Способ управления погружным электронасосом при периодической откачке жидкости из скважины

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к области контроля динамического уровня жидкости для управления погружным электронасосом. Технический результат – повышение эффективности способа за счет обеспечения бесперебойной работы скважины. По способу осуществляют генерирование спектра шума и его модулирование с образованием волновых пауз посредством установленных последовательно резонаторов. Каждый из резонаторов настроен на свою частоту. Спектр шума генерируют погружным электронасосом и фильтрационным потоком с перфорационными отверстиями. Модуляцию спектра шума осуществляют резонаторами, расположенными на насосно-компрессорных трубах – НКТ. Один резонатор располагают над электронасосом и настраивают на частоту f1 поглощения звуковых колебаний погружного электронасоса. Второй резонатор устанавливают над первым на заданном расстоянии от нижнего. Его настраивают на частоту f2 поглощения звуковых колебаний, генерируемых акустическим излучением фильтрационного потока и перфорационными отверстиями, в виде волновых пауз из затрубного пространства НКТ. Формируют резонаторами акустические метки в виде импульсов поглощенной и появившейся частот. Определяют по ним динамический уровень жидкости в затрубном пространстве. При динамическом уровне жидкости выше расположения верхнего резонатора осуществляют периодическую откачку жидкости. 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к автоматической периодической откачке жидкости в эксплуатационной скважине.

Известны способы автоматической периодической откачки жидкости в эксплуатационной скважине, основанные, например, на измерении столба жидкости в скважине над электронасосом манометрическим элементом, а передача информации осуществляется широтно-импульсной модуляцией высокочастотного тока измерительного генератора, установленного на поверхности путем изменения сопротивления, подключенного в цепь токоподвода.

Недостаток указанного способа заключается в том, что частоту генератора регулируют и устанавливают на каждой скважине по максимальному изменению тока в зависимости от длины кабеля и параметров сети, причем эта частота меняется в пределах от 6 до 15 кГц. Кроме того, точность измерения давления столба жидкости над электронасосом меняется от плотности, которая зависит от содержания газового фактора, а элементы телеметрической системы ненадежны и сложны по конструкции.

Другим известным способом является модуляция шума в затрубном пространстве эксплуатационной скважины при периодической откачке жидкости погружным электронасосом по насосно-компрессорным трубам [Текст]: / Савиных Ю.А., Семченко П.Т., Бастриков С.Н.; заявитель и патентообладатель Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности. - №5049090; заявл. 24.06.92; опубл. 27.10.96, Бюл. №30 (П.ч.). - 8 с./

Также недостатками данных методов являются их высокая энергоемкость, электро- и пожароопасность, ненадежность и низкая эффективность применяемых технологий.

Наиболее близким способом к технической сущности является способ управления насосом по поглощенной частоте в спектре шума, генерируемым погружным электронасосом, за счет разности скоростей звука в жидкости и в газе. В этом способе предлагается устанавливать попарно акустические четвертьволновые резонаторы на верхнем и нижнем динамическом уровне в затрубном пространстве нефтяной скважины. Патент RU 2479715 Способ контроля динамического уровня жидкости в скважине для управления погружным электронасосом. Авторы: Савиных Ю.А., Музипов X.Н., Дианов И.В., Гербер К. А. /Прототип/.

Недостатком данного способа является необходимость периодического включения, на одну минуту через пятнадцать минут, для генерирования спектра упругих колебаний с целью проверки нахождения акустических датчиков в жидкой среде, что влечет к перерасходу электрической энергии при дополнительном пуске, а также возможность риска срыва работы погружного электронасоса.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности управления и надежности эксплуатации погружным электронасосом при периодической откачке жидкости по насосно-компрессорным трубам.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе используются два четвертьволновых акустических резонатора в качестве датчиков верхнего и нижнего динамического уровня в затрубном пространстве нефтяной скважины.

Сущность способа состоит в обеспечении обнаружения наличия газа над динамическим уровнем жидкости в затрубном пространстве по поглощенной частоте в спектре шума, генерируемым погружным электронасосом и акустическим излучением фильтрационного потока коллектора, за счет разности скоростей звука в жидкости и в газе.

Спектр шума генерируют погружным электронасосом, а модуляцию спектра шума осуществляют резонатором, расположенным в нижней точке динамического уровня, при этом резонатор располагают над электронасосом и настраивают на частоту f1 поглощения звуковых колебаний, генерируемых погружным электронасосом. Поглощенная частота звуковых колебаний, генерируемых погружным электронасосом формирует акустическую метку при нахождении резонатора в жидкости, а когда резонатор находится в воздухе, то акустическая метка становится в виде импульса появившейся частоты. Данный импульс при достижении нижнего динамического уровня формирует сигнал отключения погружного электронасоса.

Второй резонатор устанавливают в верхней точке динамического уровня и настраивают на частоту f2 поглощения звуковых колебаний, генерируемых акустическим излучением фильтрационного потока и перфорационными отверстиями, в виде волновых пауз из затрубного пространства насосно-компрессорных труб, формируют резонатором акустические метки в виде импульсов поглощенной и появившейся частот, определяют по ним динамический уровень жидкости в затрубном пространстве и при динамическом уровне жидкости выше расположения верхнего резонатора осуществляют периодическую откачку жидкости.

Свойство четвертьволнового резонатора - поглощать энергию заданной частоты можно использовать для формирования акустической метки, например, при нахождении резонатора в жидкости, в которой распространяются волны от источника шума, в спектре шума формируется акустическая метка в виде импульса поглощенной частоты, а когда резонатор находится в воздухе, то акустическая метка становится в виде импульса появившейся частоты. Данный импульс при достижении верхнего динамического уровня формирует сигнал включения погружного электронасоса.

Следовательно, если расположить два четвертьволновых резонатора на насосно-компрессорных трубах (НКТ) на заданном расстоянии друг от друга, условно обозначив один из них как датчик нижнего динамического уровня (НДУ), например, настроенного на частоту поглощения f1 = 600 Гц, а другой как датчик верхнего динамического уровня (ВДУ), например, настроенного на частоту поглощения f2 = 900 Гц, то акустические метки, формируемые резонаторами, можно использовать как сигнал для управления погружным электронасосом для автоматической периодической откачки жидкости в эксплуатационной скважине.

Для создания акустической метки для отключения погружного электронасоса источником звука в скважине является погружной электронасос.

Уровень звука погружного электронасоса в потоке транспортируемой жидкости в диапазоне 100-700 Гц составляет 120 дБ [4].

Для создания акустической метки для включения погружного электронасоса источником звука в скважине является акустическое излучение фильтрационного потока с перфорационными отверстиями.

Уровень звука потока транспортируемой жидкости в диапазоне 100-2000 Гц составляет 110 дБ [5].

Исходные данные для расчета геометрических размеров резонаторов и их эффективности:

- внутренний диаметр обсадной трубы - 168 мм;

- внешний диаметр НКТ - 73 мм;

- резонансная частота датчика НДУ - 600 Гц;

- резонансная частота датчика ВДУ - 900 Гц.

Расчетные данные:

- длина резонатора НДУ - 1,88 м;

- длина резонатора ВДУ - 1,25 м;

- уровень поглощения ΔL резонаторами - 31,8 дБ;

с = 300 м/с скорость звука в газе;

с = 1500 м/с скорость звука в жидкости.

Частота подавления шума датчика ВДУ в газовом пространстве составляет Гц [6]. При погружении датчика ВДУ в жидкость будет происходить подавление частоты Гц и будет принята полосовым фильтром в качестве инверсного импульса и преобразована в пусковой сигнал электронасоса.

Режим работы насоса поддерживается пусковой аппаратурой - магнитным пускателем до достижения уровня жидкости ниже верхнего динамического уровня (ВДУ).

Частота подавления шума НДУ в жидкости составляет Гц. Полосовой фильтр настраивается на частоту = 600 Гц. При снижении уровня жидкости ниже динамического уровня НДУ резонатор будет подавлять частоту Гц, а частота 600 Гц будет принята полосовым фильтром в качестве импульса и преобразована в сигнал останова электронасоса. При повышении уровня жидкости выше расположения датчика НДУ, но ниже датчика ВДУ запрет на запуск обеспечивает пусковая аппаратура электронасоса.

На фиг. 1 изображена схема реализации способа автоматической периодической откачки жидкости в эксплуатационной скважине; на фиг. 2 изображен резонатор, поглощающий звук перфорационных отверстий; на фиг. 3 изображен резонатор, поглощающий звук электронасоса; на фиг. 4 показаны спектрограммы, поясняющие операции, реализующие способ.

Схема реализации способа содержит:

поз. 1 - обсадная колонна; поз. 2 - поток жидкости, генерируемый упругие волны в затрубное пространство; поз. 3 - погружной электронасос (электронасос является генератором звуковой вибрации, генерируемым упругие волны в затрубное пространство, т.е. в кольцевую полость между обсадной колонной поз. 1 и НКТ поз. 4; поз. 4 - насосно-компрессорные трубы (НКТ); поз. 5 - акустический датчик нижнего динамического уровня (НДУ), выполнен в виде змеевика с открытым торцом поз. 18 (фиг. 2) и с отверстием поз. 21, предназначенным для выхода газа из полости резонатора при погружении его в жидкость (фиг. 2). НДУ настроен на частоту f1 = 600 Гц, поглощающий полосу частот, которую генерирует спектр шума погружной электронасос; поз. 6 - нижний динамический уровень; поз. 7 - затрубное пространство, заполненное жидкостью; поз. 8 - акустический датчик верхнего динамического уровня (ВДУ), (датчик ВДУ выполнен в виде змеевика (аналогичен НДУ - фиг. 3), датчик ВДУ настроен на частоту f2 = 900 Гц, поглощающую полосу частот шумов перфорационных отверстий; поз. 9 - граница верхнего динамического уровня, т.е. граница между жидкой и газовой средой; поз. 10 - газовая среда в затрубном пространстве над жидкостью; поз. 11 - приемник (например, приемник выполнен в виде пьезоакселерометра 1ПА-9); поз. 12 - усилитель; поз. 13 - полосовой фильтр РФ-900 (фильтр настроен на частоту f2 = 900 Гц и условно обозначен ПФ-900). На ПФ-900 поступает информация о динамическом уровне от датчика ВДУ поз. 8, настроенного на частоту поглощения f2 = 900 Гц); поз. 14 - полосовой фильтр ПФ-600 (фильтр настроен на частоту f1 = 600 Гц и условно обозначен ПФ-600. На ПФ-600 поступает информация о динамическом уровне от датчика НДУ поз. 5, настроенного на частоту поглощения f1 = 600 Гц); поз. 15 - логическая схема И; поз. 16 - ключ; поз. 17 - блок управления погружным электронасосом; поз. 18 - закрытый торец трубы-резонатора; поз. 19 - открытый торец трубы-резонатора; поз. 20 - внутренняя полость НКТ; поз. 21 - отверстие (предназначенное для выхода газа из полости резонатора при погружении его в жидкость).

Способ работает следующим образом.

Информация от датчика НДУ поз. 5 в виде акустической метки появившейся частоты f1 = 600 Гц (фиг. 4,в) в спектре шума принимается приемником поз. 10, усиливается усилителем поз. 11 и поступает на полосовой фильтр поз. 13, выходное напряжение которого (при отсутствии частоты f1 = 600 Гц в спектре шума) отрицательное - подается на первый вход логического элемента И поз. 14 и электронный ключ поз. 15. При отрицательном входном напряжении электронный ключ закрыт.

Информация от датчика НДУ в виде акустической метки поглощенной частоты f2 = 900 Гц (фиг. 4,б) в спектре шума принимается приемником поз.10, усиливается усилителем поз. 11 и поступает на полосовой фильтр поз. 12, выходное напряжение которого (при отсутствии частоты f2 = 900 Гц в спектре шума) - отрицательное напряжение - подается на второй вход логического элемента И поз. 15.

После включения погружного электронасоса поз. 3, уровень жидкости поз.8 в затрубном пространстве начинает опускаться. При снижении уровня жидкости поз.8 ниже датчика ВДУ у резонатора изменяется резонансная частота (нахождение резонатора в воздухе, в котором скорость звука с = 330 м/с, собственная частота согласно расчетной формуле изменяется и в спектре шума поглощается частота f2 = 900 Гц (Фиг. 4,в), которая через приемник поз. 10, усилитель поз. 11, полосовой фильтр поз. 12 положительным потенциалом поступит на логический элемент И поз. 15.

При снижении уровня жидкости поз. 9 ниже датчика НДУ изменится резонансная частота у резонатора и в спектре шума появится частота f2 = 600 Гц, которая через приемник поз. 10, усилитель поз. 11, полосовой фильтр поз. 12 положительным потенциалом поступит на логический элемент поз. 13 и электронный ключ поз. 14. На выходе логического элемента поз. 13 появится отрицательный потенциал, а на выходе электронного ключа поз. 14 появится положительный потенциал, который в блоке управления поз. 15 отключит погружной электронасос поз. 3 и переведет его в режим ожидания до достижения динамического уровня выше датчика ВДУ.

Использование данного способа позволяет автоматически управлять погружным электронасосом с помощью установки резонаторов НДУ и ВДУ между нижним и верхним динамическими уровнями скважинной жидкости, настроенными на разные частоты, а также можно в широких пределах контролировать динамический уровень в скважине и, как следствие, увеличить межремонтный период работы скважины и оборудования и, следовательно, увеличить дополнительную добычу нефти.

Источники информации

1. Грачев Ю.В., Варламов В.П. Автоматический контроль в скважине при бурении и эксплуатации. - М.: Недра, 1968. - 328 с.

2. Авторское свидетельство СССР N 11154454, МКИ Е21В 47/12, 1985 г. Прототип.

3. Борьба с шумом / Под ред. Е.Я. Юдина, М.: Стройздат, 1964, 707 с.

4. Справочник по технической акустике. Пер. с нем. / Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера, Л.: Судостроение, 1980 г., 440 с.

5. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981. 208 с.

6. Борьба с шумом на производстве. Справочник. Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов, И.В. Горенштейн и др. /Под общ. ред. Е.Я. Юдина, М.: Машиностроение, 1985 г., 440 с.

Способ управления погружным электронасосом при периодической откачке жидкости из скважины, включающий генерирование спектра шума и его модулирование с образованием волновых пауз посредством установленных последовательно резонаторов, каждый из которых настроен на свою частоту, отличающийся тем, что спектр шума генерируют погружным электронасосом и фильтрационным потоком с перфорационными отверстиями, а модуляцию спектра шума осуществляют резонаторами, расположенными на насосно-компрессорных трубах - НКТ, при этом один резонатор располагают над электронасосом и настраивают на частоту f1 поглощения звуковых колебаний погружного электронасоса, а второй резонатор устанавливают над первым на заданном расстоянии от нижнего и настраивают на частоту f2 поглощения звуковых колебаний, генерируемых акустическим излучением фильтрационного потока и перфорационными отверстиями, в виде волновых пауз из затрубного пространства НКТ, формируют резонаторами акустические метки в виде импульсов поглощенной и появившейся частот, определяют по ним динамический уровень жидкости в затрубном пространстве и при динамическом уровне жидкости выше расположения верхнего резонатора осуществляют периодическую откачку жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования. Экспериментальная установка для исследования характеристик центробежных насосов содержит станину, на которую установлен тестируемый насос с шлангом высокого давления на выходе.

Группа изобретений относится к нефтедобывающему оборудованию и, в частности, к управлению скважинами для добычи пластовой жидкости. Технический результат - повышение эффективности эксплуатации нефтедобывающих скважин.

Изобретение относится к области добычи и подготовки газового конденсата к дальнему транспорту, в частности к автоматическому управлению насосными агрегатами, обеспечивающими подачу конденсата в магистральный конденсатопровод (МКП).

Группа изобретений касается способа управления по меньшей мере одним насосом и устройства для повышения давления, с помощью которого осуществляется способ управления насосом, в частности, в системах водоснабжения.

Домовая насосная станция содержит водовпускной патрубок (12), водовыпускной патрубок (28), центробежный насос (3), электродвигатель (5), электрический/электронный блок управления и мембранный напорный резервуар (30).

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок и может быть использовано для пуска насосов в установках повышения давления, состоящих из группы электроприводных насосов напряжением 0,4 кВ и одного преобразователя частоты (ПЧ) в качестве регулятора.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок повышения давления и может быть использовано в установках, состоящих из группы электроприводных насосов одинаковой мощности и преобразователей частоты в качестве регуляторов.

Изобретение относится к способам управления и регулирования насосных установок, состоящих из группы однотипных насосов одинаковой мощности. Способ повышения энергоэффективности установок повышения давления с центробежными электроприводными насосами, управляемыми преобразователями частоты по закону ПИД-регулирования, включает определение и контроль количества работающих насосов n, измерение тока активной нагрузки каждого работающего электродвигателя насоса Iаi, определение отклонения токов активной нагрузки каждого работающего электродвигателя от их среднеквадратичного значения, вычисленного по формуле пошаговый ввод корректирующего значения частоты управляющего сигнала в блоке управления для каждого работающего электродвигателя, равного произведению единицы младшего разряда частоты управления на масштабирующий коэффициент, до выполнения условия .

Изобретение относится к области систем водоснабжения и водоотведения и может быть использовано для определения законов распределения случайной величины подачи насосных станций.

Группа изобретений относится к акустическим методам измерения и контроля и может быть использована для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах.

Группа изобретений относится к акустическим методам измерения и контроля и может быть использована для определения уровня жидкости в скважинах, колодцах и резервуарах.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к автоматизированным средствам контроля технического состояния протяженных объектов, таких как гидротехнические сооружения (ГТС) - грунтовые плотины, дамбы с большим количеством разнесенных измерительных точек, и может быть использовано, в частности, в системах дистанционного контроля фильтрации воды, уровня воды в напорных и ненапорных пьезометрических скважинах и уровня воды в гидронивелирах гидроэлектростанций.

Изобретение относится к области геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для измерения в скважинном приборе глубины, а также длины пути вдоль оси ствола скважины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического или статического уровня жидкости в водозаборных скважинах.

Изобретение относится к области нефтедобычи и геологических исследований, а именно к устройству для спуска глубинно-насосного оборудования. Предложено устройство, содержащее корпус, катушку, закрепленную в корпусе, с возможностью вращения в нем, содержащую намотанный на нее кабель с заранее известными параметрами, шкив, закрепленный в корпусе, через который кабель, разматываемый с катушки, спускается в скважину; метку, закрепленную на шкиве, блок обнаружения метки, выполненный с возможностью обнаружения метки и передачи сигнала обнаружения на блок измерения, блок измерения, выполненный с возможностью принимать сигнал обнаружения от блока обнаружения метки, вычислять глубину спуска кабеля как произведение количества принятых сигналов обнаружения на длину окружности шкива.

Изобретение относится к области нефтедобычи и геологических исследований, а именно к устройству для спуска глубинно-насосного оборудования. Заявлено устройство, содержащее корпус, катушку, закрепленную в корпусе с возможностью вращения в нем, содержащую намотанный на нее кабель с заранее известными параметрами, электродвигатель, закрепленный в корпусе, функционально соединенный с катушкой с возможностью ее вращения; шкив, закрепленный в корпусе, через который кабель, разматываемый с катушки, спускается в скважину; метку, закрепленную на шкиве, блок обнаружения метки, выполненный с возможностью обнаружения метки и передачи сигнала обнаружения на блок измерения, блок измерения, выполненный с возможностью принимать сигнал обнаружения от блока обнаружения метки, вычислять глубину спуска кабеля как произведение количества принятых сигналов обнаружения на длину окружности шкива.

Изобретение относится к учету состояния спуско-подъемных операций, в частности к учету буровых труб. Техническим результатом является исключение ошибок и искажений в вычислениях.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического или статического уровня жидкости в нефтедобывающей или водозаборной скважинах.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано для определения динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, между эксплуатационной колонной и насосно-компрессорными трубами, обводненных газовых скважин в процессе откачки пластовой жидкости погружными электроцентробежными насосами.
Изобретение относится к нефтегазовому делу, в частности к способам определения дебита скважин, оборудованных погружными установками электроцентробежных насосов со станцией управления.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к области контроля динамического уровня жидкости для управления погружным электронасосом. Технический результат – повышение эффективности способа за счет обеспечения бесперебойной работы скважины. По способу осуществляют генерирование спектра шума и его модулирование с образованием волновых пауз посредством установленных последовательно резонаторов. Каждый из резонаторов настроен на свою частоту. Спектр шума генерируют погружным электронасосом и фильтрационным потоком с перфорационными отверстиями. Модуляцию спектра шума осуществляют резонаторами, расположенными на насосно-компрессорных трубах – НКТ. Один резонатор располагают над электронасосом и настраивают на частоту f1 поглощения звуковых колебаний погружного электронасоса. Второй резонатор устанавливают над первым на заданном расстоянии от нижнего. Его настраивают на частоту f2 поглощения звуковых колебаний, генерируемых акустическим излучением фильтрационного потока и перфорационными отверстиями, в виде волновых пауз из затрубного пространства НКТ. Формируют резонаторами акустические метки в виде импульсов поглощенной и появившейся частот. Определяют по ним динамический уровень жидкости в затрубном пространстве. При динамическом уровне жидкости выше расположения верхнего резонатора осуществляют периодическую откачку жидкости. 4 ил.

Наверх