WO2018020301A1 - Скважинная насосная установка - Google Patents

Скважинная насосная установка Download PDF

Info

Publication number
WO2018020301A1
WO2018020301A1 PCT/IB2016/055173 IB2016055173W WO2018020301A1 WO 2018020301 A1 WO2018020301 A1 WO 2018020301A1 IB 2016055173 W IB2016055173 W IB 2016055173W WO 2018020301 A1 WO2018020301 A1 WO 2018020301A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slider
submersible
stator
electric motor
pump
Prior art date
Application number
PCT/IB2016/055173
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Валерьевич ХАЧАТУРОВ
Original Assignee
Ооо Нпо "Вертикаль"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо Нпо "Вертикаль" filed Critical Ооо Нпо "Вертикаль"
Priority to CN201680004756.0A priority Critical patent/CN107923386B/zh
Publication of WO2018020301A1 publication Critical patent/WO2018020301A1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
    • F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth

Definitions

  • the invention relates to oil production, in particular, to installations with positive displacement pumps driven by movement by submersible linear electric motors, and can be used to extract reservoir fluids from low-yield well stock from great depths.
  • a known pumping unit [RU 2522347, C2, F04B47 / 06, F04B17 / 04, 07/10/2014], comprising a submersible part including a pump and submersible linear valve motor, including a fixed part (stator) with a winding and the movable part (runner) located inside the stator, made with the possibility of reciprocating runner movement relative to the stator, housing an electric motor is mechanically connected to the pump casing, the runner is mechanically connected to the moving part of the pump, control electronic unit, power unit output which is electrically connected to the stator winding, and the control electronic unit consists of ground and submersible blocks, the electric motor is equipped with a sensor position of the runner, the submersible block is made in the form an inverter housed in a sealed enclosure with normal air pressure inside the inverter housing mechanically connected to the motor housing, output the inverter is electrically connected to the power circuit and the winding through pressure glands, output of sensor elements position connected to the control unit of
  • the installation features include the fact that high frequency inverter-regulator can be made with the possibility of galvanic isolation of the output rectifier from the input, the first pole of the power output ground block can be connected to the first pole of the circuit power submersible inverter insulated cable, the second poles of the output of the ground unit and the inverter power connected to electrically connected structural elements of the installation, poles of the same name the output of the ground unit and the power supply of the submersible inverter can be interconnected isolated two-wire cable, and the inverter control unit may contain a runner’s step counter and is executed with the ability to reverse when given number of steps.
  • a feature of this installation is that it can be equipped with an additional identical the first stock placed on the other side of the runner and connected with the environment through an additional seal in the housing, the filter is made with the characteristics fine filter, in longitudinal through channels placed tubular elements made of material with high thermal conductivity, and the ends of the tubular elements hermetically connected to end sealing elements stator volume.
  • the disadvantage of the closest technical the solution is relatively low reliability and relatively low energy performance. it due to the fact that for the runner are not provided means of ensuring its smooth running, including means damping or travel restrictions at extreme points. it leads, on the one hand, to the possibility of mechanical damage to installation elements, and on the other hand - to low energy performance because, in in particular, the runner’s excessively high speed extreme points leads to unjustified energy consumption.
  • the problem that is solved in the invention is to increase reliability and improve energy performance by exceptions to the above disadvantages most close technical solution.
  • the technical result that is being implemented when using the invention is improving reliability and improving energy performance.
  • stator bore made in the form of a whole honed the inner diameter of the guide non-magnetic pipe, which is part of the plunger pump and configured to provide stability submersible linear motor slider and plunger plunger pump.
  • the required technical is achieved by the fact that the installation is equipped filters for cleaning incoming fluid, located in the plunger pump housing and in bottom of the linear motor.
  • part of the slider, interacting with the stator bore represents a non-magnetic slider bushings or hubs magnetic field and is made in the form of a response component of non-magnetic material of lower hardness.
  • the slider consists of rings of permanent magnets and hubs a magnetic field mounted on a non-magnetic axis, configured to provide concentration and directivity of the magnetic flux.
  • the dampers of the upper and the bottom extreme points of the slider stroke are part submersible linear motor designs and plunger pump and configured to protect the plunger of the plunger pump and submersible linear motor slider.
  • the control ground the control unit contains a measuring channel for taking measurements of the counter-emf generated in submersible linear stator windings an electric motor when the slider is moving, and determine the position of the slider, and executed with the ability to reverse when slider of the upper and lower extreme points of the slider.
  • control ground the control unit is electrically connected to the unit telemetry borehole pumping unit through zero point windings submersible linear electric motor, insulated three-wire cable and the zero point of the secondary winding of the output transformer.
  • the telemetry unit electrically connected to temperature sensors, installed in the stator windings of a submersible linear motor through pressure glands.
  • the stator has a cavity waterproof with a diaphragm for communication with the environment.
  • stator cavity sealed, filled high dielectric fluid and has a small channel sections connecting the internal cavity of the stator with the cavity of the telemetry unit and the cavity of the hydraulic protection, whose diaphragm is associated with the environment.
  • the required technical is achieved by the fact that the three-phase winding the stator is made in the form of sectioned coils with double-row winding, and the core is made of laden iron.
  • the required technical the result is achieved by the fact that the magnetic cores the stator coils are made with the possibility of radial formation of magnetic field vectors.
  • the task is solved, and the required technical result is achieved by the fact that developed a way to optimize energy consumption by the downhole pumping unit described above which includes the steps in which simultaneously transmit data with values well fluid pressure and temperature parameters to the control ground control unit and with it help based on the data provided inflow control in the well, change the operating mode submersible linear motor supporting given debit, transmit data with values submersible linear temperature parameters the motor and the temperature of the well fluid and using it based on the data provide temperature control submersible parts, change the operating mode of the submersible linear motor while maintaining safe temperature control ground control unit determine the position slider and control the operation of the submersible linear electric motor cyclogram: upward stroke - rated power consumption, stroke down - minimum power consumption.
  • control ground control unit measure counter-emf, generated in the stator windings of a submersible linear electric motor when moving the slider.
  • figure 2 - plunger pump (with illustration of the processes during the upward and downward course);
  • FIG. 6 check valve, pressure glands and sensors
  • the downhole pump installation contains installed in a single housing 1 plunger pump 2 and gravitational gas separator formed by the zone gas intake in the incoming fluid between the housing 1 and plunger pump cylinder 2.
  • the plunger pump 2 is equipped with discharge valves 3, above which the check block is placed 4 valves connected to the pump discharge, which represents a coupling sleeve 5 for fastening the downhole pumping unit to the column 6 tubing.
  • Plunger pump 2 also equipped with a filter 7 for cleaning the incoming fluid, cylinder 8 and plunger 9.
  • a downhole pumping unit contains a submersible linear motor 10, installed under the plunger pump 2, including yourself the fixed part in the form of a stator 11, which has a three-phase winding represented by sectional coils with double row winding 12, and lined iron cores 13, and located in the stator bore (stator bore 14 is made in the form of a whole honed inner diameter of a non-magnetic pipe) movable part in the form of a slider 15, which consists of non-magnetic axis 16, on which magnets are located 17 and hubs 18 that guide the magnetic the line of magnets radially (as indicated in Fig. 4).
  • Non-magnetic bushings 19 of the slider are made smaller hardness than non-magnetic pipe.
  • Stator 14 is associated with environment through a cavity 20 and diaphragms 21. Sensors 22 are installed in coils 12 temperature.
  • the stator 14 has a relief valve 23 for discharge of dielectric fluid into the environment.
  • Motor cavity connected to the environment through the filter 24 and seals 25 mounted on solid sleeve 26 slip cavity stator slider grease filled 27 and the surface slider - solid lubricant 28.
  • Slider 15 hard connected to the movable part of the plunger pump extension cord 29 in the form of a metal rod with grooves for the flow of the pumped liquid.
  • a downhole pumping unit contains damper 30 of the upper extreme point of travel a slider mounted under the plunger pump 2, and damper 31 of the lower extreme point of the slider, installed between submersible linear electric motor 10 and its base 32.
  • the downhole pump installation contains also a telemetry unit 33 mounted under base 32 and connected by channels of small cross section with the stator cavity through the pressure glands 34, in which wires of temperature sensors 22, sensors 35 are laid oil pressure inside the engine and wire zero points 36 windings submersible linear electric motor 10.
  • the telemetry unit 33 is equipped refueling valve 37 and temperature sensors 38 and reservoir fluid pressure 39, sensor 40 vibration, inclinometer 41 and measurement unit 42, which is associated with all of the above sensors and zero point windings submersible linear motor 10.
  • Control unit 44 that comprises a unit control unit telemetry, is an inverter and rectifier at the same time and contains a measuring channel through output transformer 45 which provides voltage boost. Connection between telemetry unit 33 and ground control unit control through zero point 36 windings of a submersible linear motor 10 and zero point 46 of the secondary winding of the output transformer.
  • the control ground control unit 44 is supplied three-phase alternating voltage.
  • Manager ground control unit 44 converts the power signal and through transformer 45 and cable line 43 feeds it to the submersible linear motor 10.
  • Running magnetic field slider 15 makes a smooth reciprocating up and down on given movement. Slider 15 is rigidly connected to pump plunger using an extension cord 29, and the stator 11 rigidly connected to the housing 1 of the plunger pump.
  • the filter 7 of the plunger pump may be made with varying degrees of purification pumped fluid, increases pump life at high levels mechanical impurities.
  • Filter 24 submersible in-line electric motor can also be made with different the degree of purification of the fluid that enters the cavity submersible motor 10, designed to compensate vacuum / pressure of the pumped liquid, created when moving the slider 15.
  • Control ground control unit 44 receives data from telemetry block 33 of the value parameters of pressure and temperature of the well fluid, providing control of the flow of pumped fluid into well, changes the operating mode of the submersible linear electric motor 10, maintaining a given flow rate.
  • Control ground control unit 44 receives data from telemetry block 33 of the value temperature parameters of a submersible linear motor 10 and well fluid temperature, providing control temperature condition of the submersible part, changes the mode submersible motor operation, keeping it safe temperature mode of operation.
  • Control ground control unit 44 determines the position of the slider 15 and controls the operation submersible linear motor 10 according to the sequence diagram: stroke up - nominal consumption, stroke down - minimum power consumption.
  • Control ground control unit 44 receives data from telemetry block 33 of the value parameters of pressure and temperature of the well fluid, providing inflow control in the well, changes the mode the operation of the submersible linear motor 10, maintaining a given amount of produced fluid - flow rate.
  • Control ground control unit 44 measures the emf generated in the stator windings of a submersible linear motor 10 when the slider 15, and determines the position of the slider 15.
  • Submersible linear motor 10 has increased resource of work due to application grease 27 and solid 28 grease seals 25.
  • the pump unit achieves the required technical the result, which is to increase reliability and improving energy performance because management of operating modes is provided depending from mining conditions and the formation on this basis economical smooth movement of the slider (in particular, stroke up - nominal consumption, stroke down - minimum power consumption), which increases reliability of installation due to reduction of wear of elements installation, and the increase of which is also ensured introducing the damper of the upper extreme point of the slider stroke and damper of the lower extreme point of the slider stroke.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности, к установкам с насосами объемного действия, приводимыми в движение погружными линейными электродвигателями, и может быть использовано для добычи пластовых жидкостей из малодебитного фонда скважин с больших глубин. Требуемый технический результат, который заключается в повышении надежности и улучшении энергетических показателей, достигается за счет разработки скважинной насосной установки, способа подъема жидкости из скважины и способа оптимизации энергопотребления посредством скважинной насосной установки.

Description

СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Техническая область
Изобретение относится к нефтедобыче, в частности, к установкам с насосами объемного действия, приводимыми в движение погружными линейными электродвигателями, и может быть использовано для добычи пластовых жидкостей из малодебитного фонда скважин с больших глубин.
Известна установка [US2015/0176574, А1, F04B47/00 25.06.2015], содержащая погружной скважинный насос, состоящий из неподвижного цилиндра и подвижного плунжера, а также погружной двигатель, установленный под скважинным насосом, соединенный с плунжером погружного скважинного насоса и выполненный с возможностью формирования возвратно-поступательного движения плунжера, и клапанное устройство, установленное ниже плунжера и обеспечивающее при движении его вверх заполнение скважинной жидкостью цилиндра, при движении вниз заполнение полости скважинного насоса ниже плунжера.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая надежность.
Известна также нефтяная насосная установка [US 7316270, В2, F04B47/04, 08.01.2008], приводимая в действие линейным синхронным трехфазным электродвигателем с редкоземельными постоянными магнитами, включающая в себя двигатель, бегун которого совершает возвратно-поступательное движение, когда электродвигатель подключен к питающей сети, и насос, который имеет цилиндр с всасывающими каналами для прохождения скважинной жидкости и установленный в них клапан, подвижный клапан, поршень и нижний впускной клапан, которые расположены таким образом, что когда бегун двигателя совершает возвратно-поступательное движение, скважинная жидкость прокачивается в одном направлении.
Недостатком этого технического решения также является относительно низкая надежность.
Кроме того, известна насосная установка [RU 2522347, C2, F04B47/06, F04B17/04, 10.07.2014], содержащая погружную часть, включающую в себя насос и погружной линейный вентильный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения бегуна относительно статора, корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун механически связан с подвижной частью насоса, управляющий электронный блок, выход силовой части которого электрически связан с обмоткой статора, причем управляющий электронный блок состоит из наземного и погружного блоков, электродвигатель снабжен датчиком положения бегуна, погружной блок выполнен в виде инвертора, размещенного в герметичном корпусе с нормальным давлением воздуха внутри, корпус инвертора механически связан с корпусом электродвигателя, выход инвертора электрически связан с цепью питания и обмоткой через гермовводы, выход чувствительных элементов датчика положения связан с управляющим блоком инвертора через дополнительные гермовводы, а наземный блок выполнен в виде последовательно соединенных входного выпрямителя, однофазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного выпрямителя.
К особенностям установки можно отнести то, что высокочастотный инвертор-регулятор может быть выполнен с возможностью гальванической развязки выходного выпрямителя от входного, первый полюс силового выхода наземного блока может быть связан с первым полюсом цепи питания погружного инвертора изолированным кабелем, вторые полюсы выхода наземного блока и питания инвертора соединены с электрически связанными между собой элементами конструкции установки, одноименные полюсы выхода наземного блока и питания погружного инвертора могут быть соединены между собой изолированным двухпроводным кабелем, а управляющий блок инвертора может содержать счетчик шагов бегуна и выполнен с возможностью осуществления реверса при достижении заданного числа шагов.
Недостатком установки является относительно низкая надежность.
Помимо указанных выше, известна также погружная насосная установка [RU 2535288, С2, F04B47/06, F04B17/04, 10.12.2014], содержащая линейный электродвигатель, включающий в себя корпус, внутри которого концентрично размещены неподвижный герметичный статор и расположенный внутри него бегун, полость электродвигателя, образованная статором, корпусом и бегуном, заполнена жидкостью, а бегун установлен на опорных элементах статора с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения вдоль продольной оси статора, и насос, рабочий орган которого механически связан с бегуном, а неподвижная часть механически соединена с корпусом электродвигателя через конструктивные элементы, выполненные с возможностью связи образованной ими полости насоса с внешней средой, при этом она снабжена торцевыми щитами между полостями насоса и электродвигателя, средствами защиты полости электродвигателя от механических примесей и фильтрами тонкой очистки, фильтры тонкой очистки расположены в осевом направлении в корпусе электродвигателя между статором и торцевыми щитами, внешняя поверхность торцевых щитов плотно соединена с корпусом, а внутренняя поверхность торцевых щитов механически контактирует с поверхностью бегуна через средства защиты полости электродвигателя от механических примесей.
Недостатком этой установки также является относительно низкая надежность.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является установка (RU 2521530, C1), содержащая насос объемного действия и погружной линейный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть (статор) с обмоткой и расположенную внутри статора подвижную часть (бегун), выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения относительно статора, причем, полость электродвигателя связана с окружающей средой, корпус электродвигателя механически связан с корпусом насоса, бегун через шток связан с подвижной частью насоса, статор содержит цилиндрические и торцовые элементы герметизации объема статора, при этом полость электродвигателя связана с окружающей средой через фильтр, а с полостью насоса – через уплотнение между штоком и корпусом, статор электродвигателя в области между внешней поверхностью обмотки и внутренней поверхностью корпуса электродвигателя содержит продольные сквозные каналы, соединяющие полости, расположенные по обе торцовые стороны статора.
Особенностью этой установки является то, что она может быть снабжена дополнительным идентичным первому штоком, размещенным с другой стороны бегуна и связанным с внешней средой через дополнительное уплотнение в корпусе, фильтр выполнен с характеристиками фильтра тонкой очистки, в продольных сквозных каналах размещены трубчатые элементы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, а концы трубчатых элементов герметично соединены с торцовыми элементами герметизации объема статора.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность и относительно низкие энергетические показатели. Это обусловлено тем, что для бегуна не предусмотрены средства обеспечения его плавного хода, включая средства демпфирования или ограничения хода в крайних точках. Это приводит, с одной стороны, к возможности механических повреждений элементов установки, а с другой стороны – к низким энергетическим показателям, поскольку, в частности, излишне большая скорость движения бегуна в крайних точках приводит и к неоправданному расходу энергии.
 Техническая проблема
Задача, которая решается в изобретении, заключается в повышении надежности и улучшении энергетических показателей установки путем исключения указанных выше недостатков наиболее близкого технического решения.
Технический результат, который реализуется при использовании изобретения, заключается в повышении надежности и улучшении энергетических показателей.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в скважинную насосную установку, содержащую погружную часть, включающую в себя размещенные в едином корпусе плунжерный насос, снабженный нагнетательными клапанами, гравитационным газосепаратором, над которым размещен блок обратных клапанов, который содержит присоединительную муфту для крепления скважинной насосной установки к колонне насосно-компрессорных труб, установленный под плунжерным насосом погружной линейный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть в виде статора с трехфазной обмоткой и установленными датчиками температуры и расположенную в расточке статора подвижную часть в виде слайдера, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения слайдера относительно статора, причем полость статора заполнена диэлектрической жидкостью, полость слайдера заполнена консистентной и твердой смазками, слайдер жестко соединен с удлинителем, согласно изобретению введены демпфер верхней крайней точки хода слайдера, установленный под плунжерным насосом с нагнетательными клапанами, демпфер нижней крайней точки хода слайдера, установленный в нижней части основания погружного линейного электродвигателя, управляющий наземный блок управления, установленный под погружным линейным электродвигателем блок телеметрии, включающий датчики давления и температуры скважинной жидкости, датчик вибрации, инклинометр, блок измерения, связанный с датчиками температуры, установленными в линейном электродвигателе, и связанный с управляющим наземным блоком управления через нулевую точку обмоток погружного линейного электродвигателя, соединенных звездой, при этом управляющий наземный блок управления выполнен в виде трехфазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного трансформатора, соединенного с погружным линейным электродвигателем посредством изолированного трехпроводного кабеля.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что расточка статора выполнена в виде цельной хонингованной по внутреннему диаметру направляющей немагнитной трубы, которая является частью плунжерного насоса и выполнена с возможностью обеспечения устойчивости слайдера погружного линейного электродвигателя и плунжера плунжерного насоса.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что гравитационный газосепаратор выполнен в корпусе плунжерного насоса.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что установка снабжена фильтрами для очистки поступающего флюида, расположенными в корпусе плунжерного насоса и в нижней части линейного электродвигателя.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что часть слайдера, взаимодействующая с расточкой статора, представляет собой немагнитные втулки слайдера или концентраторы магнитного поля и выполнена в форме ответной составляющей из немагнитного материала меньшей твердости.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что слайдер состоит из колец постоянных магнитов и концентраторов магнитного поля, закрепленных на немагнитной оси, выполненных с возможностью обеспечения концентрации и направленности магнитного потока.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что демпферы верхней и нижней крайних точек хода слайдера являются частью конструкции погружного линейного электродвигателя и плунжерного насоса и выполнены с возможностью обеспечения защиты плунжера плунжерного насоса и слайдера погружного линейного электродвигателя.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что управляющий наземный блок управления содержит измерительный канал для осуществления измерения противоЭДС, генерируемой в обмотках статора погружного линейного электродвигателя при движении слайдера, и определения положения слайдера, и выполнен с возможностью осуществления реверса при достижении слайдером верхней и нижней крайних точек хода слайдера.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что управляющий наземный блок управления электрически связан с блоком телеметрии скважинной насосной установки через нулевую точку обмоток погружного линейного электродвигателя, изолированный трехпроводный кабель и нулевую точку вторичной обмотки выходного трансформатора.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что блок телеметрии электрически связан с датчиками температуры, установленными в обмотках статора погружного линейного двигателя через гермовводы.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что выход слайдера из статора в верхней и нижней части оснащен сплошной втулкой скольжения, имеющей уплотнение.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что статор имеет полость гидрозащиты с диафрагмой для связи с окружающей средой.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что полость статора выполнена герметичной, заполнена высокодиэлектрической жидкостью и имеет канал малого сечения, соединяющий внутреннюю полость статора с полостью блока телеметрии и полостью гидрозащиты, диафрагма которой связана с окружающей средой.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в верхней части погружного линейного двигателя имеется предохранительный клапан, обеспечивающий при повышении давления сброс диэлектрической жидкости из полости статора в окружающую среду.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в верхней части блока телеметрии установлены заправочные клапаны.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что трехфазная обмотка статора выполнена в виде секционированных катушек с двухрядной намоткой, а сердечник выполнен из шихтованного железа.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что магнитопроводы катушек статора выполнены с возможностью радиального формирования векторов магнитного поля.
Также поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что разработан способ подъема жидкости из скважины посредством скважинной насосной установки, описанной выше, включающий установку погружной части насосной установки в ствол скважины, забор скважинного флюида из ствола скважины через нагнетательные клапана и через гравитационный газосепаратор посредством плунжерного насоса путем возвратно-поступательного перемещения плунжера, передаваемого слайдером погружного линейного электродвигателя через удлинитель, и выталкивание скважинного флюида через обратные клапана в колонну насосно-компрессорных труб; при этом посредством управляющего наземного блока управления осуществляют подачу трехфазного переменного питания на погружной линейный электродвигатель с образованием бегущего магнитного поля в статоре и обеспечением плавного возвратно-поступательно движения слайдера; при перемещении плунжера вверх осуществляют выталкивание скважинного флюида из середины цилиндра плунжерного насоса через обратный клапан в колонну насосно-компрессорных труб; а при перемещении плунжера вниз осуществляют забор скважинного флюида из ствола скважины через нагнетательный клапан, расположенный в верхней части насоса.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что подачу трехфазного переменного питания на погружной линейный электродвигатель осуществляют через изолированный трехпроводный кабель.
Также поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что разработан способ оптимизации энергопотребления посредством скважинной насосной установки, описанной выше, который включает этапы, на которых одновременно передают данные со значениями параметров давления и температуры скважинного флюида на управляющий наземный блок управления и с его помощью на основе полученных данных обеспечивают контроль притока в скважине, изменяют режим работы погружного линейного электродвигателя, поддерживая заданный дебит, передают данные со значениями параметров температуры погружного линейного электродвигателя и температуры скважинного флюида и с его помощью на основе полученных данных обеспечивают контроль температурного режима погружной части, изменяют режим работы погружного линейного электродвигателя, поддерживая безопасный температурный режим, посредством управляющего наземного блока управления определяют положение слайдера и управляют работой погружного линейного электродвигателя по циклограмме: рабочий ход вверх - номинальное потребление электроэнергии, рабочий ход в низ - минимальное потребление электроэнергии.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что для определения положения слайдера посредством управляющего наземного блока управления измеряют противоЭДС, генерируемую в обмотках статора погружного линейного электродвигателя при движении слайдера.
Краткое описание чертежей
На чертеже представлены:
на фиг. 1 – скважинная насосная установка, схема функциональная;
на фиг.2 - плунжерный насос (с иллюстрацией процессов при ходе вверх и ходе вниз);
на фиг. 3 - погружной линейный электродвигатель;
на фиг. 4 - магниты, концентраторы, линии магнитного поля;
на фиг. 5 – места размещения консистентной и твердой смазки;
на фиг. 6 - клапан обратный, гермовводы и датчики;
на фиг. 7 – скважинная насосная установка, схема электрическая.
Скважинная насосная установка содержит установленные в едином корпусе 1 плунжерный насос 2 и гравитационный газосепаратор, образованный зоной забора газа в поступающем флюиде между корпусом 1 и цилиндром плунжерного насоса 2.
Плунжерный насос 2 снабжен нагнетательными клапанами 3, над которым размещен блок обратных клапанов 4, соединенный с выкидом насоса, который представляет собой присоединительную муфту 5 для крепления скважинной насосной установки к колонне 6 насосно-компрессорных труб. Плунжерный насос 2 оснащен также фильтром 7 для очистки поступающего флюида, цилиндром 8 и плунжером 9.
Кроме того, скважинная насосная установка содержит погружной линейный электродвигатель 10, установленный под плунжерным насосом 2, включающий в себя неподвижную часть в виде статора 11, который имеет трехфазную обмотку, представленную секционированными катушками с двухрядной намоткой 12, и сердечники 13 из шихтованного железа, и расположенную в расточке статора (расточка статора 14 выполнена в виде цельной хонингованной по внутреннему диаметру немагнитной трубы) подвижную часть в виде слайдера 15, который состоит из немагнитной оси 16, на котором расположены магниты 17 и концентраторы 18, которые направляют магнитные лини магнитов радиально (как указано на фиг. 4). Немагнитные втулки 19 слайдера выполнены меньшей твердости, чем немагнитная труба. Статор 14 связан с окружающей средой посредством полости гидрозащиты 20 и диафрагмы 21. В катушках 12 установлены датчики 22 температуры. Статор 14 имеет сбросный клапан 23 для сброса диэлектрической жидкости в окружающую среду. Полость электродвигателя связана с окружающей средой через фильтр 24 и уплотнения 25, установленные на цельной втулке 26 скольжения, полость слайдер-статор заполнена консистентной смазкой 27, а поверхность слайдера – твердой смазкой 28. Слайдер 15 жестко соединен с подвижной частью плунжерного насоса удлинителем 29 в виде металлического штока с проточками для перетекания перекачиваемой жидкости.
Кроме того, скважинная насосная установка содержит демпфер 30 верхней крайней точки хода слайдера, установленный под плунжерным насосом 2, и демпфер 31 нижней крайней точки хода слайдера, установленный между погружным линейным электродвигателем 10 и его основанием 32.
Скважинная насосная установка содержит также блок 33 телеметрии, установленный под основанием 32 и соединенный каналами малого сечения с полостью статора через гермовводы 34, в которые уложены провода датчиков 22 температуры, датчиков 35 давления масла внутри двигателя и провода нулевой точки 36 обмоток погружного линейного электродвигателя 10. Блок 33 телеметрии оснащен заправочным клапаном 37 и датчиками 38 температуры и давления пластовой жидкости 39, датчиком 40 вибрации, инклинометром 41 и блоком 42 измерения, который связан со всеми вышеуказанными датчиками и нулевой точкой обмоток погружного линейного двигателя 10. Питание погружного линейного двигателя 10 обеспечивается по кабельной линии (изолированному трехпроводному кабелю 43) от управляющего наземного блока 44 управления, который содержит блок управления блоком телеметрии, является инвертором и выпрямителем одновременно и содержит измерительный канал через выходной трансформатор 45, который обеспечивает повышение напряжения. Связь между блоком 33 телеметрии и управляющим наземным блоком управления осуществляется через нулевую точку 36 обмоток погружного линейного двигателя 10 и нулевую точку 46 вторичной обмотки выходного трансформатора. На управляющий наземный блок 44 управления подается трехфазное переменное напряжение.
Работает скважинная насосная установка следующим образом.
На управляющий наземный блок 44 управления подается переменное трехфазное напряжение. Управляющий наземный блок 44 управления преобразует питающий сигнал и посредством трансформатора 45 и кабельной линии 43 подает его на погружной линейный двигатель 10.
Под воздействием питающего сигнала в секционированных катушках 12 возникает ток, который создает бегущее магнитное поле. Под воздействием бегущего магнитного поля слайдер 15 совершает плавное возвратно-поступательное движение вверх и вниз на заданное перемещение. Слайдер 15 жестко соединен с плунжером насоса с помощью удлинителя 29, а статор 11 соединен жестко с корпусом 1 плунжерного насоса.
При ходе вниз нагнетательный клапан 3 открыт, а обратные клапаны 4 закрыты, и полость цилиндра 8 заполняется перекачиваемой жидкостью ввиду создаваемого разряжения. При ходе вверх нагнетательный клапан 3 закрыт, из-за усилия погружного линейного двигателя 10 возникает давление на жидкость в цилиндре 8 и происходит открытие обратных клапанов 4, объем набранной при ходе вниз жидкости выталкивается в колонну 47 насосно-компрессорных труб и далее транспортируется на поверхность по мере заполнения колонны.
Фильтр 7 плунжерного насоса может быть выполнен с разной степенью очистки перекачиваемой жидкости, повышает ресурс насоса при высоком содержании механических примесей.
Фильтр 24 погружного линейного электродвигателя также может быть выполнен с разной степенью очистки жидкости, которая поступает в полость погружного двигателя 10, предназначенную для компенсации разряжения/давления перекачиваемой жидкости, создаваемого при движении слайдера 15.
Забор в плунжерный насос 2 перекачиваемой жидкости происходит через зону гравитационного газосепаратора, образованного корпусом 1 и цилиндром 8.
Управляющий наземный блок 44 управления получает данные из блока 33 телеметрии значения параметров давления и температуры скважинного флюида, обеспечивая контроль притока перекачиваемой жидкости в скважине, изменяет режим работы погружного линейного электродвигателя 10, поддерживая заданный дебит.
Управляющий наземный блок 44 управления получает данные из блока 33 телеметрии значения параметров температуры погружного линейного двигателя 10 и температуры скважинного флюида, обеспечивая контроль температурного режима погружной части, изменяет режим работы погружного двигателя, поддерживая безопасный его температурный режим работы.
Управляющий наземный блок 44 управления определяет положение слайдера 15 и управляет работой погружного линейного электродвигателя 10 по циклограмме: рабочий ход вверх - номинальное потребление, ход вниз - минимальное потребление электроэнергии.
Управляющий наземный блок 44 управления получает данные из блока 33 телеметрии значения параметров давления и температуры скважинного флюида, обеспечивая контроль притока в скважине, изменяет режим работы погружного линейного электродвигателя 10, поддерживая заданное количество добываемой жидкости - дебит.
Управляющий наземный блок 44 управления измеряет ЭДС, генерируемую в обмотках статора погружного линейного электродвигателя 10 при движении слайдера 15, и определяет положение слайдера 15.
Погружной линейный электродвигатель 10 имеет повышенный ресурс работы за счет применения консистентной 27 и твердой 28 смазок, уплотнения 25.
Таким образом, в предложенной скважинной насосной установке достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении надежности и улучшении энергетических показателей, поскольку обеспечивается управление режимами работы в зависимости от условий добычи и формирование на этой основе экономичного плавного движения слайдера (в частности, рабочий ход вверх - номинальное потребление, ход вниз - минимальное потребление электроэнергии), что повышает надежность установки за счет уменьшения износа элементов установки, и повышение которой обеспечивается также введением демпфера верхней крайней точки хода слайдера и демпфера нижней крайней точки хода слайдера.

Claims (16)

  1. Скважинная насосная установка, содержащая погружную часть, включающую в себя расположенные в едином корпусе плунжерный насос, снабженный нагнетательными клапанами, гравитационным газосепаратором, над которым размещен блок обратных клапанов, который содержит присоединительную муфту для крепления скважинной насосной установки к колонне насосно-компрессорных труб, установленный под плунжерным насосом погружной линейный электродвигатель, включающий в себя неподвижную часть в виде статора с трехфазной обмоткой и установленными датчиками температуры и расположенную в расточке статора подвижную часть в виде слайдера, выполненного с возможностью возвратно-поступательного движения слайдера относительно статора, причем полость статора заполнена диэлектрической жидкостью, полость слайдера заполнена консистентной и твердой смазками, слайдер жестко соединен с удлинителем, отличающаяся тем, что содержит демпфер верхней крайней точки хода слайдера, установленный под плунжерным насосом с нагнетательными клапанами, демпфер нижней крайней точки хода слайдера, установленный в нижней части основания погружного линейного электродвигателя, управляющий наземный блок управления, установленный под погружным линейным электродвигателем блок телеметрии, включающий в себя датчики давления и температуры скважинной жидкости, датчик вибрации, инклинометр, блок измерения, связанный с датчиками температуры, установленными в линейном электродвигателе, и связанный с управляющим наземным блоком управления через нулевую точку обмоток погружного линейного электродвигателя, соединенных звездой, при этом управляющий наземный блок управления выполнен в виде трехфазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного трансформатора, соединенного с погружным линейным электродвигателем посредством изолированного трехпроводного кабеля.
  2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что расточка статора погружного линейного электродвигателя выполнена в виде цельной хонингованной по внутреннему диаметру направляющей немагнитной трубы, которая является частью плунжерного насоса и выполнена с возможностью обеспечения устойчивости слайдера погружного линейного электродвигателя и плунжера плунжерного насоса.
  3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гравитационный газосепаратор выполнен в корпусе плунжерного насоса.
  4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что управляющий наземный блок управления электрически связан с блоком телеметрии скважинной насосной установки через нулевую точку обмоток погружного линейного электродвигателя, изолированный трехпроводный кабель и нулевую точку вторичной обмотки выходного трансформатора.
  5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что демпферы верхней и нижней крайних точек хода слайдера являются частью конструкции погружного линейного электродвигателя и плунжерного насоса и выполнены с возможностью обеспечения защиты плунжера плунжерного насоса и слайдера погружного линейного электродвигателя.
  6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что управляющий наземный блок управления содержит измерительный канал для осуществления измерения противоЭДС, генерируемой в обмотках статора погружного линейного электродвигателя при движении слайдера, и определения положения слайдера и выполнен с возможностью осуществления реверса после достижения слайдером верхней и нижней крайних точек хода слайдера.
  7. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что часть слайдера, взаимодействующая с расточкой статора, представляет собой немагнитные втулки слайдера или концентраторы магнитного поля и выполнена в форме соответствующей составляющей из немагнитного материала меньшей твердости.
  8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что слайдер состоит из магнитов и концентраторов магнитного поля, закрепленных на немагнитной оси, выполненных с возможностью обеспечения концентрации и направленности магнитного потока.
  9. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трехфазная обмотка статора выполнена в виде секционированных катушек с двухрядной намоткой, а сердечники выполнены из шихтованного железа.
  10. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выход слайдера из статора в верхней и нижней части оснащен цельной втулкой скольжения, имеющей уплотнение.
  11. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что статор имеет полость гидрозащиты с диафрагмой для связи с окружающей средой.
  12. Установка по п. 11, отличающаяся тем, что полость статора выполнена герметичной, заполнена высокодиэлектрической жидкостью и имеет канал малого сечения, соединяющий внутреннюю полость статора с полостью блока телеметрии и полостью гидрозащиты, диафрагма которого связана с окружающей средой.
  13. Способ подъема жидкости из скважины посредством скважинной насосной установки по п. 1, включающий:
    установку погружной части насосной установки в ствол скважины, забор скважинного флюида из ствола скважины через нагнетательные клапана и через гравитационный газосепаратор посредством плунжерного насоса путем возвратно-поступательного перемещения плунжера, передаваемого слайдером погружного линейного электродвигателя через удлинитель, и выталкивание скважинного флюида через обратные клапана в колонну насосно-компрессорных труб;
    при этом посредством управляющего наземного блока управления осуществляют подачу трехфазного переменного питания на погружной линейный электродвигатель с образованием бегущего магнитного поля в статоре и обеспечением плавного возвратно-поступательного движения слайдера;
    при перемещении плунжера вверх осуществляют выталкивание скважинного флюида из середины цилиндра плунжерного насоса через обратный клапан в колонну насосно-компрессорных труб;
    а при перемещении плунжера вниз осуществляют забор скважинного флюида из ствола скважины через нагнетательный клапан, расположенный в верхней части насоса.
  14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что подачу трехфазного переменного питания на погружной линейный электродвигатель осуществляют через изолированный трехпроводный кабель.
  15. Способ оптимизации энергопотребления посредством скважинной насосной установки по п. 1, включающий этапы, на которых одновременно:
    передают данные со значениями параметров давления и температуры скважинного флюида на управляющий наземный блок управления и с его помощью на основе полученных данных обеспечивают контроль притока в скважине, изменяют режим работы погружного линейного электродвигателя, поддерживая заданный дебит;
    передают данные со значениями параметров температуры погружного линейного электродвигателя и температуры скважинного флюида и с его помощью на основе полученных данных обеспечивают контроль температурного режима погружной части, изменяют режим работы погружного линейного электродвигателя, поддерживая безопасный температурный режим;
    посредством управляющего наземного блока управления определяют положение слайдера и управляют работой погружного линейного электродвигателя по циклограмме: рабочий ход вверх - номинальное потребление электроэнергии, рабочий ход в низ - минимальное потребление электроэнергии.
  16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что для определения положения слайдера посредством управляющего наземного блока управления измеряют противоЭДС, генерируемую в обмотках статора погружного линейного электродвигателя при движении слайдера.
PCT/IB2016/055173 2016-07-29 2016-08-30 Скважинная насосная установка WO2018020301A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680004756.0A CN107923386B (zh) 2016-07-29 2016-08-30 油井钻井泵装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201608389 2016-07-29
UAA201608389A UA115401C2 (uk) 2016-07-29 2016-07-29 Свердловинна насосна установка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018020301A1 true WO2018020301A1 (ru) 2018-02-01

Family

ID=60118482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2016/055173 WO2018020301A1 (ru) 2016-07-29 2016-08-30 Скважинная насосная установка

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN107923386B (ru)
UA (1) UA115401C2 (ru)
WO (1) WO2018020301A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006029570A1 (fr) * 2004-09-17 2006-03-23 Chunguo Feng Pompe a petrole submersible a mouvement reciproque et a commande numerique
RU2521530C2 (ru) * 2012-08-14 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые космические технологии" Насосная установка
US20150322770A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Baker Hughes Incorporated Metal Bellows Equalizer Capacity Monitoring System

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2883730Y (zh) * 2005-08-19 2007-03-28 西南石油学院 新型直线电机采油泵
CN200943574Y (zh) * 2006-08-10 2007-09-05 纪雪冬 大功率潜油直线永磁步进电机柱塞泵
CN201250771Y (zh) * 2008-08-29 2009-06-03 王英浩 直线电机驱动分体双作用潜油抽油泵采油装置
RU2577671C1 (ru) * 2015-04-30 2016-03-20 Юрий Федорович Богачук Погружной насосный агрегат

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006029570A1 (fr) * 2004-09-17 2006-03-23 Chunguo Feng Pompe a petrole submersible a mouvement reciproque et a commande numerique
RU2521530C2 (ru) * 2012-08-14 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нефтегазовые космические технологии" Насосная установка
US20150322770A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Baker Hughes Incorporated Metal Bellows Equalizer Capacity Monitoring System

Also Published As

Publication number Publication date
CN107923386A (zh) 2018-04-17
UA115401C2 (uk) 2017-10-25
CN107923386B (zh) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2615775C1 (ru) Скважинная насосная установка
RU2549381C1 (ru) Погружной линейный электродвигатель
RU2677773C2 (ru) Погружная насосная установка с линейным электродвигателем, насосом двойного действия и способ её эксплуатации
EP3427368B1 (en) Esp motor with sealed stator windings
RU2667551C2 (ru) Поршневой скважинный насос с приводом от забойного двигателя
CA2912115C (en) Oil-submersible linear motor oil extraction system
RU2669019C1 (ru) Ступень погружного винтового скважинного нефтяного насоса с погружным приводом
RU2010118562A (ru) Способ, устройство и магнит для магнитной обработки текучих сред
RU179850U1 (ru) Погружной линейный электродвигатель
US10702844B2 (en) Linear permanent magnet motor driven downhole plunger pumping unit
CN103427564A (zh) 潜油直线电机液位测控装置
RU145258U1 (ru) Погружной линейный электродвигатель
RU2669418C1 (ru) Погружная бесштанговая насосная установка
RU2577671C1 (ru) Погружной насосный агрегат
WO2018020301A1 (ru) Скважинная насосная установка
RU182645U1 (ru) Модульная погружная насосная установка
RU185350U1 (ru) Погружной линейный электродвигатель
CN211500606U (zh) 一种海上低产稠油井的举升-降粘-防砂一体化管柱
RU2521534C2 (ru) Погружной электронасос
RU2701653C1 (ru) Погружная бесштанговая насосная установка
RU2801629C1 (ru) Установка плунжерная с линейным двигателем (варианты)
CN203978788U (zh) 新型潜油直线抽油机系统
CN208416890U (zh) 一种机油腔压力平衡的潜油直线电机带动的往复抽油装置
RU2783938C1 (ru) Установка плунжерная с линейным двигателем
WO2021247047A1 (en) Downhole linear pump system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16910432

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16910432

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1