Измерительное устройство электропогружной насосной установки

Заявляемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды – смеси нефти, попутной воды и газа), для регулирования добычи из продуктивного горизонта (пласта), а также для исследования скважин (в том числе без извлечения насосного оборудования), и предназначено для передачи телеметрической информации, в частности, параметров среды и параметров погружного электродвигателя.
В настоящее время для добычи пластовых жидкостей широко используются электропогружные насосные установки, в частности установки с приводом от погружного электродвигателя, включающие также модули гидрокомпенсатора, плунжерного насоса и телеметрии. В преимущественном варианте выполнения модуль телеметрии установлен под модулем электродвигателя, что ограничивает возможность измерения параметров необходимых для эффективной эксплуатации насосной установки. Также известные на данный момент технические решения предусматривают использование блоков телеметрии в комплекте с насосной установкой без возможности унификации и применения в насосных установках с различными типоразмерами.
Одним из примеров такого выполнения является измерительный модуль электропогружной насосной установки, который известен из патента на изобретение US8821137 от 02.09.2014, МПК E21B29/02; E21B43/02 BAKER HUGHES INC, где измерительный электронный блок расположен внутри корпуса. Электрический разъем в верхней части корпуса входит в контакт с дополнительным электрическим соединителем в нижней части электродвигателя. Соединитель в нижней части корпуса измерительного модуля выполнен идентично с соединителем в нижней части электродвигателя, а соединитель в верхней части корпуса измерительного модуля может быть выполнен идентично с соединителем в конце продуктового трубопровода.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести ограниченные возможности измерения параметров скважины, в частности на входе насосного узла, а также необходимость индивидуального производства измерительных модулей для каждого типоразмера погружного электродвигателя.
Из патента на изобретение RU 2338875 от 20.11.2008, МПК E21B47/00; F04B47/00, Шлюмберже Текнолоджи известна система и способ измерения параметров в стволе скважины, согласно которому измерения выполняют посредством использования одного и более переводников датчиков, интегрированных в соединения между ступенями электрической погружной насосной установки. Каждый переводник датчика подключен последовательно с электрической погружной насосной колонной и подключен к концам соседних ступеней насосной колонны. Каждый переводник датчика можно использовать для измерения параметров, внутренних и/или внешних по отношению к электрической погружной насосной установке.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести последовательное соединение датчиков, что может привести к выходу из строя всей системы при повреждении либо разгерметизации одного датчика. Также такая измерительная система применима только к одному виду насосных установок и не позволяет эффективно выполнить модернизацию насосных установок находящихся эксплуатации.
Схожим по достигаемому техническому результату является техническое известное из Инструкции по монтажу ЦТКД 223 ИМ «СИСТЕМА ПОГРУЖНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ «ЭЛЕКТОН-ТМСР-3»». В инструкции по монтажу описано скважинное измерительное устройство электропогружной насосной установки, связанное с наземным блоком приема обработки и передачи данных, содержащее разнесенные по длине насосной установки и связанные друг с другом посредством кабельной лини, по меньшей мере, один промежуточный и главный блоки измерений.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести недостаточную герметичность кабельного соединения, что может привести к выходу из строя измерительных блоков.
Указанное техническое решения принято как ближайший аналог.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является создание унифицированного измерительного устройства электропогружной насосной установки обеспечивающего контроль параметров скважины по всей длине насосной установки, с герметичным кабельным соединением повышенной надежности.
Технический результат, достигнутый от реализации заявляемого технического решения, заключается в унификации конструкции блоков измерительного устройства электропогружной насосной установки, расширяет сферу применения с повышенной надежностью герметичного кабельного соединения, повышении точности и скорости передачи данных с измеренными параметрами скважины, а также повышении герметичности кабельного соединения
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что промежуточный и главный блоки измерений соединены с корпусом насосной установки посредством набора сменных резьбовых элементов, монтируемых на концевых переходниках, герметично установленных по торцам блоков измерений. Блоки измерений оснащены герметичным кабельным вводом, под установку токопроводящей жилы, помещенной в сборный корпус с обжимной цангой на входе и набором уплотнительных деформируемых элементов, сконфигурированных с возможностью радиального и торцевого уплотнения кабельной жилы.
В промежуточном блоке измерений концевые переходники оснащены, по меньшей мере, одним датчиком измерения параметров скважины и/или электродвигателя, причем в главном измерительном блоке один из концевых переходников оснащен заправочным клапаном системы заправки масла насосной установки.
Сменные резьбовые элементы выполнены в виде съемных фланцев с посадочными отверстиями, расположенными в зависимости от диаметра корпуса насосной установки, при этом диаметр установочного отверстия фланца отвечает диаметру соответствующего концевого переходника.
По меньшей мере, один промежуточный блок измерений сконфигурирован с возможностью сбора и преобразования в электрические сигналы показателей контролируемых параметров и передачи электрического сигнала по линии связи к главному измерительному блоку, установленному в нижней части насосной установки и связанному с наземным блоком управления, причем главный измерительный блок является источником питания для, по меньшей мере, одного промежуточного блока.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг. 1 - электропогружная насосная установка;
фиг. 2 - главный блок измерений с набором резьбовых сменных элементов;
фиг. 3 - промежуточный блок измерений с набором резьбовых сменных элементов;
фиг. 4 - герметичное кабельное соединение в разрезе.
Заявляемое техническое решение является частью электропогружной насосной установки (фиг. 1), которая содержит наземною 1 и погружную 2 части. Наземная часть представлена в виде наземного блока управления 3, выполненного в виде трехфазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного трансформатора связанного с погружным электродвигателем 4 кабельной линией 5. Наземный блок управления также содержит блок 6 приема обработки и обмена данными с измерительным устройством электропогружной насосной установки.
Погружная часть 2 сформирована из электродвигателя 4, гидрокомпенсатора 7, насосного узла 8, а также измерительного устройства включающего, установленный на выходе насосного узла, промежуточный измерительный блок 9 (фиг. 1, 3), связанный с главным блоком измерений 10 (фиг. 1, 2), установленным в нижней части насосной установки. Связь и передача электрического сигнала от, по меньшей мере, одного промежуточного блока 9 измерений к главному измерительному блоку 10 осуществляется по линии связи 11, при этом по этой же линии связи осуществляется питание указанного промежуточного блока.
Блоки измерений 9, 10 соединены с корпусом насосной установки посредством набора сменных резьбовых элементов (фиг. 2, 3), монтируемых на концевых переходниках 12, герметично установленных по торцам блоков измерений. Блоки измерений могут устанавливаться между модулями насосной установки, а также в ее крайних точках.
Сменные резьбовые элементы (фиг. 2,3) выполнены в виде съемных фланцев 13 (фиг.2) и резьбовых промежуточных втулок 14 (фиг.2,3). Посадочные отверстия 15 фланцев 13, расположены в зависимости от диаметра корпуса насосной установки, при этом диаметр установочного отверстия 16 фланца отвечает диаметру соответствующего концевого переходника 12. Резьбовые промежуточные втулки 14 также выполнены с возможностью обеспечения перехода между двумя разными диаметрами соединяемых элементов, в частности блока измерений и модуля насосной установки.
Указанное выполнение позволяет унифицировать конструкцию измерительного устройства и обеспечивает ее использование в составе погружных насосных установок с разным габаритом корпуса. Также описанное выполнение позволяет осуществить замену измерительных блоков без нарушения их герметичности при выполнении монтажа/демонтажа, что существенно повышает надежность эксплуатации и точность выполняемых измерений.
В промежуточном блоке 9 измерений концевой переходник 12 оснащен, по меньшей мере, одним датчиком измерения параметров скважины и/или электродвигателя (на изображениях не показан), причем в главном измерительном блоке 10 один из концевых переходников оснащен заправочным клапаном 17 системы заправки масла насосной установки.
Как указывалось ранее, связь блоков измерений друг с другом обеспечивается посредством кабельной линии, представляющей собой грузонесущий геофизический бронированный кабель 18.
Концевые переходники блоков измерений 9,10 оснащены герметичным кабельным вводом 19, под установку токопроводящей жилы 20 (фиг.4). Герметичность соединения обеспечивается посредством установки кабельной жилы в сборный корпус 21 с обжимной цангой 22 на входе и набором уплотнительных деформируемых элементов, включающих торцевые 23 и радиальные 24 уплотнительные элементы, которые обеспечивают полную герметичность кабельной жилы 20.
Промежуточный блок измерений 9, установленный на выходе насосного узла сконфигурирован с возможностью преобразования в электрические сигналы контролируемых параметров скважины, таких как температура и давление скважинной жидкости.
Главный блок измерений 10, установленный в нижней части насосной установки, сконфигурирован с возможностью сбора и преобразования в электрические сигналы контролируемых параметров, таких как температура масла и виброускорение погружного электродвигателя в плоскостях Х;Y;Z, а также температура и давление пластовой жидкости. Главный блок измерений 10 также обеспечивает прием и передачу сигналов от, по меньшей мере, одного промежуточного измерительного блока 9. Сигналы подаются по статорной обмотке электродвигателя, кабельной линии и вторичной обмотке выходного трансформатора на вход наземного блока приема и обработки данных, по этой же цепи обеспечивается питание указанного главного блока измерений 1. Также главный блок измерений может комплектоваться дополнительным модулем с активными химическими веществами (на изображениях не показан).
Реализация заявляемого технического решения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая унификацию конструкции блоков измерительного устройства электропогружной насосной установки, повышение надежности, точности и скорости передачи данных. Также обеспечивается возможность контроля параметров скважинной жидкости на выходе насосного узла. При этом конструкция кабельного ввода обеспечивает герметичность соединения контактных поверхностей в условия агрессивной среды нефтяной скважины с диапазоном температур от 0 до +150°С и давлением до 400 атм.