Устройство для откачки пластовой жидкости из скважины

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при откачке пластовой жидкости. Устройство содержит силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу. Дополнительно на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты. Преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией. Причем выход преобразователя подключен к электродвигателю. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение для откачки пластовой жидкости.

Известны в настоящее время устройства для откачки пластовой жидкости, где используют погружные центробежные насосы, состоящие из асинхронного короткозамкнутого электродвигателя и центробежного насоса [1]. Учитывая, что глубина скважины бывает разная, а мощность насосов дискретно возрастает (22, 32, 45, 63 кВт и т.д.) на 30%, практически всегда мощность насоса превышает необходимую.

Известно, что скважина работает в оптимальном режиме, когда приток нефти и отдача равновелики. Если равновесие нарушается, то необходимо переходить на периодический режим откачки (например, 2 ч работы, 1 ч паузы и т.д.). Это приводит к частым пускам насосного агрегата, что является результатом преждевременного выхода из строя насоса, двигателя и труб из-за динамических ударов, дисбаланса, лопаток насоса из-за осаждения сгустков нефти и т.д. Для длительной оптимальной работы насосного агрегата необходимо иметь регулируемый электропривод. Единственным экономичным способом регулирования скорости асинхронного короткозамкнутого двигателя является частотное регулирование.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является электропривод [2] известной зарубежной фирмы, например "ABB", которая производит регулируемый электропривод асинхронных электродвигателей погружных насосов.

Указанный электропривод имеет ряд недостатков: 1. Для работы асинхронного двигателя необходим реактивный ток (ток намагничивания), который составляет до 30% активного тока, потери от которого в погружном кабеле (1,5-2 км) снижают КПД привода и приводят к увеличению сечения кабеля.

2. Для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя необходим преобразователь частоты на полностью управляемых полупроводниковых ключах, в качестве которых инофирмы используют или запираемые тиристоры, или силовые транзисторные модули. Однако на напряжение несколько киловольт такая элементная база отсутствует, а двигатели имеют рабочее напряжение 1-2 кВ. Поэтому для питания погружного двигателя применяют дополнительно промежуточный трансформатор, т. е. к скважине подводится напряжение 6 кВ, которое понижается до 380 В, преобразуется из 50 Гц в нужную частоту и с помощью промежуточного трансформатора повышается до рабочего напряжения двигателя 1-2 кВ.

3. У асинхронного двигателя воздушный зазор между статором и ротором 0,4 мм, увеличение зазора приводит к снижению cosf и КПД. А такой малый зазор является причиной дополнительных потерь в насосе, прокачивающем трансформаторное масло внутри двигателя, кроме того, небольшой зазор является причиной снижения долговечности двигателя.

Технический результат изобретения - упрощение, повышение надежности и улучшение энергетических показателей.

Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, что в устройстве для откачки пластовой жидкости из скважин, содержащем силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю - это позволяет упростить конструкцию устройства и обеспечить более надежную работу и повысить энергетические показатели.

На чертеже приведена схема заявляемого устройства, где приняты следующие обозначения: 1 - понижающий трансформатор 6/10 кВ на рабочее напряжение двигателя (0,7-2 кВ); 2 - преобразователь частоты; 3 - (вентильный) электродвигатель; 4 - погружной центробежный насос; 5 - выпрямитель; 6 инвертор; Устройство содержит понижающий трансформатор 1, подключенный к преобразователю 2, который подключен к электродвигателю 3, последний приводит во вращение погружной насос 4.

Устройство работает следующим образом.

Высокое напряжение 6/10 кВ, подводится к скважине с помощью понижающего трансформатора 1, где напряжение понижается до рабочего напряжения погружного двигателя (U_p=0,7-2 кВ), которое поступает на преобразователь частоты 2, коммутация тиристоров в преобразователе естественная и достигается выпрямителем 5 за счет напряжения вторичной обмотки трансформатора 1, а инвертор за счет ЭДС электродвигателя 3. При пуске электродвигателя, когда ЭДС двигателя мала, коммутация инвертора осуществляется за счет прерывания тока путем перевода выпрямителя в инверторный режим, но при скорости более 0,1 преобразователь переходит в режим коммутации с помощью ЭДС двигателя.

Электродвигатель выполнен таким образом, что статор электродвигателя остается без изменения (т.е. статор асинхронного короткозамкнутого погружения двигателя), а на роторе устанавливается высокоэнергетические постоянные магниты, исключив железо с короткозамкнутой обмоткой, и тем самым достигается новый эффект. Зазор между статором и ротором увеличивается в 3-4 раза, что повышает долговечность электродвигателя. Учитывая особенность погружного двигателя, датчик положения ротора на него не устанавливается, а информация о положении ротора берется не в скважине, а на поверхности по ЭДС двигателя.

Формула изобретения

Устройство для откачки пластовой жидкости из скважины, содержащее силовой понижающий трансформатор, подключенный к преобразователю частоты, электродвигатель, подключенный к погружному центробежному насосу, отличающееся тем, что на валу ротора электродвигателя установлены высокоэнергетические постоянные магниты, а преобразователь частоты выполнен на рабочее напряжение электродвигателя и содержит выпрямитель и инвертор на тиристорах с естественной коммутацией, причем выход преобразователя подключен к электродвигателю.

РИСУНКИ

Рисунок 1