Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса Российский патент 2022 года по МПК F04D15/02 F04D13/10 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) в условиях эксплуатации малодебитных скважин. Предназначено для обеспечения бесперебойной эксплуатации малодебитных скважин автоматизированным способом.

Известен способ эксплуатации малодебитной скважины (RU патент №2592590, 27.07.2016), реализуемый устройством, которое состоит из насосно-компрессорных труб (НКТ), оборудованных клапаном, расположенным над глубинным насосом выше динамического уровня жидкости, параллельно оси насосно-компрессорных труб, выполненным в форме цилиндрической клапанной коробки и запорного органа для создания гидравлического канала между полостью НКТ и затрубным пространством. Причем верхнюю часть упомянутой коробки гидравлически сообщают с насосно-компрессорными трубами, а нижнюю - с затрубным пространством.

Недостатком данного устройства является недостаточная надежность вследствие того, что отсутствует возможность регулирования работы устройства.

Известна насосная установка для автоматического управления работой малодебитных нефтяных скважин (RU патент №2166670, 10.05.2001), которые эксплуатируются в режиме периодической откачки жидкости, в которой система управления оборудования соединена с пускоостановочной аппаратурой и размещена в затрубном пространстве. Система управления выполнена в виде одножильного бронированного кабеля с токопроводящей жилой, которая снабжена двумя поплавками - выключателями с возможностью установки на верхнем и нижнем динамических уровнях пластовой жидкости. Верхний выключатель снабжен электромагнитной катушкой с сердечником, а бронированный кабель соединен с системой управления насосной установки. С помощью поплавковой системы управления периодической откачки жидкости возможно контролировать включение и выключение насосной установки путем достижения соответственно верхнего и нижнего динамических уровней жидкости.

Недостатком данного устройства является невозможность регулировать работу скважины и обеспечивать ее непрерывность за счет применения ключа, как способа отключения насоса, а также установка отдельной от колонны системы управления.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности УЭЦН и обеспечение непрерывности его работы.

Техническим результатом применения предлагаемого устройства является непрерывность его работы за счет автоматизации процесса пуска/остановки перелива жидкости, повышение точности работы путем установки поплавка, позволяющего определять уровень нефтепродукта, при этом снижая риск срабатывания датчика на давление газа в затрубном пространстве.

Поставленная задача решается тем, что устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса включает автоматическую систему управления и систему определения динамического уровня, согласно изобретению, оно снабжено механизмом перепуска жидкости, а автоматическая система управления выполнена в виде устройства подачи команд. Механизм перепуска жидкости состоит из эксцентрового корпуса с отверстием и крестообразной перегородки, при подъеме перегородки создается гидравлический канал, сообщающий полости НКТ и затрубного пространства, причем в нижней части перегородки установлен закрепленный к ней магнит, а в верхней части упомянутой перегородки две возвратные пружины и стопор. По периметру перегородки расположены шесть вертикальных рядов шариков, под шторкой расположена катушка индуктивности с постоянным магнитом, упомянутый корпус находится между двумя последовательно соединенными насосно-компрессорными трубами, выше динамического уровня, в нескольких метрах от устья скважины. Отверстие на корпусе механизма перепуска жидкости перпендикулярно оси колонны НКТ, таким образом, что при положении перегородки в верхнем (открытом) положении происходит сообщение внутренней полости НКТ и затрубного пространства, а при максимальном нижнем положении (положении закрытия), перегородка закрывает отверстия на корпусе, перекрывая перепуск жидкости. Устройство измерения давления представляет собой поплавок, контактирующий непосредственно с жидкостью в скважине, через специальный канал. Нижняя часть поплавка присоединена к реостату, расположенному в отдельной, заизолированной камере. При увеличении динамического уровня происходит падение поплавка и, соответственно, изменение сопротивления реостата, что определяется автоматической системой управления. Упомянутое устройство установлено в специальном, эксцентриковом корпусе между двумя последовательно соединенными НКТ, под механизмом перепуска жидкости, ниже динамического уровня, в полости самого корпуса, причем одно устройство установлено на отметке верхнего динамического уровня, а второе - нижнего, что позволяет контролировать сам динамический уровень и работу механизма перепуска. Автоматическая система управления включает в себя системную плату с процессором, который подключен к системе определения динамического уровня, и распределитель тока, который подключен к катушке механизма перепуска жидкости. От попадания добываемой жидкости на плату, вышеупомянутый корпус защищен крышкой с уплотненными выходами для проводов, упомянутая автоматическая система управления находится в специальном корпусе, закрепленном между двумя последовательно соединенными НКТ, ниже механизма перепуска жидкости.

На фиг. 1 представлена схема устройства в скважине, на фиг. 2 - вид сверху, на фиг. 3 - фронтальный вид устройства измерения давления, на фиг. 4 - вид сверху устройства подачи команд, на фиг. 5 - разрез А, на фиг. 6 - фронтальный вид механизма перепуска жидкости, на фиг. 7 - разрез Б.

Устройство (фиг. 1) устанавливается между НКТ 1, над насосом 2 и включает в себя устройство 3 и 4 измерения давления, устройство 5 подачи команд и механизм 6 перепуска жидкости. Устройства 3, 4, 5 и механизм 6 соединены между собой и трансформатором 7 через кабель 8. Причем, устройство 3 и 4 измерения давления устанавливается таким обзором, что устройство 3 находится на нижней отметке динамического уровня 9, а устройство 4 - на верхней отметке 10 газожидкостной смеси 11, а устройство 5 подачи команд и механизм 6 перепуска жидкости должен находиться выше, в затрубном пространстве 12.

Устройства 3 и 4 измерения давления (фиг. 2, 3) идентичны по конструкции, представляют собой эксцентриковый корпус 13 с выемкой 14. На корпусе 13, со смещенным проходным каналом, выполнены внутренняя и наружная резьба в верхней и нижней части соответственно (не показано) для установки устройства между двумя последовательно соединенными НКТ. Выемка 14 разделена на 2 камеры: 15 и 16, верхней и нижней соответственно. Камеры 15 и 16 разделены перемычкой 17 с сальниковым уплотнением 18. В выемке 14 находится поплавок 19 на штоке 20, в камере 15. В нижней части штока 20, в камере 16, находится контактная пластина 21, замкнутая на токопроводящих пластинах 22. К пластинам 21 и 22 подведены провода 23. Вся система смонтирована таким образом, что движения поплавка передаются на электрическую систему 22-23, при этом камеры 15 и 16 гидравлически заизолированы между собой. На корпусе 13 имеется отверстие 24 для попадания флюида в камеру 15.

Устройство 5 подачи команд (фиг. 4-5) представляет собой эксцентриковый корпус 25, со смещенным проходным каналом, с выемкой 26. На корпусе 25 выполнены внутренняя и наружная резьба в верхней и нижней части соответственно (не показано) для установки устройства между двумя последовательно соединенными НКТ. В выемке 26, в специальном пазу, закреплена системная плата 27, на которой монтируются процессор 28, распределитель 29 тока. В корпусе 25 имеется вывод кабеля 30 обратной связи для взаимодействия с устройствами 3-5, механизмом 6 и питанием.

Механизм 6 перепуска жидкости (фиг. 6-7) представляет собой эксцентриковый корпус 31, со смещенным проходным каналом, с выемкой 32 и вставками 33 и 34, верхней и нижней соответственно. Во вставке 34, в специальном пазу, установлена металлическая крестообразная перегородка 35, перекрывающая канал 36 для сообщения внутренней полости НКТ с затрубным пространством, в закрытом положении. В нижней части перегородки 35 установлен постоянный магнит 37, а во вставке 33 установлена катушка 38 индуктивности, с возможностью подведения проводов 39 через отверстия с уплотнителями 40. В верхней части вставки 33, над перегородкой 35 установлены возвратные пружины 41 и ограничитель 42 хода. По периметру перегородки 35 установлены несколько рядов шариков 43, зафиксированных в специальном вырезе для уменьшения трения и фиксации перегородки 35. Катушка 38 индуктивности заизолирована герметиком. Вставки крепятся к корпусу винтами.

Устройство работает следующим образом.

При попадании жидкости в камеру 15 в устройствах 3 и 4 измерения давления происходит всплытие поплавка 19, и соответственно, перемещение контактной пластины 21 относительно токопроводящих пластин 22 за счет штока 20. При падении уровня жидкости поплавок падает до перемычки 17, что также приводит к перемещению контактной пластины 21 относительно токопроводящих пластин 22. За счет этого происходит изменение сопротивления электрической цепи 21-23, что фиксируется устройством 5 подачи команд. Ток через кабель 8 поступает в устройство 5 подачи команд, на системную плату 27, далее на процессор 28, в котором происходит его обработка, определение динамического уровня, и при определенном диапазоне полученных значений сигнал поступает на распределитель 29 тока, который подключен к трансформатору 7. Причем устройство 3 измерения давления способно постоянно определять динамический уровень в реальном времени, в том числе и когда динамический уровень опускается ниже уровня датчика. Системная плата 27 подает ток на механизм 6 перепуска жидкости. Причем перепуск жидкости происходит от момента срабатывания устройства 3 (падение поплавка) до момента срабатывания устройства 4 (всплытие поплавка), согласно алгоритму.

Принцип действия механизма 6 перепуска жидкости основан на электромагнитном взаимодействии катушки 38 индуктивности и магните 37. В случае, когда на механизм подается напряжение, через катушку 38 индуктивности протекает постоянный ток. Возникает магнитное поле, линии которого проходят от южного полюса к северному. Магнит 37, который расположен на нижней части перегородки 35, обращен к катушке 38 индуктивности северным полюсом. Вследствие того, что одноименные полюса взаимодействуют друг с другом, магнит 37 приходит в движение, отталкиваясь его от катушки 38 индуктивности. Магнит 37 с перегородкой 35, передвигаясь вдоль ленты подшипниковых шариков 43, прижимают пружины 41 до ограничителя 42 хода. В результате этого перегородка 35 открывает канал 36. Образуется гидравлический канал и происходит перепуск части нефтепродукта в затрубное пространство 12 посредством излива. Тем самым обеспечивается достаточный динамический уровень для сохранения нормальной работы насоса. В случае, когда на механизм напряжение не подается, пружины 41 разжимаются. Механизм 6 возвращается в исходное положение, перекрывая канал 36 перегородкой 35. Установка работает в штатном режиме.

Использование данного изобретения повысит надежность УЭЦН и обеспечит непрерывность его работы за счет автоматизации процесса пуска/остановки перелива жидкости, повышение точности работы путем установки поплавка, позволяющего определять уровень нефтепродукта, при этом снижая риск срабатывания датчика на давление газа в затрубном пространстве. Также применение эксцентрикового корпуса позволит уменьшить габаритные размеры, и снизить риски ударов выпирающих элементов о стенки обсадной колонны, что приводит к поломке всей колонны.

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса (УЭЦН) в условиях эксплуатации малодебитных скважин.

Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса снабжено механизмом перепуска жидкости и включает автоматическую систему управления, выполненную в виде устройства подачи команд, и систему определения динамического уровня. Система определения динамического уровня выполнена в виде устройств измерения давления, представляющих собой поплавок, контактирующий через специальный канал непосредственно с жидкостью в скважине. Нижняя часть поплавка присоединена к реостату, расположенному в отдельной, заизолированной камере. Устройства установлены в двух местах, одно - на верхней, другое - на нижней границе динамического уровня. Каждое из упомянутых устройств находится в специальном эксцентриковом корпусе.

Техническим результатом является непрерывность его работы за счет автоматизации процесса пуска/остановки перелива жидкости, повышение точности работы путем установки поплавка, позволяющего определять уровень нефтепродукта, при этом снижая риск срабатывания датчика на давление газа в затрубном пространстве. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса, снабженное механизмом перепуска жидкости, включающее автоматическую систему управления, выполненную в виде устройства подачи команд, и систему определения динамического уровня, отличающееся тем, что система определения динамического уровня выполнена в виде устройств измерения давления, представляющих собой поплавок, контактирующий через специальный канал непосредственно с жидкостью в скважине; при этом нижняя часть поплавка присоединена к реостату, расположенному в отдельной, заизолированной камере, причем устройства установлены в двух местах, одно - на верхней, другое - на нижней границе динамического уровня, причем каждое из упомянутых устройств находится в специальном эксцентриковом корпусе.

2. Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса по п.1, отличающееся тем, что механизм перепуска жидкости состоит из специального эксцентрикового корпуса с отверстием и крестообразной перегородки, причем в нижней части перегородки установлен закрепленный к ней магнит, а в верхней части упомянутой перегородки - две возвратные пружины и стопор, по периметру перегородки расположены шесть вертикальных рядов шариков, под перегородкой расположена катушка индуктивности с постоянным магнитом, упомянутый корпус находится между двумя последовательно соединёнными насосно-компрессорными трубами, выше динамического уровня, в районе устья скважины.

3. Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса по п.2, отличающееся тем, что отверстие на корпусе механизма перепуска жидкости перпендикулярно оси колонны НКТ, таким образом, что при верхнем - открытом положении перегородки происходит сообщение внутренней полости НКТ и затрубного пространства,а при максимальном нижнем - закрытом положении, перегородка перекрывает отверстия на корпусе, перекрывая перепуск жидкости.

4. Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса по п.1, отличающееся тем, что устройство подачи команд включает в себя системную плату с процессором, который подключен к системе определения динамического уровня, и распределитель тока, который подключен к катушке механизма перепуска жидкости, вышеупомянутый корпус защищен крышкой с уплотненными выходами для проводов, упомянутая автоматическая система управления находится в специальном эксцентриковом корпусе, закрепленном между двумя последовательно соединёнными НКТ, ниже механизма перепуска жидкости, выше система определения динамического уровня.