НЕФТЕДОБЫВАЮЩИЙ КОМПЛЕКС С ЭЛЕКТРОНАГРЕВОМ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области к нефтедобывающей промышленности, а именно, к средствам очистки эксплуатационных колонн, скважин от парафиновых и других отложений.
Известен нефтедобывающий комплекс с устройством электронагрева нефтескважины (Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин // Инженер. 2004. №3. С.18-20), содержащий нефтескважину, нефтеоткачивающий насос, кинематическую систему, электродвигатель насоса и источник электрической мощности.
В аналоге нагрев колонны насосно-компрессорных труб (далее - НКТ) до определенной температуры с целью расплавления осаждающегося на стенках труб НКТ парафина и снижения вязкости нефти осуществляют с помощью специального электронагревательного кабеля, по которому пропускают электрический ток от источника тока, при этом уменьшается реальное сечение НКТ, снижается дебит скважины и увеличиваются затраты электроэнергии при откачке нефти из скважины. Также к недостаткам аналога следует отнести высокие затраты на электронагревательный кабель (длиной более 1 км) и ограниченный срок службы его изоляции в агрессивной среде межтрубного пространства нефтескважины; трудности с совмещением рабочего цикла откачки нефти из скважины и погружением в нее кабеля; низкое качество очистки нефти, обусловленное неравномерностью нагрева НКТ из-за различной степени «прилегания» кабеля к ее боковой поверхности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и взятым за прототип является нефтедобывающий комплекс с электронагревом нефтескважины (Иванов А.Г., Арзамасов В.Л. Применение силовой электроники в установках депарафинизации нефтескважин // Электротехника. 2011. №12. С.42-47), состоящий из нефтескважины, нефтеоткачивающего насоса, кинематической системы электродвигателя насоса и источника электрической мощности, в котором колонна насосно-компрессорных труб с электроизоляционными компонентами электрически соединенная с обсадной колонной с помощью погружного электрического контакта образует электрическую цепь электронагрева с внешними зажимами, соединенными с источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя и силового трансформатора, подключенного к питающей сети.
В нефтескважине прототипа создается электрическая цепь путем электрического соединения между колонной НКТ, обсадной колонной и погружным объемным электрического контактом. Выведенные наружу из нефтескважины клеммные зажимы электрической цепи соединены с регулируемым источником тока (полупроводниковым преобразователем). Управление полупроводниковым преобразователем производится с помощью системы управления и контуров регулирования тока преобразователя и температуры нефти, откачиваемой из нефтескважины с использованием датчика температуры.
Основной недостаток прототипа - отсутствие контроля качества очистки нефтескважины от парафина и вязкости нефти по величине тока электродвигателя нефтедобывающего насоса, определяющего затраты электроэнергии.
Недостаток обусловлен тем, что при различных составах компонентов в парафиновых отложениях требуется различная уставка температуры нагрева, которая в устье нефтескважины изменяется в зависимости от температуры окружающей среды и времени года. В этом случае производится косвенная оценка степени очистки НКТ от парафина и достижения низкой вязкости нефти.
Технический результат заявляемого решения - повышение контроля качества очистки нефтескважины от парафина и вязкости нефти по величине тока электродвигателя нефтедобывающего насоса, определяющего затраты электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в нефтедобывающий комплекс с электронагревом нефтескважины состоящий из нефтескважины, нефтеоткачивающего насоса, кинематической системы электродвигателя насоса и источника электрической мощности, в котором колонна насосно-компрессорных труб с электроизоляционными компонентами электрически соединенная с обсадной колонной с помощью погружного электрического контакта образует электрическую цепь электронагрева с внешними зажимами, соединенными с источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя и силового трансформатора, подключенного к питающей сети, введен датчик тока электродвигателя насоса, в источник электрической мощности введены релейный элемент с гистерезисной характеристикой, потенциометр, при этом вход релейного элемента соединен с выходом датчика тока электродвигателя насоса, а выход релейного элемента подключен к входу потенциометра, выход которого соединен с управляющим входом полупроводникового преобразователя.
Отличительной особенностью заявляемой полезной модели является оригинальная схема контроля качества очистки нефтескважины и вязкости нефти по величине тока электродвигателя нефтедобывающего насоса, определяющего затраты электроэнергии.
Чем меньше реальный ток электродвигателя насоса, тем лучше очистка нефтескважины от парафиновых отложений, меньше вязкость нефти при ее откачке из скважины и меньше затраты электроэнергии. По окончании очистки нефтяной скважины ток электродвигателя насоса резко уменьшается, и источник электрической мощности автоматически отключается, что достигается при помощи релейного элемента, выход которого соединен с входом полупроводникового преобразователя, а вход подключен к датчику тока электродвигателя. В прототипе использовалось косвенное определение степени очистки по измерению температуры нефти на выходе из скважины, которая зависит от места установки датчика температуры, времени года и других факторов.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведена характеристика РЭ, где приняты следующие обозначения:
1 - нефтескважина (далее - НС);
2 - нефтеоткачивающий насос;
3 - кинематическая система между насосом 2 и электродвигателем насоса;
4 - электродвигатель насоса;
5 - источник электрической мощности (или электросиловая установка);
6 - колонна НКТ;
7 - обсадная колонна;
8 - погружной электрический контакт;
9 - выходные зажимы электрической цепи НС;
10 - полупроводниковый преобразователь;
11 - силовой трансформатор;
12 - релейный элемент (РЭ) с гистерезисной характеристикой;
13 - датчик тока электродвигателя насоса;
14 - потенциометр;
1
2
U, U - напряжения сетей переменного тока, например, соответственно 6 кВ и 380 В;
5
U - задающий сигнал для включения 5 в автономном режиме (без включения электродвигателя 4).
3
4
U, U - напряжения включения и отключения РЭ;
12
U - выходное напряжение РЭ;
13
U - выходное напряжение датчика тока электродвигателя насоса.
Заявляемое техническое решение - нефтедобывающий комплекс с электронагревом нефтескважины состоит из нефтескважины 1, нефтеоткачивающего насоса 2, кинематической системы электродвигателя насоса 3, электродвигатель насоса 4, источника электрической мощности 5, в котором колонна насосно-компрессорных труб 6 электрически соединена с обсадной колонной 7 с помощью погружного электрического контакта 8 и образует электрическую цепь электронагрева с внешними зажимами 9, к которым подсоединен источник электрический мощности 5, содержащий полупроводниковый преобразователь 10 и силовой трансформатор 11, подключенный к питающей сети, при этом вход релейного элемента 12 с гистерезисной характеристикой соединен с выходом датчика тока 13 электродвигателя насоса 4, а выход релейного элемента 12 подключен к входу потенциометра 14, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя 10.
Полезная модель может быть реализована как в аналоговом, так и в микропроцессорном варианте.
Рассмотрим два режима работы комплекса - с очищенной от парафина скважиной и низкой вязкостью нефти (режим 1) и с запарафиненной скважиной, у которой вследствие этого уменьшилось сечение НКТ (режим 2).
Режим 1
12
В этом случае нефтеоткачивающий насос 2 откачивает нефть с минимальной затратой мощности (и тока). При этом на выходе релейного элемента 12 напряжение U равно нулю и электросиловая установка 5 ток в электрическую цепь скважины не дает, преобразователь 10 заперт, нагрев скважины отсутствует.
Режим 2
13
13
3
13
4
При запарафинивании скважины или увеличении вязкости нефти возрастает ток электродвигателя насоса 4, на выходе датчика тока 13 возрастает напряжение U. При U=U срабатывает релейный элемент 12 и включается полупроводниковый преобразователь 10 с током нагрева скважины, определяемом положением движка потенциометра 14. Полупроводниковый преобразователь 10 обеспечивает ток нагрева в электрической цепи нефтескважины. Когда парафин расплавится и (или) вязкость нефти достигнет требуемой величины, ток электродвигателя насоса 4 уменьшится, снизится напряжение U и при достижении им величины U полупроводниковый преобразователь 10 запрется, ток нагрева исчезнет.
5
Напряжение U необходимо для обеспечения включения полупроводникового преобразователя 10 в режиме, когда отключена система откачки нефти (элементы: нефтеоткачивающий насос 2 и электродвигатель насоса 4 и необходим предварительный разогрев нефтескважины перед возобновлением нефтедобычи, т.е. в автономном режиме.
Таким образом, заявляемый комплекс обеспечивает повышение контроля качества очистки нефтескважины от парафина и вязкости нефти по величине тока электродвигателя нефтедобывающего насоса, определяющего затраты электроэнергии.