Устройство для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса
APPARATUS FOR STABILIZING PRESSURE AT RECEIVING ELECTRICAL-CENTRIFUGAL PUMP

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.
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 низкая надежность устройства в условиях эксплуатации оборудования из-за применения поплавка, который служит для определения динамического уровня и управления пуском/отключением насосной установки. А также данная установка не позволяет регулировать работу скважины и обеспечивать ее непрерывность.
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-компрессорным трубами, а нижнюю - с затрубным пространством.
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность вследствие того, что отсутствует возможность регулирования работы устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности УЭЦН и обеспечение непрерывности его работы.
Поставленная задача решается тем, что устройство для стабилизации давления на приеме электроцентробежного насоса включает автоматическую систему управления и систему определения динамического уровня, при этом оно снабжено механизмом перепуска жидкости из внутренней полости насосно-компрессорных труб в затрубное пространство, имеющим корпус с отверстиями, образующими гидравлический канал для сообщения полости насосно-компрессорных труб и затрубного пространства с возможностью его перекрытия. Согласно изобретению, механизм перепуска жидкости состоит из корпуса с отверстием и шторки с отверстием, при совмещении отверстий создается гидравлический канал, сообщающий полости НКТ и затрубного пространства, причем в нижней части шторки установлен закрепленный к ней магнит, а в верхней части упомянутой шторки две возвратные пружины и стопор. По периметру шторки 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. Отверстия на корпусе механизма перепуска жидкости и на шторке механизма перепуска жидкости выполнены перпендикулярно оси колонны НКТ, таким образом, что при положении шторки в верхнем (открытом) положении, оси обоих отверстий становятся соосными, а при максимальном нижнем положении (положении закрытия), шторка закрывает отверстия на корпусе, перекрывая перепуск жидкости. Система определения динамического уровня выполнена в виде устройства измерения гидростатического давления, представляющего собой мембрану с тензодатчиком с подведенными к нему контактами и при растяжении-сжатии тензодатчика от воздействия мембраны определяющего гидростатическое давление столба жидкости в межтрубном пространстве, установленного в корпусе между двумя последовательно соединенными НКТ, под механизмом перепуска жидкости, ниже динамического уровня. 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 корпусе, закрепленном между двумя последовательно соединенными НКТ, ниже механизма перепуска жидкости, выше системы определения динамического уровня.
На фиг. 1 представлена схема устройства в скважине, на фиг. 2, фиг. 3 фронтальная и горизонтальная проекция датчика измерения давления 3, на фиг. 4, фиг 5. фронтальная и горизонтальная проекция устройства подачи команд 5, на фиг. 6 фронтальная проекция механизма перекрытия отверстия, на фиг. 7 вид А фронтальной проекции механизма перекрытия отверстия, на фиг. 8 горизонтальная проекция механизма перекрытия, на фиг. 9 вид А горизонтальной проекции механизма перекрытия.
Устройство (фиг. 1) устанавливается между НКТ 1, над насосом 2 и включает в себя устройство 3 измерения давления, устройство 4 подачи команд и механизм 5 перепуска жидкости. Элементы 3, 4 и 5 соединены между собой и трансформатором 6 через кабель 7. Причем, устройство 3 измерения давления устанавливается таким обзором, что датчик измерения давления находится ниже динамического уровня 8 газожидкостной смеси 9, а устройство 4 подачи команд и механизм 5 перепуска жидкости должен находиться выше, в затрубном пространстве 10.
Устройство 3 измерения давления (фиг. 2-3), представляет собой корпус 11 с выемкой 12. На корпусе 11 выполнены внутренняя и наружная резьба в верхней и нижней части соответственно (не показано) для установки устройства между двумя последовательно соединенными НКТ. В выемке 12 выточен специальный паз 13 с резьбой 14 на конце, в который монтируется датчик 15 давления, причем таким образом, чтобы контактная головка 16 датчика 15 находилась в контакте с измеряемой средой 9 и замеряет давление динамического уровня в реальном времени.
Устройство 4 подачи команд (фиг. 4-5) представляет собой корпус 17 с выемкой 18. На корпусе 17 выполнены внутренняя и наружная резьба в верхней и нижней части соответственно (не показано) для установки устройства между двумя последовательно соединенными НКТ. В выемке 18, в специальный пазу 19, закреплена системная плата 20, на которой монтируются процессор 21, и распределитель 22 тока. Сверху выемка 18 закрывается крышкой 23 с отверстиями 24, уплотнителем кабеля 25 и резиновым уплотнителем 26. Крышка 23 крепится к выемке 18 с помощью крепежных винтов 27.
Механизм 5 перепуска жидкости (фиг. 6-9) представляет собой корпус 28 с выемкой 29 и отверстием 30 для сообщения внутренней полости НКТ с затрубным пространством. На корпусе 28 выполнены внутренняя и наружная резьбы в верхней и нижней части соответственно (не показано) для установки устройства между двумя последовательно соединенными НКТ. В выемке 29, в специальном пазу 31 установлена металлическая шторка 32 с отверстием 33 для сообщения внутренней полости НКТ с затрубным пространством. В нижней части шторки 32 установлен постоянный магнит 34, а в нижней части корпуса 28, в крышке 35, установлена катушка 36 индуктивности, с возможностью подведения проводов через отверстия 37 уплотнителями 38. В верхней части выемки 28 над шторкой 32 установлены возвратные пружины 39 и ограничитель 40 хода. По периметру шторки 32 установлены несколько рядов шариков 41, зафиксированных в специальном вырезе 42 для уменьшения трения и фиксации шторки 32. Катушка 36 индуктивности заизолирована специальным герметиком 44. Крышка 35 крепится к выемке 29 с помощью крепежных винтов 44 и имеет уплотнения 45.
Устройство работает следующим образом.
Датчик 15 устройства 3 измерения давления воспринимает гидростатическое давление от воздействия динамического уровня газожидкостной смеси 9 в затрубном пространстве 10 и преобразует его в электрический сигнал. Полученный сигнал, через кабель 7 поступает в устройство подачи команд 4, на системную плату 20, далее на процессор 21, в котором происходит его обработка, определение динамического уровня, и при определенном диапазоне полученных значений сигнал поступает на распределитель 22 тока, который подключен к трансформатору 6. Причем датчик 15 способен постоянно воспринимать любое давление и передавать его на процессор 21, тем самым позволяя определять динамический уровень в реальном времени, в том числе и нулевое давление, когда динамический уровень опускается ниже уровня датчика. Распределитель 22 подает ток на механизм 5 перепуска жидкости. Принцип действия механизма 5 перепуска жидкости основан на электромагнитном взаимодействии катушки 36 индуктивности и магните 34. В случае, когда на механизм подается напряжение, через катушку 36 индуктивности протекает постоянный ток. Возникает магнитное поле, линии которого проходят от южного полюса к северному. Магнит 34, который расположен на нижней части шторки 32, обращен к катушке 36 индуктивности северным полюсом. Вследствие того, что одноименные полюса взаимодействуют друг с другом, это приводит магнит 34 в движение, отталкивая его от катушки 36 индуктивности. Магнит 34 со шторкой 32, передвигаясь вдоль ленты подшипниковых шариков 41, прижимают пружины 39 до ограничителя 40 хода. В результате этого отверстие 33 в шторке 32 и отверстия 30 в корпусе 28 становятся соосными. Образуется гидравлический канал и происходит перепуск части нефтепродукта в затрубное пространство 10 посредством излива. Тем самым обеспечивается достаточный динамический уровень для сохранения нормальной работы насоса. В случае, когда на механизм напряжение не подается, пружины 39 разжимаются. Механизм 5 возвращается в исходное положение, перекрывая отверстия 30 в корпусе 28 перекрываются шторкой 32. Установка работает в штатном режиме.
Использование данного изобретения повысит надежность УЭЦН и обеспечит непрерывность его работы.