Погружная насосная установка (варианты)

Группа изобретений относится к устройствам для перекачивания текучих сред и может быть использована в промышленности при откачивании жидкостей из скважин. По первому варианту погружная насосная установка состоит из расположенных последовательно вдоль продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники 9, насоса и электродвигателя электронного управления. Выход 19 насосной установки расположен в передней части модуля 9, выход 20 насоса - в передней части насоса. Выход 20 соединен с выходом 19 при помощи трубки 25 транспортировки перекачиваемой жидкости. Модуль 9 содержит усилитель 18 схемы питания электродвигателя. Усилитель 18 кабелями соединен с наземным источником электропитания и с электродвигателем электронного управления. Трубка 25 расположена внутри модуля 9. Усилитель 18 содержит, по меньшей мере, один силовой электронный ключ 29, закрепленный на трубке 25. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы погружной насосной установки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Предложенная группа изобретений относится к устройствам для перекачивания текучих сред и может быть использована в промышленности при откачивании жидкостей из скважин. Это требуется, например, при насосной добыче нефти, а также при удалении воды из скважин, используемых для дегазации угольных пластов.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известна погружная насосная установка, состоящая из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники, насоса и электродвигателя электронного управления. Выход насосной установки при этом расположен в передней части модуля электроники, а выход насоса расположен в передней части насоса. Выход насоса соединен с выходом насосной установки при помощи трубки транспортировки перекачиваемой жидкости. Модуль электроники содержит усилитель схемы питания электродвигателя. Усилитель схемы питания электродвигателя кабелями соединен с наземным источником электропитания и с электродвигателем электронного управления (см. заявку на изобретение РФ № 2016110681, опубликованную 23.03.2016 г.).

Недостатком данного технического решения является то, что тепло, выделяющееся в усилителе, рассеивается в окружающую среду - в жидкость вокруг модуля электроники. Из-за незначительной теплоотдачи от наружной поверхности модуля электроники компоненты усилителя схемы питания электродвигателя могут перегреваться и выходить из строя.

Еще одним недостатком данного технического решения является то, что тепло, выделяющееся в конденсаторах схемы питания электродвигателя, которые содержатся в модуле электроники, рассеивается в окружающую среду - в жидкость вокруг модуля электроники. Из-за незначительной теплоотдачи от наружной поверхности модуля электроники эти конденсаторы могут перегреваться и выходить из строя.

Таким образом, вышеприведенное техническое решение не позволяет решить проблему предотвращения перегрева компонент усилителя схемы питания электродвигателя. Также вышеприведенное техническое решение не позволяет решить проблему предотвращения перегрева конденсаторов схемы питания электродвигателя.

Техническая задача и технический результат

Предложенная группа изобретений направлена на устранение вышеотмеченных недостатков и на создание насосной установки, позволяющей откачивать жидкость из скважины в благоприятном температурном режиме для компонент ее модуля электроники - компонент усилителя схемы питания электродвигателя и/или конденсаторов схемы питания электродвигателя.

Технический результат, достигаемый при этом, состоит в снижении вероятности ремонта из-за перегрева и выхода из строя компонент модуля электроники - компонент усилителя схемы питания электродвигателя и/или конденсаторов схемы питания электродвигателя погружной насосной установки в процессе откачки жидкости, и, как следствие - повышение надежности работы погружной насосной установки.

Сущность созданного технического решения

Данный технический результат может быть достигнут при создании погружной насосной установки, состоящей из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники, насоса и электродвигателя электронного управления. Причем выход насосной установки расположен в передней части модуля электроники, выход насоса расположен в передней части насоса, выход насоса соединен с выходом насосной установки при помощи трубки транспортировки перекачиваемой жидкости. Модуль электроники содержит усилитель схемы питания электродвигателя. Усилитель схемы питания электродвигателя кабелями соединен с наземным источником электропитания и с электродвигателем электронного управления.

Трубка транспортировки перекачиваемой жидкости, согласно изобретению, расположена внутри модуля электроники, а усилитель схемы питания электродвигателя содержит, по меньшей мере, один силовой электронный ключ. Силовой электронный ключ закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости с обеспечением возможности теплообмена с перекачиваемой по ней жидкостью.

Также данный технический результат может быть достигнут при создании погружной насосной установки, состоящей из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники, насоса и электродвигателя электронного управления. Выход насосной установки расположен в передней части модуля электроники, а выход насоса расположен в передней части насоса. Выход насоса соединен с выходом насосной установки при помощи трубки транспортировки перекачиваемой жидкости. Модуль электроники кабелями соединен с наземным источником электропитания и с электродвигателем электронного управления.

Трубка транспортировки перекачиваемой жидкости, согласно изобретению, расположена внутри модуля электроники. Модуль электроники содержит, по меньшей мере, один конденсатор схемы питания электродвигателя, который закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости с обеспечением возможности теплообмена с перекачиваемой по ней жидкостью.

Краткое описание чертежей

Предложенная группа изобретений поясняется следующими графическими изображениями.

Фиг. 1 - скважина для откачивания жидкости в разрезе с погружной насосной установкой.

Фиг. 2 - разрез по продольной оси модуля электроники погружной насосной установки. Электрические кабели не изображены.

Подробное описание технического решения

Погружная насосная установка 1 внутри скважины для откачивания жидкости схематично изображена на Фиг. 1. Пропорции насосной установки на Фиг. 1 изменены - она сжата в направлении продольной оси. В состав скважины входит ствол 2 скважины, который соединяет поверхность земли 3 и подземный пласт 4. На поверхности земли 3 находится наземная часть 5 скважины. Внутри ствола 2 скважины расположена обсадная колонна 6. В обсадной колонне 6 на глубине находится погружная насосная установка 1, подвешенная на насосно-компрессорной трубе 8.

Насосно-компрессорная труба 8 соединяет погружную насосную установку 1 и поверхность земли 3 сквозь наземную часть 5 скважины. Насосно-компрессорная труба 8 может состоять из отдельных участков, свинченных между собой резьбовыми муфтами. Погружная насосная установка 1 выполнена с возможностью передачи скважинной жидкости из внутренней области обсадной колонны 6 через насосно-компрессорную трубу 8 на поверхность земли 3.

Погружная насосная установка 1 состоит из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники 9, насоса 10 и электродвигателя электронного управления 11. Электродвигатель электронного управления 11 может быть линейного шагового пьезоэлектрического типа. В состав электродвигателя электронного управления 11 может входить протектор и/или компенсатор. Электрическая энергия, необходимая для работы электродвигателя 11, поступает с поверхности земли 3 по электрическому кабелю 12, соединенному с наземным источником электропитания 13. Кабель 12 проходит через наземную часть 5 скважины в пространство между насосно-компрессорной трубой 8 и обсадной колонной 6.

Скважина для откачивания жидкости имеет вертикальный участок 14. Также скважина может иметь горизонтальный участок 15. Переход вертикального участка 14 в горизонтальный участок 15 образует в этом случае искривление 16. Возможен вариант, что погружная насосная установка расположена в искривлении 16 ствола 2 скважины или после искривления 16 в ее горизонтальном участке 15. Этот вариант расположения погружной насосной установки изображен на Фиг. 1 пунктиром и помечен позицией 17. Электрический кабель в этом месте расположения насосной установки не изображен.

Возможен вариант конструкции скважины, при котором насосно-компрессорная труба 8 и кабель 12 выполнены в качестве единого связующего устройства, способного удерживать погружную насосную установку 1 от вертикального перемещения, передавать как поток пластовой жидкости, так и электричество. Электрические силовые, возможные электрические сигнальные жилы и возможные оптические жилы расположены в стенке насосно-компрессорной трубы в толще изоляционного материала при таком варианте конструкции.

Также насосно-компрессорная труба 8 может быть гибкой длинной трубой, способной разматываться с барабана, расположенного на поверхности земли 3 при монтаже погружной насосной установки 1 в скважину.

Модуль электроники 9 содержит усилитель 18 схемы питания электродвигателя, выход 19 погружной насосной установки расположен в передней части модуля электроники 9, а выход 20 насоса расположен в передней части насоса 10.

Модуль электроники 9 погружной насосной установки (Фиг. 2) состоит из задней концевой детали 21, к которой присоединен корпус насоса 22, и в котором находится нагнетательный клапан 23 насоса 10. Также на наружной части задней концевой детали закреплена корпусная труба 24. В передней части модуля электроники 9 корпусная труба 24 закреплена на наружной части передней концевой детали 26. Возможен вариант выполнения устройства, в котором нагнетательный клапан 23 насоса 10 находится в передней концевой детали 26 или в насосно-компрессорной трубе 8 (Фиг. 1). Трубка транспортировки перекачиваемой жидкости 25 (Фиг. 2) расположена внутри модуля электроники 9, закреплена своим задним концом 27 в задней концевой детали 21, а передним концом 28 - в передней концевой детали 26. Трубка транспортировки перекачиваемой жидкости 25 соединяет между собой выход 20 насоса и выход 19 погружной насосной установки.

Усилитель 18 схемы питания электродвигателя содержит, по меньшей мере, один силовой электронный ключ 29, который закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости 25. Также модуль электроники 9 содержит, по меньшей мере, один конденсатор 30 схемы питания электродвигателя, который закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости 25. Крепление силовых электронных ключей 29 и конденсаторов 30 выполнено с обеспечением возможности их теплообмена с перекачиваемой жидкостью в трубке транспортировки перекачиваемой жидкости 25. В области закрепления силовых электронных ключей 29 и конденсаторов 30 на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости 25 воображаемая продольная ось 31 трубки транспортировки перекачиваемой жидкости 25 смещена в радиальном направлении относительно воображаемой продольной оси модуля электроники 9 в сторону внутренней стенки корпусной трубы 24.

К усилителю 18 схемы питания электродвигателя через переднее герметизированное отверстие 32 подведен с поверхности земли 3 (Фиг. 1) кабель 12 электропитания. Усилитель 18 и электродвигатель электронного управления 11 через заднее герметизированное отверстие 33 в задней концевой детали 21 модуля электроники 9 соединены кабелем 14. На Фиг. 2 кабели 12 и 14 не изображены. Внутренний объем модуля электроники 9 между корпусной трубой 24 и трубкой транспортировки перекачиваемой жидкости 25, в том числе вокруг трубки транспортировки перекачиваемой жидкости 25, заполнен маслом.

Устройство работает следующим образом. От источника электропитания 13 (Фиг. 1) по кабелю 12 сквозь наземную часть 5 скважины к модулю электроники 9 погружной насосной установки 1 поступает электрическая энергия. Усилитель 18 при помощи силовых электронных ключей 29 (Фиг. 2) преобразует ее в импульсы электрического напряжения. В состав электрических схем модуля электроники 9 входят конденсаторы 30 схемы питания электродвигателя. Импульсы электрического напряжения поступают от модуля электроники 9 по кабелю 14 (Фиг. 1) к электродвигателю электронного управления 11 через заднее герметизированное отверстие 33 (Фиг. 2).

Электродвигатель электронного управления 11 (Фиг. 1) приводит в действие насос 10. Насос 10 всасывает скважинную жидкость из пространства между обсадной колонной 6 и погружной насосной установкой 1 и нагнетает ее в трубку транспортировки перекачиваемой жидкости 25 (Фиг. 2). Выделяющееся в процессе работы в силовых электронных ключах 29 и конденсаторах 30 схемы питания электродвигателя тепло, благодаря закреплению этих компонент на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости 25, уносится с перекачиваемой насосом 10 (Фиг. 1) скважинной жидкостью по насосно-компрессорной трубе 8 к наземной части 5 скважины.

Устройство, описанное в данной заявке, применимо в промышленности при откачке пластовой жидкости из скважин. Группа изобретений была раскрыта выше со ссылкой на конкретные варианты ее осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретений, входящих в группу, не меняющие их сущности, как они раскрыты в настоящем описании. Соответственно, изобретения, входящие в группу, следует считать ограниченной по объему правовой охраны только нижеследующей формулой изобретения.

1. Погружная насосная установка, состоящая из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники, насоса и электродвигателя электронного управления,

выход насосной установки расположен в передней части модуля электроники,

выход насоса расположен в передней части насоса,

выход насоса соединен с выходом насосной установки при помощи трубки транспортировки перекачиваемой жидкости,

модуль электроники содержит усилитель схемы питания электродвигателя,

усилитель схемы питания электродвигателя кабелем соединен с наземным источником электропитания,

усилитель схемы питания электродвигателя кабелем соединен с электродвигателем электронного управления,

характеризующаяся тем, что

трубка транспортировки перекачиваемой жидкости расположена внутри модуля электроники,

усилитель схемы питания электродвигателя содержит, по меньшей мере, один силовой электронный ключ,

силовой электронный ключ закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости с обеспечением возможности теплообмена с перекачиваемой жидкостью в трубке транспортировки перекачиваемой жидкости.

2. Погружная насосная установка по п. 1, характеризующаяся тем, что внутренний объем модуля электроники вокруг трубки транспортировки перекачиваемой жидкости заполнен маслом.

3. Погружная насосная установка по п. 1, характеризующаяся тем, что воображаемая продольная ось трубки транспортировки перекачиваемой жидкости смещена в радиальном направлении относительно воображаемой продольной оси модуля электроники в области закрепления на ней силового электронного ключа.

4. Погружная насосная установка, состоящая из расположенных последовательно вдоль воображаемой продольной оси в направлении спереди назад модуля электроники, насоса и электродвигателя электронного управления,

выход насосной установки расположен в передней части модуля электроники,

выход насоса расположен в передней части насоса,

выход насоса соединен с выходом насосной установки при помощи трубки транспортировки перекачиваемой жидкости,

модуль электроники кабелем соединен с наземным источником электропитания,

модуль электроники кабелем соединен с электродвигателем электронного управления,

характеризующаяся тем, что

трубка транспортировки перекачиваемой жидкости расположена внутри модуля электроники,

модуль электроники содержит, по меньшей мере, один конденсатор схемы питания электродвигателя,

конденсатор схемы питания электродвигателя закреплен на трубке транспортировки перекачиваемой жидкости с обеспечением возможности теплообмена с перекачиваемой жидкостью в трубке транспортировки перекачиваемой жидкости.

5. Погружная насосная установка по п. 4, характеризующаяся тем, что внутренний объем модуля электроники вокруг трубки транспортировки перекачиваемой жидкости заполнен маслом.

6. Погружная насосная установка по п. 4, характеризующаяся тем, что воображаемая продольная ось трубки транспортировки перекачиваемой жидкости смещена в радиальном направлении относительно воображаемой продольной оси модуля электроники в области закрепления на ней конденсатора.