ПОГРУЖНАЯ НИЗКООБОРОТНАЯ БЕЗРЕДУКТОРНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к насосным установкам с электрическим приводом, работающим в погруженном состоянии.
Известна установка погружного электродвигателя с системой контроля температуры (по авторскому свидетельству SU1101546, МПК E21B 47/06, опубл. 07.07.84), содержащая погружной блок, установленный в нижней части электродвигателя и соединенный кабелем с узлом питания электродвигателя, к которому подключен силовой кабель.
Известен погружной синхронный электродвигатель (по патенту RU2321141, МПК H02K 19/10, H02K 19/06, опубл. 27.03.2008), содержащий статор, в корпусе которого установлен шихтованный магнитопровод с зубцами на внутренней поверхности и установленный внутри статора ротор, на внешней поверхности которого также расположены зубцы, а между ротором и статором имеется гарантированный зазор, достигается тем, что рабочие поверхности радиальных зубцов статора и ротора смещены относительно друг друга вдоль оси электродвигателя в направлении, противоположном направлению смещения рабочей поверхности зубцов ротора под действием крутящего момента.
Недостатком данного двигателя является отсутствие возможности измерения параметров работы погружного электродвигателя.
Известна погружная низкооборотная безредукторная насосная установка для добычи пластовой жидкости, принятая в качестве прототипа (RU2300018, МПК E21B 47/06, F04B 47/00, F04C 2/107, опубл. 27.05.07), содержащая станцию управления, трехфазный источник переменного напряжения и спускаемый в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах погружной электронасосный агрегат, состоящий из электродвигателя с гидрозащитой, обмотки которого соединены в "звезду", насоса и кабельной линии, отличающаяся тем, что насос выполнен в виде винтового насоса, а электродвигатель в виде синхронного электродвигателя, имеющего статор с явно выраженными полюсами, внешняя поверхность которых гладкая или снабжена радиальными зубцами, безобмоточный ротор, на внешней поверхности которого выполнены радиальные зубцы, на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные обмотки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и обмотки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, фазы через провода кабельной линии подключены к источнику переменного синусоидального напряжения.
Недостатками известной установки являются отсутствие возможности измерения параметров работы погружного электродвигателя, в частности: температуры обмоток погружного электродвигателя, вибрации электродвигателя погружного насоса, сопротивление изоляции электродвигателя, давления на приеме насоса, а также недостаточная надежность, поскольку на погружной электродвигатель установки действуют осевые и радиальные силы, возникающие при работе винтового насоса, вследствие большой глубины спуска установки (давление столба жидкости) и наличия эксцентрика ротора винтового насоса.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы погружной установки за счет обеспечения возможности контролировать работу насосной установки, предотвращения аварийных ситуаций и обеспечение разгрузки погружного электродвигателя от действия осевых и радиальных сил, возникающих при работе винтового насоса.
Повышение надежности работы погружной установки достигается за счет установки в корпус синхронного электродвигателя погружного блока системы телеметрии.
Обеспечение разгрузки погружного синхронного электродвигателя достигается за счет применения разгрузочного узла, воспринимающего осевые и радиальные нагрузки от винтового насоса.
Данная задача решается за счет того, что погружная низкооборотная безредукторная насосная установка для добычи пластовой жидкости содержит станцию управления с частотным преобразователем и спускаемый в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах погружной электронасосный агрегат, состоящий из винтового насоса с приемным модулем и кабельной линии, гидрозащиты, синхронного электродвигателя, включающего статор с явно выраженными полюсами и безобмоточный ротор, на полюсах статора намотаны идентичные индуктивные обмотки, соединенные в фазы, при этом каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные диод и обмотки, причем диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение и собраны в выпрямительный блок, встроенный в статор синхронного электродвигателя, установка содержит преобразующий трансформатор, в корпус синхронного электродвигателя встроен погружной блок системы телеметрии, а гидрозащита снабжена узлом разгрузки, содержащим осевой подшипник и устройство, компенсирующее эксцентрик ротора винтового насоса.
Кроме того, погружной блок телеметрии может быть установлен в головке или основании синхронного электродвигателя.
Кроме того, узел разгрузки может быть выполнен в виде отдельного блока или встроен в винтовой насос или гидрозащиту.
Полезная модель поясняется фиг.1, на которой изображена погружная низкооборотная безредукторная насосная установка, фиг.2, на которой приведено поперечное сечение погружного синхронного электродвигателя.
Погружная насосная установка по предлагаемому техническому решению содержит станцию управления 1 с частотным преобразователем, преобразующий трансформатор 2, а также спускаемый в скважину на подъемных насосно-компрессорных трубах погружной электронасосный агрегат, состоящий из винтового насоса 3 с приемным модулем и кабельной линии 4, синхронного электродвигателя 5 с гидрозащитой 6, содержащей узел разгрузки 7. Синхронный электродвигатель 5 включает головку 8, основание 9, безобмоточный ротор 10 и статор 11 с явно выраженными полюсами, на полюсах которого намотаны идентичные индуктивные обмотки, соединенные в фазы. Каждая фаза состоит из двух параллельных ветвей, каждая из которых включает последовательно соединенные диод и обмотки, диоды в параллельных ветвях имеют встречное включение, причем диоды собраны в выпрямительный блок, встроенные в статор 11 синхронного электродвигателя 5. При этом в корпус синхронного электродвигателя 5 встроен погружной бло.к системы телеметрии 12. Гидрозащита 6 снабжена узлом разгрузки 7, содержащим осевой подшипник и устройство, компенсирующее эксцентрик ротора винтового насоса 3 (например, гибкий вал, эксцентриковая муфта).
Погружной блок телеметрии 12 может быть установлен в головке 8 или основании 9 синхронного электродвигателя 5. Погружной блок телеметрии 12 представляет собой герметичный цилиндрический контейнер, содержащий датчики, устройство сбора информации, передатчик. Узел разгрузки 7 может быть выполнен в виде отдельного блока или встроен в винтовой насос 3 или гидрозащиту 6.
Погружная насосная установка работает следующим образом. Станция управления 1 со встроенным частотным преобразователем выдает сигнал низкого напряжения переменного тока на преобразующий трансформатор 2, который преобразует переменное напряжение промысловой сети в величину рабочего переменного напряжения, и передает посредством кабельной линии 4 к синхронному электродвигателю 5. В преобразующем трансформаторе 2 имеются регулировочные отпайки, с помощью которых возможно достичь оптимальное напряжение на входе в синхронный электродвигатель 5 с учетом потерь напряжения в кабельной линии 4.
При подключении синхронного электродвигателя 5 к источнику напряжения на каждую фазу двигателя подается напряжение одной фазы источника. Поскольку напряжение на обмотки каждой фазы подается через диоды, включенные в противоположных направлениях, то на обмотки одной ветви фазы поступают только положительные полуволны напряжения, а на обмотки другой ветви фазы - только отрицательные. Так поочередно на обмотки фаз каждой пары ветвей поступают в виде полуволн импульсы напряжения.
Соответственно, под действием каждого импульса напряжения в обмотках одной ветви фазы формируется импульс тока, который, в свою очередь, создает магнитные потоки в полюсах статора 11 и вызывает силы магнитного притяжения между зубцами полюсов и шунтов статора 11 и зубцами ротора 10.
Синхронный электродвигатель 5 преобразует электрическую энергию, поступающую по кабельной линии 4, в механическую энергию вращения вала винтового насоса 3, передаваемую через вал гидрозащиты 6. Под действием крутящего момента ротор 10 стремится поворачивать винтовой насос 3, соединенный с ним. Это является для электродвигателя 5 нагрузкой в виде крутящего момента, направленного противоположно моменту электродвигателя 5.
Винтовой насос 3, вращая ротор 10, поднимает пластовую жидкость по насосно-компрессорным трубам на поверхность. При этом возникает осевая и радиальная нагрузка, действующая на гидрозащиту 6 и электродвигатель 5. Для их компенсации применяется узел разгрузки 7, содержащий осевой подшипник, воспринимающей осевые нагрузки, и устройство, компенсирующее эксцентрик ротора винтового насоса 3 (например, гибкий вал, эксцентриковая муфта). Контроль за работой погружной насосной установкой и предотвращение аварийных ситуаций обеспечивают совместной работой телеметрической системы и станции управления. Телеметрическая система состоит из погружного блока 12, устанавливаемого в головку 8 или основание 9 синхронного электродвигателя 5, и контроллера погружной телеметрии 13, установленного в станции управления 1. Погружной блок системы телеметрии 12 усиливает сигналы от встроенных датчиков, производит их оцифровку, преобразование и передачу информации по кабельной линии 4 питания электродвигателя станции управления 1. В контроллере погружной телеметрии 13 обрабатываются полученные сигналы, сравниваются с заданными установками защиты работы оборудования. В случае критического отклонения (превышение, снижение) параметров от значения установок, происходит аварийное отключение источника питания и погружная насосная установка отключается. Тем самым предотвращается аварийный выход из строя погружного насосной установки.
Таким образом, повышается надежность работы погружной насосной установки, обеспечивается разгрузка погружного синхронного электродвигателя от действия осевых и радиальных сил.