Устройство для управления электронагревом нефтескважин

 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли и может найти применение при очистке эксплуатационных колонн нефтескважин от парафиновых и других отложений. Для повышения надежности установки электронагрева при очистке нефтескважины от парафина производят диагностирование и исключение аномальных режимов снижения сопротивления цепи нефтескважины, либо обрыв указанной цепи. В устройство вводят узел диагностирования и выделения аномальных режимов при нагреве, содержащий выпрямители, датчик выделения модуля выходного напряжения, компараторы и фильтр, соединенные между собой и подключенные к блоку защиты, датчику и задатчику тока, а также к выходу преобразователя. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли промышленности, а именно, к средам очистки эксплуатационных колонн скважин от парафиновых и др. отложений.

Известны устройства электронагрева нефтескважин для очистки их от парафина [1] . В них к электрической цепи, образованной нефтеоткачивающей насоснокомпрессорной трубой (НКТ), погружным контактом и обсадной колонной, подводится напряжение от согласующего трансформатора. За счет протекания тока по указанной цепи происходит разогрев НКТ и расплавление отлагающегося в ней парафина с последующим его выбросом с откачиваемой нефтью при помощи насоса станка нефтекачалки. Основными элементами такой установки является вышеуказанная электрическая цепь и силовой трансформатор. Величина тока в цепи определяется ее импедансом и величиной вторичного напряжения трансформатора, которое в [1] регулируется отводами вторичной обмотки.

Наиболее близким по технической сущности взятым за прототип является установка, выполненная на основе тиристорного преобразователя [2]. Установка содержит тиристорный преобразователь (ТП), который по входу через датчик ДТ тока и силовой трансформатор ТР подключен к трехфазной питающей сети, а по выходу - к нагрузке, образованной электрической цепью "НКТ - погружной контакт - обсадная колонна" нефтескважины. Преобразователь управляется системой управления СУ, подключенной к регулятору тока РТ, соединенному с задатчиком ЗТ тока, подключенному к генератору частоты f. К системе СУ подключен блок защиты УЗ, контролирующий аварийные режимы в установке, задатчиком ЗТ задается величина переменного тока установки. Особенностью установки является возможность плавной регулировки тока нагрев скважины, повышение надежности за счет придания свойств источника тока силовой установке и независимости величины тока от сопротивления электрической цепи нефтескважины, введение специфических защит.

Недостатком прототипа является отсутствие функционального узла, выявляющего аномальное состояние электрической цепи нефтескважины на участке "НКТ - погружной контакт - обсадная колонна". При этом аномальными состояниями будем считать: 1. Снижение сопротивления цепи за счет возможных перемыканий между НКТ и обсадной колонной в местах выше расположения погружного контакта. Это возможно, например, при неисправностях изоляторов, размещенных на НКТ; 2. Увеличение сопротивления цепи за счет ее обрыва, например, вследствие обрыва кабеля или вместе установки погружного контакта.

Указанные режимы приводят к резкому снижению эффективности нагрева и очистки нефти от парафина.

Технический результат заявляемого решения - повышение надежности установки электронагрева при очистке нефтескважины от парафина.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для управления электронагревом нефтескважин, содержащем тиристорный преобразователь, силовой вход которого подключен через датчик тока к сетевому трансформатору, а силовой выход - к электрической цепи нагрузки, образованной насосно-компрессорной трубой, погружным контактом и обсадной колонной; управляющие цепи тиристоров преобразователя соединены с выходом системы импульсно-фазового управления, а ее вход соединен с выходом регулятора тока, вход которого подключен к задатчику тока, соединенному с генератором задающего напряжения, и блок защиты, подключенный к системе импульсно-фазового управления, введены два выпрямителя, датчик модуля выходного напряжения преобразователя, фильтр и два компаратора, при этом вход первого выпрямителя соединен с задатчиком тока, а его выход - с входом фильтра, выход которого подключен к первым входам обоих компараторов, второй вход первого компаратора через второй выпрямитель подключен к выходу датчика тока, а второй вход второго компаратора через датчик модуля выходного напряжения преобразователя подключен к выходу преобразователя, выходы обоих компараторов соединены с соответствующими входами блока защиты.

Сущность изобретения заключается в том, что повышение надежности установки электронагрева нефтескважины достигается за счет диагносцирования и исключения аномальных режимов снижения сопротивления цепи нефтескважины либо обрыва указанной цепи. Снижение сопротивления цепи и ее обрыв негативно сказывается на процесс нагрева НКТ и очистке ее от парафина, так как в первом случае сокращается зона и эффективность нагрева (за счет возникновения токопроводящих перемычек в зоне выше погружного контакта), а во втором случае полностью исчезает ток в цепи "НКТ - погружной контакт - обсадная колонна" и прекращается электронагрев в целом.

Диагносцирование и исключение указанных аномальных режимов осуществляется за счет введения узла диагносцирования и выделения аномальных режимов при нагреве, содержащего выпрямители, датчик выделения модуля выходного напряжения, компараторы и фильтр, вышеуказанным образом соединенные между собой и подключенные к блоку защиты, датчику и задатчику тока, а также к выходу преобразователя.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения: 1 - тиристорный преобразователь; 2 - датчик тока, содержащий трансформаторы тока, выпрямитель и в реверсивных преобразователях - переключатель, обеспечивающий соответствие тока датчика по форме и величине току преобразователя; 3 - силовой трансформатор; 4 - нагрузка преобразователя в виде электрической цепи нефтескважины, образованной насоснокомпрессорной трубой (НКТ), погружным контактом и обсадной колонной; 5 - система импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами; 6 - регулятор тока; 7 - задатчик тока; 8 - генератор задающего сигнала; 9, 11 - выпрямители (или устройства выделения модуля) сигналов; 10 - фильтр; 12 - датчик модуля выходного напряжения преобразователя; 13, 14 - компаратор; 15 - узел диагностирования и исключения аномальных режимов при нагреве; 16 - блок защиты; i_з - задающий ток нагрузки сигнал; i_ос - сигнал обратной связи по току; i_d, U_d - сигналы на выходах выпрямителей по току и напряжению; U_с - напряжение сети; t^o - сигнал, пропорциональный температуре среды.

Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 7 задается величина тока нагрева нефтескважины: на выходе преобразователя 1 под действием сигналов i_з и i_ос устанавливается определенная величина тока нагрузки аналогично тому, как это имеет место в прототипе [2].

При возникновении аномальных режимов блок (узел) 15 выделяет их и выдает отключающие сигналы в блок защиты 16. В результате этого запирается преобразователь 1.

Аномальный режим 1. Характеризуется перемыканием цепи внутри скважины и снижением сопротивления цепи "НКТ - погружной контакт-обсадной колонна". Перемыкание происходит в зоне, расположенной выше погружного контакта, что сокращает длину электрической цепи и эффективность нагрева и очистки НКТ от отложений парафина. Учитывая то, что система регулирования поддерживает заданный ток в цепи и преобразователь 1 является источником тока, при указанном снижении сопротивления величина тока не изменится, но изменится величина выходного напряжения преобразователя. В результате сигнал на выходе 12 уменьшится, что приведет к срабатыванию компаратора 14, воздействию на блок защиты 16 и запиранию преобразователя с включением соответствующей сигнализации.

При этом задающий сигнал на входе (14) образуется выпрямлением узлом (9) сигнала с выхода (7) и его фильтрации при помощи фильтра 10.

Аномальный режим 2. Характеризуется исчезновением указанной электрической цепи по причине обрыва погружного контакта или кабеля. Признаком данного режима является исчезновение тока, т.е. i_ос = 0. В результате срабатывает компаратор 13 и выдает сигнал на блок защиты 16 с отключением преобразователя 1 и включением соответствующей сигнализации.

Подключение выпрямителя 9 к движку потенциометра (7) обеспечивает функционирование устройства в широких пределах регулировки тока преобразователя 1.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с прототипом является повышение надежности установки управления электронагревом нефтескважины. В результате чего возможно своевременно выявить аномальные режимы и, кроме вышеуказанного, также сэкономить электроэнергию, которая в случае перемыканий в скважине будет не эффективно использоваться.

Указанный эффект достигается за счет ведения дополнительных элементов с соответствующим их соединением, образующих блок выделения аномальных режимов.

Изготовлен макетный образец устройства для управления электронагревом нефтескважины и проведены испытания в АО "Татнефть", которые подтвердили положительный результат.

Источники информации: 1. Stop Paraftin Build-up end Realize Yaur well's Full Potential ... [Production Technologies International, Houston, Texas 77060 [phone]] .

2. В.Я. Чаронов, М.Н. Музагитов, А.Г. Иванов, В.В. Горчаков, В.Л. Арзамасов, В.В. Михайлов. Проблема электронагрева нефтескважин при очистке их от отложений парафина. Ж. "Электротехника". N 12, 1995 г.

Формула изобретения

Устройство для управления электронагревом нефтескважин, содержащее тиристорный преобразователь, силовой вход которого подключен через датчик тока к сетевому трансформатору, а силовой выход - к электрической цепи нагрузки, образованной насосно-компрессорной трубой, погружным контактом и обсадной колонной, управляющие цепи тиристоров преобразователя соединены с выходом системы импульсно-фазового управления, а ее вход соединен с выходом регулятора тока, вход которого подключен к задатчику тока, соединенному с генератором задающего напряжения, и блок защиты, подключенный к системе импульсно-фазового управления, отличающееся тем, что в него введены два выпрямителя, датчик модуля выходного напряжения преобразователя, фильтр и два компаратора, при этом вход первого выпрямителя соединен с задатчиком тока, а его выход - с входом фильтра, выход которого подключен к первым входам обоих компараторов; второй вход первого компаратора через второй выпрямитель подключен к выходу датчика тока, а второй вход второго компаратора через датчик модуля выходного напряжения преобразователя подключен к выходу преобразователя, выходы обеих компараторов соединены с соответствующими входами блока защиты.

РИСУНКИ

Рисунок 1