Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса

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.