Скважинное измерительное устройство с проходным валом

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида, для регулирования добычи из продуктивного горизонта, а также для исследования скважин, предназначена для передачи телеметрической информации, в частности, параметров среды и параметров погружного электродвигателя, и применяется в условиях необходимости размещения проходного вала через конструкцию блока телеметрии.
К системам телеметрии, работающим в области нефтедобывающей промышленности, выдвигаются широкие требования, которые непосредственно в процессе добычи полезных ископаемых могут включать измерение температуры погружного электродвигателя (ПЭД), температуры масла ПЭД, давления масла ПЭД, параметров вибрации в зоне подвески ПЭД, контроль изоляции, состояния среды добычи и прочих характеристик. Кроме данных требований, конфигурация телеметрических устройств может обуславливаться конструкцией ПЭД и возможностями размещения данных устройств на электропогружных насосных установках.
Известным исполнением является расположение устройств телеметрии вокруг вала, являющегося элементом конструкции электропогружной насосной установки.
В устройстве измерения давления флюида [Pat. CN 203640722, IPC Е21В 47/00; Е21В 47/047; Е21В 47/06. Fluid column pressure monitor in shaft / Yu Zaixing et al.; applicant Daqing Hongxiangyu Technology Co Ltd. - Appl. No. CN 20132890077 U; applied 31.12.2013; pub. date 11.06.2014] реализуется схема, направленная на контроль работы установки (измерение давления и температуры) в режиме реального времени. Одножильный вводный штифт фиксируется в верхней части через концевую заглушку вставного штифта и соединен с кабелем, вставляемый штыревой наконечник имеет резьбовое соединение с верхним соединением, а верхнее соединение и верхний наружный цилиндр имеет резьбовое соединение и герметизирован через уплотнительное резиновое кольцо; верхний наружный цилиндр и разъем датчика находятся в резьбовом соединении и герметизированы через уплотнительное резиновое кольцо; монтажная плата крепится к опоре печатной платы через болт; защитная часть цепи состоит из продольной амортизирующей пружины, радиального амортизирующего резинового кольца, переходного пружинного основания и верхнего наружного цилиндра и продольной амортизирующей пружины, радиального амортизирующего резинового кольца; на мониторе уплотнительная торцевая крышка и разъем датчика находятся в резьбовом соединении и герметизированы через уплотнительное резиновое кольцо; поршень реле давления и разъем датчика герметизируются через резиновое кольцо.
Недостатками представленного технического решения является следующее:
- низкая информативность телеметрии, обусловленная использованием лишь датчиков температуры и давления;
- наличие погрешностей измерений, связанных с осуществлением косвенных измерений смежных с температурой и давлением параметров;
- недостаточная надежность конструкции, обусловленная отсутствием конструктивных решений в погружном устройстве, направленных непосредственно на обеспечение работы измерительного блока в условиях перепадов давления;
- невысокая достоверность результатов измерений, связанная с отсутствием элементов защиты от высоковольтных помех, характерных для подобных устройств.
Известно устройство измерения параметров погружного насоса, работающее с проходным валом [Pat. GB 2502880, IPC Е21В 43/12; Е21В 47/00; F04D 13/10. A shaft bearing sensor for an electric submersible pump / J.E. Fonneland; applicant Schlumberger Holdings. - Appl. No. GB 20130006940; applied 17.04.2013; pub. date 11.12.2013]. Электрический погружной насос включает в себя двигатель и датчики, связанные с валом или роторным подшипником. Модуль мониторинга отслеживает данные от датчиков, а модуль управления изменяет параметры электрического погружного насоса на основе данных датчиков. Устройство включает датчики утечки, температуры, крутящего момента, вибрации, а также датчики текущих параметров работающих подшипников.
Недостатками указанного технического решения является следующее:
- недостаточная надежность конструкции, обусловленная отсутствием конструктивных решений в погружном устройстве, направленных непосредственно на обеспечение работы измерительного блока в условиях перепадов давления;
- повышенная себестоимость конструкции за счет применения дополнительных датчиков, направленных на повышение точности измерений, при этом достоверность результатов измерений снижается в условиях отсутствия элементов защиты от высоковольтных помех, характерных для подобных устройств;
- повышенная вероятность выхода из строя элементов конструкции, обусловленная сложностью конструкции - использованием дополнительных элементов, дублирующих датчиков, а также датчиков, не оказывающих существенное влияние на результаты измерения и эффективность работы электропогружной установки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство телеметрии с проходным валом, представленное в описании соответствующей системы [Пат. RU 2538013, МПК Е21В 47/00. Телеметрическая система эксплуатируемой скважины / Ю.С. Главатских и др.; заявитель Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод". - 3. №2013157466/03; заявл. 24.12.2013; опубл. 10.01.2015]. Телеметрическая система содержит наземный блок приема и обработки информации, соединенный по цепи питания электрический кабель - ПЭД с портом блока погружного телеметрии (БП). БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием и предназначен для контроля и передачи на наземный блок (БН) приема и обработки информации - параметров и верхнего (первого), и нижнего (второго) пластов. При этом порт БП посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи информации и интерфейса связи и питания соединен с его дополнительным портом, к которому подключено устройство измерения (УИ) параметров нижнего (второго) пласта скважины посредством герметичного соединения. Дополнительный порт предназначен для передачи запрошенной информации от устройства измерения к БП. Соединение УИ и БП осуществлено с помощью герметичного соединителя, установленного в вырезе корпуса БП. Устройство сбора и передачи телеметрической информации выполнено с возможностью формирования пакетов данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетов данных о параметрах датчиков второго пласта с устройства измерения и преобразования их для передачи на наземный блок приема и обработки информации по кабелю питания погружного электродвигателя, где эта информация распознается для передачи потребителю.
Недостатками указанного технического решения является следующее:
- недостаточная надежность конструкции, обусловленная применением дополнительных соединений и ограниченностью конструктивных решений в погружном устройстве, направленных непосредственно на обеспечение работы измерительного блока в условиях перепадов давления;
- невысокая достоверность результатов измерений, связанная с недостаточным уровнем защиты от высоковольтных помех, характерных для подобных устройств.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задач повышения надежности работы погружного блока в условиях перепадов давления и агрессивной среды, а также повышения достоверности результатов телеметрии.
Решение этих задач обуславливается совокупностью следующих существенных признаков.
Скважинное измерительное устройство с проходным валом, состоящее из погружного блока скважинный блок выполненного с возможностью соединения посредством электрического кабеля с наземным блоком для приема и обработки информации, причем погружной блок включает проходной вал, взаимодействие с которым осуществляется через подшипники, блоки электроники, включающие набор измерительных датчиков, стабилизатор напряжений с управляемым устройством сбора и передачи информации, связан с обмоткой электродвигателя, которая подключена к обмоткам трехфазного трансформатора через кабельную линию системы питания. Погружной блок содержит фильтрующе-коммутационное устройство, которое включает фильтр низких частот с коммутирующим элементом системы управления, представляющем собой геркон, установленный на внутреннем радиусе дросселя, составляющем фильтр низких частот. Электронные элементы погружного блока измерительного устройства расположены между предварительно сжатой внутренней и предварительно растянутой внешней трубами в радиальном направлении и, по меньшей мере, двумя проставками в осевом направлении, Устройство также включает дополнительную изоляцию фторопластового исполнения.
Сущность полезной модели объясняется следующим изображением:
- фиг.- сборочный чертеж скважинного измерительного устройства с проходным валом.
На фиг. обозначены следующие позиции: проходной вал, 1, блоки электроники, 2, дроссель, 3, геркон, 4, головной подшипник, 5, базовый подшипник, 6, головная проставка, 7, базовая проставка, 8, внутренняя труба, 9, внешняя труба, 10.
Таким образом, полезная модель обеспечивает решение задач повышения надежности работы погружного блока в условиях перепадов давления и агрессивной среды, а также повышение достоверности результатов телеметрии.
Достигается оптимизация защиты от высоковольтных помех, путем установки в погружном блоке фильтрующе-коммутационного устройства.
Использование предварительно сжатой внутренней и предварительно растянутой внешней труб обеспечивает равномерное распределение восприятия перепадов давления скважинным измерительным устройством с проходным валом. Использование проставок в радиальном направлении обеспечивает дополнительную защиту от деформации блоков электроники.
Расположение геркона на внутреннем радиусе дросселя обеспечивает возможность конструктивного исполнения скважинного измерительного устройства с проходным валом без потери функциональности при включении фильтрующе-коммутационного элемента.
Исполнение дополнительной изоляции из фторопласта обеспечивает дополнительную защиту от агрессивной среды, что, например, в сравнении с кремний органическим исполнением, не позволяет изоляции растворяться во время работы устройства.
2
2
Испытания показали, что конструкция обеспечивает работоспособность при температуре пласта до плюс 150°C, среднеквадратичных значениях вибрации до 30 м/с, гидростатическом давлении в зоне подвески погружного блока до 400 атмосфер. Обеспечивается измерение температуры ПЭД от 0 до плюс 200°C±1,5% с дискретностью показаний 0,01°C; измерение температуры масла ПЭД от 0°C до плюс 150°C±1,5% с дискретностью показаний 0,01°C; измерение давления масла ПЭД от 0 до 400 атмосфер ±0,5% с дискретностью показаний 0,1 атмосфер; измерение среднеквадратичного значения вибрации в радиальном и осевом направлениях в зоне подвески ПЭД от 0 до 30 м/с ±5% с дискретностью показаний 0,1 м/с.