromagnetic emitter unit, the first input of the radiator unit and the first input-output of the telemetry unit, in which the second input-output is connected to the first input-output of the control unit, and the second output of the control unit connected to the second input of the radiator unit, and its third output is connected to the second input of the electromagnetic emitter unit and the fourth output is connected to the second input of the connection unit. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок подключения, вход которого соединен с выходом погружного электродвигателя, а выход которого подключен к блоку радиатора и блоку электромагнитного излучателя, позволяет управлять режимом работы скважинной установки.2. The installation according to claim 1, characterized in that the connection unit, the input of which is connected to the output of the submersible motor, and the output of which is connected to the radiator unit and the electromagnetic emitter unit, allows you to control the operating mode of the downhole installation. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок телеметрии, соединенный через блок подключения с выходом погружного электродвигателя, обеспечивает полудуплексную связь по совмещенному с цепями силового кабеля каналу связи. 3. Installation according to claim 1, characterized in that the telemetry unit, connected through the connection unit to the output of the submersible motor, provides half-duplex communication over a communication channel combined with the power cable circuits. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что погружной электродвигатель вместе с силовым кабелем образуют дополнительный нагревательный элемент для скважинного флюида.4. Installation according to claim 1, characterized in that the submersible motor together with the power cable form an additional heating element for the downhole fluid.
RU2022112314A 2022-05-06 Downhole installation for the production of high-viscosity oil RU2784121C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784121C1 true RU2784121C1 (en) 2022-11-23

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101553643A (en) * 2006-09-26 2009-10-07 Hw先进技术股份有限公司 Stimulation and recovery of heavy hydrocarbon fluids
RU98042U1 (en) * 2010-04-15 2010-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "МАГНИТРОН" INSTALLATION FOR POWER SUPPLY OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR AND / OR HEATING OF WELL LINE
RU128894U1 (en) * 2012-12-07 2013-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Макс Инжиниринг" MULTIFUNCTIONAL AUTOMATIC COMPLEX STATION OF INTELLECTUAL WELL
RU2559975C1 (en) * 2014-06-02 2015-08-20 Владимир Александрович Кузнецов Heating method of well bottom hole area and device for its implementation
RU159444U1 (en) * 2015-04-06 2016-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" DEVICE FOR HEATING HIGH VISCOUS OILS IN PIPELINES BY HIGH-QUALITY ELECTROMAGNETIC FIELDS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101553643A (en) * 2006-09-26 2009-10-07 Hw先进技术股份有限公司 Stimulation and recovery of heavy hydrocarbon fluids
RU98042U1 (en) * 2010-04-15 2010-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "МАГНИТРОН" INSTALLATION FOR POWER SUPPLY OF SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR AND / OR HEATING OF WELL LINE
RU128894U1 (en) * 2012-12-07 2013-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Макс Инжиниринг" MULTIFUNCTIONAL AUTOMATIC COMPLEX STATION OF INTELLECTUAL WELL
RU2559975C1 (en) * 2014-06-02 2015-08-20 Владимир Александрович Кузнецов Heating method of well bottom hole area and device for its implementation
RU159444U1 (en) * 2015-04-06 2016-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" DEVICE FOR HEATING HIGH VISCOUS OILS IN PIPELINES BY HIGH-QUALITY ELECTROMAGNETIC FIELDS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5621844A (en) Electrical heating of mineral well deposits using downhole impedance transformation networks
CN100472031C (en) System and method for transmitting electric power into a bore
US5713415A (en) Low flux leakage cables and cable terminations for A.C. electrical heating of oil deposits
US6353706B1 (en) Optimum oil-well casing heating
CN1229567C (en) Choke inductor for wireless communication and control in a well
US8763691B2 (en) Apparatus and method for heating of hydrocarbon deposits by axial RF coupler
US7105952B2 (en) Distributed floating series active impendances for power transmission systems
EP2411618B1 (en) Dc powered subsea inverter
CA2735357C (en) Method and device for the "in-situ" extraction of bitumen or very heavy oil
US20070107907A1 (en) System and Method for Controlling Subsea Wells
WO2007127746A1 (en) Cycloconverter power control system
MXPA02008583A (en) Power generation using batteries with reconfigurable discharge.
US11732553B2 (en) Downhole power delivery
EA003976B1 (en) Method and apparatus for sealing by melting metal in am annulus between surface and production casing of an oil or gas well
RU2651470C2 (en) Screened multi-pair system as a supply line to inductive loop for heating in heavy oil fields
RU2784121C1 (en) Downhole installation for the production of high-viscosity oil
RU128894U1 (en) MULTIFUNCTIONAL AUTOMATIC COMPLEX STATION OF INTELLECTUAL WELL
RU2435022C1 (en) Installation for power supply of immersed electric engine and/or well fluid heating
Nikitin The systems induction distributed low temperature heating and their application in the oil and gas industry
US11136985B2 (en) High frequency AC noise suppression within transformers
RU2117135C1 (en) Device for electric heating of oil well and cleaning it from paraffin
US20230330721A1 (en) Method, system and signal generator for treating a device to resist formation and build-up of scale deposits
Janoušek et al. Direct Current Power Supply For Deep-sea Mining Machine
EP1290780A2 (en) Method for boosting the output voltage of a variable frequency drive