Способ управления погружным электродвигателем скважинного насоса

 

Способ управления погружным электродвигателем скважинного насоса для добычи нефти из скважин может быть использован там, где требуется привести в соответствие приток пластовой жидкости в скважину и подачу насоса. Технический результат достигается путем применения в качестве регулируемого устройства гидравлической трансмиссии, состоящей из гидронасоса с регулируемым углом наклона наклонной шайбы и гидромотора, при этом регулирование наклона шайбы осуществляют через подвижный плунжер, упирающийся в наклонную шайбу гидронасоса с одной стороны, и сжатой пружиной, упирающейся в шток, соединенный с наклонной шайбой гидронасоса с другой стороны, относительно оси наклона шайбы. Расширяется область применения и диапазон регулирования частоты вращения погружных электродвигателей скважинных насосов. 3 ил.

Изобретение относится к управлению погружным электродвигателем скважинного насоса для добычи нефти из скважин и может найти применение, когда требуется привести в соответствие приток пластовой жидкости в скважину и подачу насоса.

Известно, что с изменением частоты вращения вала насоса прямо пропорционально изменяется его подача. Также известно, что все скважинные насосы для подъема пластовой жидкости соединяются с погружными электродвигателями непосредственно через шлицевые муфты, значит, частоты вращения вала насоса и электродвигателя одинаковы.

При применении асинхронных трехфазных короткозамкнутых погружных электродвигателей переменного тока изменение частоты их вращения возможно, например, изменением частоты тока с помощью тиристорных преобразователей [1].

Наиболее близким по технической сущности является способ регулирования многосекционного электродвигателя скважинной насосной установки и скважинная насосная установка [2], в которой регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляется путем поочередной подачи электроэнергии через блоки коммутационного аппарата и отдельные кабели к секциям с различным числом пар полюсов многосекционного асинхронного электродвигателя в зависимости от изменяющегося на входе в насос давления, измеряемого с помощью установленного датчика, выход которого подсоединен к коммутационному аппарату.

Недостатком этого технического решения является ограниченность области применения, обусловленная ступенчатостью регулирования частоты вращения многосекционного электродвигателя.

Задача изобретения - расширение области применения и диапазона регулирования частоты вращения вала.

Технический результат достигается тем, что регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляют силой гидростатического давления столба жидкости, находящейся над скважинным насосом, путем применения в качестве регулируемого устройства гидравлической трансмиссии, состоящей из гидронасоса с регулируемым углом наклонной шайбы и гидромотора, при этом регулирование наклона шайбы осуществляют через подвижный плунжер, упирающийся в наклонную шайбу гидронасоса с одной стороны, и сжатой пружиной, упирающейся в шток, соединенный с наклонной шайбой гидронасоса с другой стороны, относительно оси наклона шайбы.

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - схема расположения гидротрансмиссии в скважине.

Устройство управления погружным электродвигателем скважинного насоса, осуществляющее предлагаемый способ (фиг. 1), состоит из корпуса 1, блока цилиндров насоса 2, соединенного с валом 12, наклонной чашки 3 с диском 4, плунжера 5, штока 6, пружины 7, а также блока 8 цилиндров гидромотора, соединенного с валом 9, наклонной чашки 10 с диском с постоянным углом наклона. Между блоком насоса и гидромотора установлен распределительный диск 11 с окнами 13 и 14. Окна 15 и 16 гидроцилиндров сообщаются с окнами 13 и 14 распределительного диска. Между окнами 13 и 14 имеются перемычки А и Б.

Устройство, представляющее собой гидравлическую трансмиссию, в скважине располагается (устанавливается) между валом ПЭДа и валом его гидрозащиты (фиг.2) 3, соединенным с валом скважинного насоса.

Способ регулирования частоты вращения вала насоса осуществляется следующим образом.

При постоянной частоте вращения вала ПЭД 1 (фиг.2) через шлицевую муфту (на схеме не показано) вращение передается валу 12 (фиг. 1), который вращает блок цилиндров 2 (фиг. 1) и наклонный диск 4 в чашке 3 (фиг. 1). Вследствие угла наклона диска через шарнирно соединенные штоки с диском и поршнями цилиндров, поршни совершают возвратно-поступательное движение. При движении внутрь цилиндра рабочая жидкость, находящаяся в них, через окна цилиндров и одно из окон распределителя поступает под поршень блока цилиндров гидромотора, в результате создается сила гидростатического давления, выталкивающая поршень и через шарнирно соединенный шток действует на наклонный диск в чашке 10 гидромотора, создается касательная сила на диск, которая его вращает, одновременно вращая соединенный с диском вал гидромотора.

В зависимости от угла наклона диска гидронасоса изменяется ход поршня, а следовательно, изменяется его подача. Так как скорость вращения гидромотора зависит от количества подаваемой в него жидкости, то соответственно вращается и вал гидромотора. Положение наклонной чашки гидронасоса зависит от положения упирающегося в него плунжера 5, на торцевую поверхность которого действует сила гидростатического давления столба жидкости, находящегося над плунжером в межтрубном пространстве.

Если подача скважинного насоса 4 (фиг.2) будет превышать приток жидкости в скважину, то столб жидкости над плунжером 5 (фиг. 1) будет понижаться, сила гидростатического давления на плунжер уменьшается, и сжатой пружиной 7 (фиг. 1) через шток 6 (фиг. 1), соединенный с чашкой 3 (фиг. 1), последняя будет перемещаться в сторону уменьшения угла наклона по отношению к валу гидронасоса. Ход поршней гидронасоса при этом уменьшится, уменьшится подача насоса в гидромотор, снизится частота вращения вала гидромотора, а следовательно, и частота вращения вала скважинного насоса. В результате этого подача уменьшится и придет в соответствие с притоком жидкости в скважину.

Если приток жидкости в скважину будет больше подачи насоса, то через возрастающий столб жидкости и возрастающие в связи с этим силы гидростатического давления на плунжер 5 (фиг. 1) последний будет перемещать чашку в сторону увеличения угла его наклона, что приведет к увеличению подачи гидронасоса и, как следствие, - к увеличению частоты вращения вала гидромотора и связанного с ним вала скважинного насоса. Подача скважинного насоса увеличится, столб жидкости в скважине начнет понижаться до тех пор, пока не стабилизируется его установившийся уровень, что будет свидетельствовать о равенстве подачи скважинного насоса и притока пластовой жидкости в скважине.

Источники информации 1. Авторское свидетельство SU N 2001313, кл. F 04 D 13/10, опубл. Бюл. N 37-38.

2. Авторское свидетельство SU N 1643794 A1, кл. F 04 D 15/00, 13/12, опубл. Бюл. N 15.

Формула изобретения

Способ управления погружным электродвигателем скважинного насоса, включающий регулирование частоты вращения электродвигателя, отличающийся тем, что регулирование частоты вращения электродвигателя осуществляют силой гидростатического давления столба жидкости, находящейся над скважинным насосом, путем применения в качестве регулируемого устройства гидравлической трансмиссии, состоящей из гидронасоса с регулируемым углом наклона наклонной шайбы и гидромотора, при этом регулирование наклона шайбы осуществляют через подвижный плунжер, упирающийся в наклонную шайбу гидронасоса с одной стороны, и сжатой пружиной, упирающейся в шток, соединенный с наклонной шайбой гидронасоса с другой стороны, относительно оси наклона шайбы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3