Способ эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: пускают с частотным регулированием электродвигатели насосных агрегатов с последующим питанием их непосредственно от промысловой электросети при стабилизации номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважин. Контролируют параметры состояния каждой скважины и ее насосного агрегата с выявлением скважин, не обеспечивающих указанный номинальный режим. Затем формируют сигналы управления для восстановления номинального режима за счет изменения параметров работы соответствующих насосных агрегатов. При выявленнии скважин, не обеспечивающих номинальный режим работы при исправном состоянии их насосных агрегатов, автоматически определяют оптимальную последовательность воздействия сигналами управления и осуществляют ее без останова агрегатов за счет индивидуального регулирования числа оборотов каждого из последних при поочередном подключении их электродвигателей к общему для данной группы скважины преобразователю частоты напряжения с последующим возобновлением питания непосредственно от промысловой электросети в случае восстановления номинального режима. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области управления и регулирования насосных систем преимущественно для нефтегазовых промыслов, а также в горнодобывающей промышленности и сельском хозяйстве при подъеме воды из шахт, скважин, карьеров.

Известен способ эксплуатации центробежных насосных агрегатов, включающий пуск электродвигателей насосных агрегатов и контроль параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, а также устройство для осуществления этого способа, содержащее установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, а также коммутирующие устройства [1] Недостатками данных способа и устройства являются невозможность автоматического восстановления номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважины и сложность конструкции устройства, обусловленная большим количеством регулирующих устройств с ручным управлением.

Известен также наиболее близкий к заявленному способу эксплуатации погружных центробежных насосов в группе скважин преимущественно для нефтегазовых промыслов, включающий пуск с частотным регулированием электродвигателей наcоcных агрегатов c последующим питанием их непосредственно от промысловой электросети при стабилизации номинального режима работы отбора перекачиваемой среды из скважин и контроль параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата с выявлением скважин, не обеспечивающих указанный номинальный режим, и с последующим формированием сигналов управления для восстановления номинального режима за счет изменения параметров работы соответствующих насосных агрегатов, а также устройство для реализации этого способа, содержащее установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, преобразователь частоты напряжения, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, подключенные к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, а также коммутирующие устройства для связи кабелей питания электродвигателей с промысловой электросетью и преобразователем частоты напряжения [2] Недостатками этих способа и устройства являются узость диапазона управления режимами работы скважин, увеличенное время восстановления номинального режима работы скважин, большие потери энергии в процессе эксплуатации и восстановления режима отбора перекачиваемой среды из скважин, недостаточная надежность при поочередном контроле параметров среды в скважинах.

Технической задачей изобретения является создание способа эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин и устройства для его осуществления, которые позволяют расширить диапазон автоматического управления режимами работы скважин, сократить время восстановления номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважин, уменьшить потери энергии в процессе эксплуатации и восстановления режима отбора из скважины, повысить надежность при поочередном контроле параметров перекачиваемой среды в скважинах.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу эксплуатации погружных центробежных агрегатов преимущественно для нефтегазовых промыслов, включающему пуск с частотным регулированием электродвигателей насосных агрегатов с последующим питанием их непосредственно от промысловой электросети при стабилизации номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважин и контроль параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата с выявлением скважин, не обеспечивающих указанный номинальный режим, и с последующим формированием сигналов управления для восстановления номинального режима за счет изменения параметров работы соответствующих насосных агрегатов, при выявлении скважин, не обеспечивающих номинальный режим при исправном состоянии их насосных агрегатов, автоматически определяют оптимальную последовательность воздействия сигналами управления и осуществляют ее без останова насосных агрегатов за счет индивидуального регулирования числа оборотов каждого из последних при поочередном подключении их электродвигателей к общему для данной группы скважин преобразователю частоты напряжения с последующим возобновлением питания непосредственно от промысловой электросети в случае восстановления номинального режима, причем пуск электродвигателей насосных агрегатов осуществляют при поочередном подключении их к упомянутому преобразователю частоты напряжения, периодически подключают преобразователь частоты напряжения к электродвигателю любого насосного агрегата и производят измерения параметров перекачиваемой среды в скважине при различных числах оборотов этого насосного агрегата, при этом преобразователь частоты напряжения перед подключением к каждому электродвигателю настраивают на значение частоты ниже номинального для промысловой электросети, а перед непосредственным подключением к последней на значение частоты выше номинального.

Сущность изобретения заключается также в том, что в устройстве для осуществления этого способа, содержащем установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, преобразователь частоты напряжения, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, подключенные к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, а также коммутирующие устройства для связи кабелей питания электродвигателей с промысловой электросетью и преобразователем частоты напряжения, система измерения и формирования сигналов управления выполнена с возможностью выявления скважин, не обеспечивающих номинальный режим при исправном состоянии их насосных агрегатов, и снабжена блоком определения оптимальной последовательности воздействия сигналами управления, а коммутирующие устройства выполнены по меньшей мере двухпозиционными с возможностью поочередного индивидуального автоматического подключения электродвигателей к выполненному общим для данной группы скважин преобразователю частоты напряжения.

На чертеже изображена схема устройства для реализации способа эксплуатации погружных насосных агрегатов в группе скважин преимущественно для нефтегазовых промыслов.

Устройство содержит установленный в скважине 1 на колонне насосно-компрессорных труб 2 погружной центробежный насосный агрегат, состоящий из насоса 3 и электродвигателя 4 с встроенными датчиком 5 давления на приеме насоса 3, датчиком 6 температуры обмотки статора (не изображен) и с кабелем 7 питания электродвигателя 4. На устье скважины 1 установлены согласующий трансформатор 8, комплекс 9 защиты со встроенным измерительным трансформатором 10 фазных токов, прибором 11 для измерения сопротивления кабеля 7 и электродвигателя 4, прибором 12 для измерения вибраций насосного агрегата, измерители 13 и 14 активной и реактивной мощности соответственно, датчики 15 буферного давления, по меньшей мере двухпозиционное коммутирующее устройство 16 для связи кабеля 7 с промысловой электросетью 22 и индивидуального автоматического подключения к преобразователю 17 частоты напряжения, выполненному общим для данной группы скважин. Преобразователь 17 связан с электросетью 22 и оборудован измерительными преобразователями 18, 19 и 20 входных напряжений, потребляемой активной и реактивной мощности соответственно. Датчики 5, 6, 15, трансформатор 10, приборы 11, 12, измерители 13, 14 и преобразователи 18, 19, 20 подключены к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, выполненной с возможностью выявления скважин, не обеспечивающих номинальный режим при исправном состоянии их насосных агрегатов, в виде микропроцессорного терминала 21 с блоком определения оптимальной последовательности воздействия сигналами управления (не изображен). Остальные скважины оборудованы элементами 2-16, так же, как и скважина 1.

Способ эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин осуществляется следующим образом.

Микропроцессорный терминал 21 получает команду на включение насосных агрегатов от оператора или от автоматической системы более высокого уровня. Пуск каждого из электродвигателей 4 осуществляют поочередно при индивидуальном подключении через соответствующее коммутирующее устройство 16 к преобразователю 17, с помощью которого производится частотное регулирование числа оборотов насоса 3. Для последующего питания электродвигателей 4 непосредственно от электросети 22 при стабилизации номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважины 1 контакты коммутирующего устройства 16 должны быть переведены из одной позиции в другую. С помощью микропроцессорного терминала 21 производят измерения параметров каждой скважины и ее насосного агрегата с выявлением скважин, не обеспечивающих указанный номинальный режим при исправном состоянии насосного агрегата. Это возможно, например, из-за частичной закупорки призабойной зоны пласта микропримесями, глинистым раствором при ремонте, из-за увеличения обводненности перекачиваемой жидкости на забое скважины и т.п. Ввод информации в терминал 21 производится автоматически сразу со всех скважин, входящих в группу, и вывод скважин из номинального режима устанавливается по результатам измерения давления, электрических параметров насосной установки и других параметров, которые являются исходными данными для определения по наперед заданному критерию оптимальной последовательности воздействия сигналами управления. По сигналу управления контакты соответствующего коммутирующего устройства 16 переключаются в позицию, обеспечивающую подключение электродвигателя 4 к преобразователю 17. Изменяя с помощью преобразователя 17 число оборотов электродвигателя 4, например, повышают ско-рость движения перекачиваемой среды в скважине и тем самым снижают противодавление на пласт, что способствует очистке забоя и призабойной зоны от примесей и возврату скважины в номинальный режим. В случае восстановления номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважины контакты коммутирующего устройства 16 переключаются для непосредственного питания (через трансформатор 8) электродвигателя 4 от электросети 22. В результате преобразователь 17 в соответствии с ранее определенной последовательностью подключается к очередному электродвигателю 4. При исправном состоянии всех скважин и насосных агрегатов периодически подключают преобразователь 17 частоты напряжения к электродвигателю 4 любого насосного агрегата и, изменяя частоту напряжения от 30 до 50 Гц, производят измерения параметров перекачиваемой среды (расход, давление) в скважине при различных числах оборотов этого насосного агрегата. Результаты таких измерений могут быть использованы для оценки продуктивности каждой из скважин. Преобразователь 17 перед подключением к каждому электродвигателю настраивают на значение частоты, например, 48 Гц, т.е. ниже номинального значения частоты 50 Гц для промысловой электросети 22, а перед непосредственным подключением к последней на значение частоты 55 Гц, т.е. выше номинального.

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин преимущественно для нефтегазовых промыслов, включающий пуск с частотным регулированием электродвигателей насосных агрегатов с последующим питанием их непосредственно от промысловой электросети при стабилизации номинального режима отбора перекачиваемой среды из скважин и контроль параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата с выявлением скважин, не обеспечивающих указанный номинальный режим, и с последующим формированием сигналов управления для восстановления номинального режима за счет изменения параметров работы соответствующих насосных агрегатов, отличающийся тем, что при выявлении скважин, не обеспечивающих номинальный режим при исправном состоянии их насосных агрегатов, автоматически определяют оптимальную последовательность воздействия сигналами управления и осуществляют ее без останова насосных агрегатов за счет индивидуального регулирования числа оборотов каждого из последних при поочередном подключении их электродвигателей к общему для данной группы скважин преобразователю частоты напряжения с последующим возобновлением питания непосредственно от промысловой электросети в случае восстановления номинального режима.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пуск электродвигателей насосных агрегатов осуществляют при поочередном подключении их к упомянутому преобразователю частоты напряжения.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что периодически подключают преобразователь частоты напряжения к электродвигателю любого насосного агрегата и производят измерения параметров перекачиваемой среды в скважине при различных числах оборотов этого насосного агрегата.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что преобразователь частоты напряжения перед подключением к каждому электродвигателю настраивают на значение частоты ниже номинального для промысловой электросети, а перед непосредственным подключением к последней на значение частоты выше номинального.

5. Устройство для эксплуатации погружных центробежных насосных агрегатов в группе скважин, содержащее установленные в скважинах погружные центробежные насосные агрегаты с кабелями питания их электродвигателей, преобразователь частоты напряжения, датчики параметров состояния каждой скважины и ее насосного агрегата, подключенные к системе измерения и формирования сигналов управления электродвигателями, а также коммутирующие устройства для связи кабелей питания электродвигателей с промысловой электросетью и преобразователем частоты напряжения, отличающееся тем, что система измерения и формирования сигналов управления выполнена с возможностью выявления скважин, не обеспечивающих номинальный режим при исправном состоянии их насосных агрегатов, и снабжена блоком определения оптимальной последовательности воздействий сигналами управления, а коммутирующие устройства выполнены по меньшей мере двухпозиционными с возможностью поочередного индивидуального автоматического подключения электродвигателей к выполненному общим для данной группы скважин преобразователю частоты напряжения.

РИСУНКИ

Рисунок 1