Способ запуска в работу заклинившего солеотложением электроцентробежного погружного насоса в скважине и переносной прибор для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК E21B47/08 H02P1/26 

Изобретение относится к добыче нефти в скважине, эксплуатируемой электроцентробежным погружным насосом, а именно к способам и устройствам для воздействия на насосное оборудование с целью разрушения солеотложений на его рабочих органах и запуска в работу очищенного от солеотложений электроцентробежного погружного насоса в скважине.

Известны установки для подачи химреагентов в скважину (см. патент Р.Ф. №2142553, МПК Е21В 37/06, опубл. в 1995 г. и патент Р.Ф. №2231628, МПК 7 Е21В 37/06, опубл. в 2004 г.), содержащие контейнер для химреагента - ингибитор солеотложения, дозатор в виде плунжерного насоса с линией закачивания химреагента в скважину.

Известные устройства предусматривают лишь подачу химреагентов в зону погружного насосного оборудования, тогда как наибольший эффект может быть при смешении их с продукцией скважины, а принудительное смешение при этом не предусмотрено, поскольку при насыщении пластовой воды солями в составе нефтяной эмульсии неизбежно выпадение солей как в объеме, так и на поверхности рабочих органов насосного оборудования. Кроме того, в них отсутствует средство контроля текущего и суммарного расхода химреагентов, что приводит к подаче недостаточного или избыточного количества химреагентов в скважину. При недостаточной подаче химреагентов снижается эффективность удаления солеотложений, или асфальстосмолопарафинистых отложений, продуктов коррозии, деэмульгации нефти. Причем такие химические растворы преимущественно содержат кислоту, приводящую к коррозии рабочие поверхности скважинного насосного оборудования.

Известно устройство для предупреждения солеотложения в насосах (см. патент Р.Ф. на полезную модель №93115, МПК Е21В 37/06, опубл. 20.04.2010 г. Бюл. №11). Оно содержит смеситель-трубопровод для подачи ингибитора солеотложения с калиброванными отверстиями для равномерной подачи пресной воды, а смеситель выполнен в виде винтовых лопастей.

Известное устройство частично устраняет недостатки вышеприведенных аналогов, однако и оно не лишено недостатков. Так, оно сложно в изготовлении, и полностью не решает проблему солеотложений на поверхности рабочих органов насосного оборудования.

Известен магнитный активатор модульный (см. патент Р.Ф. на полезную модель №150445, МПК Е21В 37/00, опубл. 20.02.2015 г. Бюл. №5), содержащий цилиндрический корпус на осевых опорах, магнитную систему, выполненную в виде цилиндра из диамагнитного материала с гидравлическим каналом с прямоугольными постоянными магнитами, вал из неферромагнитного материала, шнек, сориентированный относительно корпуса при помощи подшипников скольжения.

Принцип действия магнитного активатора основан на взаимодействии направленной системы магнитных полей с потоком скважинной жидкости, проходящем в рабочем зазоре между цилиндрами магнитной системы и зажимной гильзой. При этом на молекулярном уровне взаимодействия в пластовой жидкости происходит разрушение центров кристаллизации, тем самым, по мнению авторов, предотвращается отложение солей на рабочих поверхностях насосного оборудования.

Действие магнитных активаторов на эффективность солеотложений до сих пор мало изучено, как в теоретическом плане, так и в результате практического применения. Использование указанного магнитного активатора не учитывает пластовую температуру и степень насыщенности водной системы солями. Поэтому об эффективности снижения солеотложений на поверхности погружного насосного оборудования можно будет судить только после проведения широких промысловых испытаний и исследований и получения положительных результатов. Отложение солей происходит при всех способах эксплуатации скважин. Отрицательные последствия от солеотложений возникают при добыче нефти штанговыми глубинными насосами (ШГН) и установками электропогружных центробежных насосов (ЭЦН). Кристаллические образования неорганических солей на рабочих органах глубинных насосов приводят к повышенному износу, заклиниванию и слому вала погружного центробежного насоса, заклиниванию плунжеров ШГН и т.п.

Общим недостатком вышеприведенных аналогов является то, что ни один из них при использовании не предотвращает солеотложений в полной мере на поверхности рабочих органов погружного оборудования и запуск в работу заклинившего электроцентробежного погружного насоса в скважине.

Известна также стационарно устанавливаемая на устье скважины станция управления (СУ) электроцентробежным погружным насосом (УЭПН), подключаемым к трансформатору трехфазному маслонаполненному для погружных насосов (ТМПН), который также стационарно устанавливается на устье скважины. При этом СУ снабжена системой для передачи информации на диспетчерский пульт, измерительными приборами, силовым автоматом, контроллером с гнездами для подключения частотного преобразователя, устройством для плавного пуска УЭПН, системами управления и защиты.

В качестве такой станции управления можно указать СУ по патенту на полезную модель РФ №86802, опубл. 10.09.2009 г., Бюл. №25, или СУ серии ШГС 5805, или СУ типа «Электон» по патенту на полезную модель РФ №20537, опубл. 10.11.2001 г. снабженная частотным преобразователем. Сущность работы частотного преобразователя заключается в периодическом изменении направления вращения УЭПН или ускорения вращения на короткое время. Его применение частично может снижать интенсивность процесса солеотложения, следовательно, и привести частично к увеличению межремонтного периода насосного оборудования. Однако, и он не решает главную проблему - запустить в работу заклинивший электроцентробежный погружной насос в скважине из-за солеотложений.

Технической задачей предложения является разработка способа и прибора для его осуществления по запуску в работу заклинившего солеотложением электроцентробежного погружного насоса в скважине.

Поставленная техническая задача решается способом запуска в работу заклинившего солеотложением электроцентробежного погружного насоса (УЭПН) в скважине, характеризующимся в интенсивной вибрации вала погружного электрического двигателя (ПЭД) насоса в коротком промежутке времени путем периодического изменения чередования фаз в 3-х фазной электрической цепи ПЭД с помощью диодов, подключаемых одними концами к двум фазам ПЭД, а другими двумя концами - к трансформатору погружного насоса (ТМПН), после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего, с последующей кратковременной подачей электрического тока к ПЭД длительностью 3-5 сек.

Прибор для осуществления способа включает смонтированные на плате диоды, снабженные соединительными элементами на концах для подключения через них одними концами к двум фазам трехфазного соединения электрической цепи, идущей к погружному ПЭД, а другими концами к трансформатору погружного насоса ТМПН, после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего.

Патентные исследования с целью определения технического уровня и предварительной проверки на новизну проводились ретроспективностью 20 лет.

Как показал анализ известных технических решений в данной области техники, предлагаемое к защите патентом техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в обнаруженных аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков обеспечивают получение нового, высокого технического результата. Следовательно, можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и, по нашему мнению, критерию «изобретательский уровень».

Приведенные рисунки поясняют суть предлагаемого изобретения, где на фиг. 1 изображена схема электрического соединения ПЭД трехфазной цепи (без использования прибора), со стационарно установленным на устье скважины трансформатором ТМПН, который в свою очередь соединен также со стационарно установленной на устье скважины СУ, которая может быть укомплектована устройством плавного пуска или преобразователем частоты или без них, когда солеотложение не достигло критического уровня и аварийная ситуация не наступила, насос продолжает работать в обычном режиме.

На фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, схема соединения прибора.для осуществления способа, при котором диоды одними, концами соединены к двум фазам трехфазного соединения электрической цепи ПЭД, а другими - к трансформатору ТМПН, после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего, и когда СУ не содержит в своем составе устройства плавного пуска или преобразователя частоты.

На фиг. 3 - то же, что на фиг. 2, когда стационарная СУ содержит устройства плавного пуска или преобразователя частоты, при котором к ТМПН дополнительно подключена переносная СУ, которая прямо подключена к силовому автомату стационарной СУ, минуя системы управления, защиты, устройства плавного пуска или преобразователя частоты стационарной СУ.

На фиг. 4 - то же, что на фиг. 3, где видна схема соединения элементов переносной СУ, включающая трансформатор тока, контактор, прибор для контроля изоляции, кабель обвязки, кнопку «Пуск» и кнопку сигнальной лампы.

Переносной прибор 1 для осуществления способа включает диоды 2 и 3 (см. фиг. 2, 3 и 4), смонтированные на плате и снабженные соединительными элементами для подключения их к двум фазам 4 и 5 трехфазного соединения электрической цепи идущей к ПЭД 6, а другими концами к стационарному маслонаполненному трансформатору 7 ТМПН погружного насоса (насос на фиг. не изображен).

Стационарно устанавливаемые на устье скважины СУ 8 (см. фиг. 1, 3) обычно содержат силовой автомат, систему для передачи информации на диспетчерский пульт, измерительные приборы, контроллер с гнездами для подключения частотного преобразователя, устройство для плавного пуска УЭПН, систему управления и защиты УЭПН с погружным ПЭД. Перечисленные элементы СУ 8 и схемы соединения этих элементов на фиг. не изображены.

Есть скважины со стационарной СУ, которые не содержат устройства плавного пуска и преобразователь частоты.

В случае, когда устье скважины снабжено аналогичной СУ 8, что было описано выше, во избежание отладки ее работы необходимо использовать переносную СУ 9 (см. фиг. 3 и 4), один из вариантов которой приведен на фиг. 4, содержащую трансформатор тока 10, прибор контроля изоляции 11, амперметр 12, контактор 13, кнопку 14 «Пуск», кабель 15 обвязки, кнопку 16 сигнальной лампы 17. Переносную СУ 9, вмонтированную в корпусе в виде коробки, необходимо подключать к клеммам силового автомата стационарной СУ 8 (силовой автомат на фиг. не изображен), минуя ее системы управления, защиты, устройства плавного пуска или преобразователя частоты (схему ее соединения см. на фиг. 3 и 4). В случае, когда стационарная СУ 18 (см. фиг. 2) не содержит устройства плавного пуска или преобразователя частоты, тогда электроэнергия к ПЭД 6 может быть подана напрямую из стационарной СУ 18 через ТМПН 7 и подключенные диоды 2 и 3 без подключения в сеть переносной СУ 9.

Прибор работает следующим образом.

При аварийной ситуации в нефтедобывающей скважине, оборудованной УЭПН, когда ПЭД 6 из-за чрезмерного солеотложения остановился, стационарная СУ 18 (см. фиг. 2), которая не содержит устройства плавного пуска и частотного преобразователя, отдает команду на прекращение подачи к нему электроэнергии и одновременно подает сигнал в диспетчерский пульт об аварии.

Для запуска ПЭД 6 в работу с использованием прибора 1 поступают следующим образом.

Сначала с помощью рубильника СУ 18 отключают электроэнергию в трехфазной электрической цепи, затем отсоединяют с клемм трансформатора ТМПН 7 фазы 4 и 5, идущие из ПЭД 6, к которым подключают диоды 2 и 3, а к освободившемся клеммам этого трансформатора подключают другие концы диодов, как это изображено на фиг.2, при этом электроэнергию можно подать через СУ 18 напрямую. После окончания монтажных работ к ПЭД 6 с помощью рубильника на короткое время подают электрический ток, продолжительностью 3-5 сек. При этом благодаря подключенным диодам 2 и 3 в фазах 4 и 5 ПЭД 6 происходит периодическое чередование фаз, вызывая в свою очередь изменение направления вращения магнитного поля, что приводит к сильной вибрации вала ПЭД и рабочих органов насоса, в результате чего происходит отслаивание и осыпание солей, отложившихся на них, тем самым приводя их в рабочее состояние. При этом подачу электроэнергии на короткое время и отключение, как было отмечено выше, можно повторить несколько раз, обычно через 2 или 3 раза повтора насосная установка запускается в работу без ущерба работоспособности насосного оборудования. Затем отсоединяют прибор от двух фаз 4 и 5 ПЭД 6 и трансформатора ТМПН 7, подключают снова две указанные фазы к ТМПН 7, как это изображено на фиг.1, и далее установку УЭПН, освободившуюся от солеотложений, снова запускают в работу подачей электрического тока к ПЭД 6 (см фиг. 1).

Для исключения отладки работы СУ 8 (см. фиг. 3), когда она снабжена устройством плавного пуска и преобразователем частоты, прибегают к использованию переносной СУ 9 (см. фиг. 3 и 4). После соединения диодов 2 и 3 к двум фазам 4 и 5 ПЭД 6 и к трансформатору ТМПН 7, как это было описано выше, и подключения переносной СУ 9 (см. фиг. 1 и 3), к трехфазной электрической цепи ТМПН 7 и к силовому автомату стационарной СУ 8, минуя ее системы управления, защиты и устройства плавного пуска или преобразователя частоты. Затем с помощью силового автомата подают электроэнергию (силовой автомат на фиг. не изображен), и далее нажатием на кнопку «Пуск» 14 переносной СУ 9, подают кратковременный электрический ток к ПЭД 6, продолжительностью 3-5 сек., аналогично, как это было описано выше, когда СУ 18 не требовала использования переносной СУ 9.

Использование прибора не исключает промывку скважины ингибитором солеотложения в зависимости от вида соли. Прибор испытывался в промысловых условиях в НГДУ «Джалильнефть», результаты положительные. Так, на дату подачи заявки, более ста установок с электроцентробежными насосами были запущены в работу с использованием этого прибора.

Технико-экономическое преимущество предложения складывается из следующего. Использование прибора позволяет оперативно запустить в работу заклинивший солеотложением электроцентробежный погружной насос в скважине, что позволяет уменьшить недобор нефти, сократить количество подземных ремонтов скважин по причине солеотложений, увеличить межремонтный период, уменьшить затраты на ремонт, демонтаж и монтаж новых установок, что обеспечивает в совокупности получение ощутимой экономической выгоды.

К сведению экспертизы Поскольку из уровня техники не выявлен наиболее близкий аналог, удовлетворяющий условию п. 3.3.24.2 - Правил, авторы, руководствуясь п. 3.3.2.3 - Правил, формулу предложенного изобретения охарактеризовали без разделения ее на ограничительную и отличительную части с введением после родового понятия слова «характеризующийся» и вместо слова отличающийся - «включает».

Группа изобретений относится к добыче нефти в скважине, эксплуатируемой электроцентробежным погружным насосом, а именно к способам и устройствам для воздействия на насосное оборудование с целью разрушения солеотложений на его рабочих органах и запуска в работу очищенного от солеотложений электроцентробежного погружного насоса в скважине. Способ запуска в работу заклинившего солеотложением электроцентробежного погружного насоса (УЭПН) в скважине характеризуется интенсивной вибрацией вала погружного электрического двигателя (ПЭД) насоса в коротком промежутке времени путем периодического изменения чередования фаз в 3-фазной электрической цепи ПЭД с помощью диодов, подключаемых одними концами к двум фазам ПЭД, а другими двумя концами - к трансформатору погружного насоса (ТМПН), после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего, с последующей кратковременной подачей электрического тока к ПЭД длительностью 3-5 с. Прибор для осуществления указанного способа включает смонтированные на плате диоды, снабженные соединительными элементами на концах для подключения через них одними концами к двум фазам трехфазного соединения электрической цепи, идущей к погружному ПЭД, а другими концами - к ТМПН, после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего. Обеспечивает оперативный запуск в работу заклинившего солеотложением УЭПН в скважине, что позволит уменьшить недобор нефти, сократить количество подземных ремонтов скважин по причине солеотложений, увеличить межремонтный период, уменьшить затраты на ремонт, демонтаж и монтаж новых установок. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ запуска в работу заклинившего солеотложением электроцентробежного погружного насоса (УЭПН) в скважине, характеризующийся интенсивной вибрацией вала погружного электрического двигателя (ПЭД) насоса в коротком промежутке времени путем периодического изменения чередования фаз в 3-фазной электрической цепи ПЭД с помощью диодов, подключаемых одними концами к двум фазам ПЭД, а другими двумя концами - к трансформатору погружного насоса (ТМПН), после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего, с последующей кратковременной подачей электрического тока к ПЭД длительностью 3-5 с.

2. Прибор для осуществления способа по п. 1, включающий смонтированные на плате диоды, снабженные соединительными элементами на концах для подключения через них одними концами к двум фазам трехфазного соединения электрической цепи, идущей к погружному ПЭД, а другими концами - к трансформатору погружного насоса (ТМПН), после предварительного отсоединения электрической цепи двух фаз электрической цепи ПЭД от последнего.