Патент на изобретение №2386806

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИНЫ, ОБОРУДОВАННОЙ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАСОСОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом (ЭЦН). Техническим результатом изобретения является обеспечение зарядки аккумулятора глубинного автономного прибора (АП) и передачи информации с него на поверхность во время проведения исследований без извлечения АП из скважины. Для этого в корпусе ЭЦН выполнена камера в виде перевернутого стакана. На дне стакана просверлено отверстие, через которое пропущен трос, присоединенный к АП и проходящий через межтрубное пространство на поверхность. В корпусе ЭЦН также выполнено гнездо, вокруг которого размещена первая часть обмоток трансформатора зарядки аккумулятора (ТЗА) питания АП и сигнального трансформатора. В АП выполнен элемент, ответный гнезду в корпусе ЭЦН, в котором размещена вторая часть обмоток ТЗА питания АП и сигнального трансформатора. Гнездо и ответный элемент выполнены с возможностью совмещения обмоток трансформаторов в АП и в ЭЦН при подъеме прибора до упора вверх. Обмотки ТЗА питания АП и сигнального трансформатора, находящиеся в корпусе ЭЦН, подключены к одной из жил кабеля с напряжением, питающим фазную обмотку двигателя ЭЦН, через ограничивающий резистор и заградительный конденсатор таким образом, что посредством индуктивной связи одна из обмоток, находящихся в корпусе АП, обеспечивает через выпрямитель зарядку аккумулятора и питание АП, а другая – передачу информации, зарегистрированной в памяти АП, через жилу кабеля ЭЦН и конденсатор на вход вторичного прибора, а обмотки ТЗА питания АП и сигнального трансформатора в АП подключены к соответственно к аккумулятору и электронной схеме АП. 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом.

Известно устройство для исследования скважины, включающее автономные глубинные приборы, колонну насосно-компрессорных труб и насос (патент РФ 2243372, опублик. 27.12.2004).

Информацию с автономных приборов возможно получать только после их извлечения из скважины. Известное устройство за счет применения автономных приборов не позволяет получать оперативную информацию о параметрах жидкости в скважине.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является скважинное устройство, которое содержит глубинный прибор, кабель, электрический центробежный насос и насосно-компрессорные трубы (патент РФ 1587991, опублик. 1995.09.20 – прототип).

Известное устройство лишено автономности и может обеспечивать передачу оперативной информации по кабелю, однако устройство может работать только при наличии кабельного соединения с поверхностью, что в ряде случаев бывает неудобно или даже невыполнимо.

В предложенном изобретении решается задача обеспечения зарядки аккумулятора автономного прибора и передачи информации, зарегистрированной в автономной памяти прибора в период проведения исследований, на поверхность без извлечения прибора из скважины.

Задача решается тем, что в устройстве для эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, включающем колонну насосно-компрессорных труб, электроцентробежный насос (далее насос), кабель и глубинный прибор, согласно изобретению в качестве глубинного прибора используют глубинный автономный прибор (далее прибор), насос снабжают корпусом насоса, в котором выполнена камера в виде перевернутого стакана, на дне которого просверлено отверстие, через которое пропущен трос, присоединенный к прибору и проходящий через межтрубное пространство на поверхность, в корпусе насоса также выполнено гнездо, вокруг которого размещена первая часть обмоток трансформатора зарядки аккумулятора питания прибора и сигнального трансформатора, прибор снабжают корпусом прибора, в котором выполнен элемент, ответный гнезду в корпусе насоса, в котором размещена вторая часть обмоток трансформатора зарядки аккумулятора питания прибора и сигнального трансформатора, гнездо и ответный элемент выполнены с возможностью совмещения при подъеме глубинного автономного прибора до упора вверх так, что обмотки трансформаторов в корпусе прибора и в корпусе насоса при протекании по ним электрического тока создают единый электромагнитный индукционный поток, обмотки трансформатора зарядки аккумулятора питания прибора и сигнального трансформатора, находящиеся в корпусе насоса, подключены к одной из жил кабеля с напряжением, питающим фазную обмотку двигателя насоса, через ограничивающий резистор и заградительный конденсатор таким образом, что посредством индуктивной связи одна из обмоток, находящихся в корпусе прибора, обеспечивает через выпрямитель зарядку аккумулятора и питание прибора, а другая – передачу информации, зарегистрированной в памяти прибора, через жилу кабеля и конденсатор на вход вторичного прибора, а обмотки трансформатора зарядки аккумулятора питания прибора и сигнального трансформатора в приборе подключены соответственно к аккумулятору и электронной схеме прибора.

На фиг.1 схематически изображено устройство для эксплуатации скважины, на фиг.2 – схема подключения прибора, на фиг.3 – эквивалентная схема получения высокочастотного сигнала с выхода прибора.

Устройство содержит глубинный автономный прибор 1 и стакан 2, выполненный в корпусе электроцентробежного насоса 3, присоединенного к колонне насосно-компрессорных труб 4. В глубинном автономном приборе 1 кроме измерительных преобразователей для измерения, например, температуры, давления, расхода и влагосодержания потока жидкости размещен локатор муфтовых соединений обсадной колонны, таймер для отсчета времени, программатор, имеющий несколько программ проведения исследований, которые могут быть включены по команде с вторичного прибора, находящегося на поверхности, блок электронной памяти для регистрации по заданной программе результатов измерений, а также вторичные обмотки трансформаторов для индуктивной связи с первичными обмотками, находящимися в корпусе электроцентробежного насоса 3.

В герметичном корпусе глубинного автономного прибора 1 размещены обмотки W₃ и W₄ (фиг.2) трансформатора Т₁, служащего совместно с выпрямителем VD₁ и VD₂ и сглаживающим конденсатом С₃ для зарядки аккумулятора G, обмотки W₅ и W₆ трансформатора Т₂, служащего для передачи информации, накопленной в памяти глубинного автономного прибора, на поверхность, магнитопроводы 5 и 6 (фиг.1) соответственно из электротехнической стали (для низкочастотного напряжения питания) и феррита (для высокочастотного выходного сигнала прибора). Концы обмоток катушек W₃, W₄, W₅ и W₆ через отверстие А пропущены вовнутрь самого глубинного автономного прибора.

Часть корпуса глубинного автономного прибора 1, где размещены перечисленные детали, изготовлена из антимагнитного материала. При этом обеспечена полная герметичность узла трансформатора для того, чтобы предотвратить попадание воды в обмотки.

В верхнем торце глубинного автономного прибора 1 выполнено специальное ушко 7 для прикрепления троса 8, пропущенного через межтрубное пространство скважины на поверхность.

В герметичном отсеке стакана 2 размещены следующие узлы упомянутых выше трансформаторов: катушки 9 и 10 из изоляционного материала, обмотки W₁ и W₂ трансформаторов T₁ и Т₂ (см. фиг.2), ограничивающий резистор R, ограничивающий ток через обмотку W₁ заградительный конденсатор С₂, предотвращающий прохождение низкочастотного сигнала питания двигателя в обмотку W₂, и патрубок 11, выполненный из антимагнитного материала и герметизирующий кольцеобразный отсек Б. Концы обмоток W₁ и W₂ через отверстие В выводятся в полость электроцентробежного насоса 3, где размещена обмотка электродвигателя, и соединены с выводом обмотки, к которому подключена жила кабеля ЖКЗ.

Перед спуском электроцентробежного насоса 3 в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 4 глубинный автономный прибор 1 после прикрепления к нему троса 8 вставляют в стакан 2. Затем глубинный автономный прибор 1 поднимают до упора вверх с помощью троса 8.

При спуске всей этой связки в скважину трос 8 укладывают вместе с кабелем (не показан) электроцентробежного насоса 3 с одной стороны колонны насосно-компрессорных труб 4 так, чтобы предотвратить повреждение его при спуске, и с другой стороны так, чтобы была возможность свободного перемещения троса 8 относительно колонны насосно-компрессорных труб 4 и кабеля.

После завершения спуска электроцентробежного насоса 3 и проверки работы последнего в штатном режиме при необходимости исследование скважины с помощью глубинного автономного прибора 1 проводят в следующей последовательности:

– проводят подключение двигателя электроцентробежного насоса 3 к питающей сети;

– проводят зарядку аккумулятора G (фиг.2) глубинного автономного прибора 1 напряжением питания фазы ОС двигателя, поступающего через ограничивающий резистор R на первичную обмотку W₁ трансформатора питания T₁;

– проводят синхронное включение обоих таймеров глубинного автономного прибора 1 и вторичного (не показан) приборов и начинают спуск глубинного автономного прибора 1 в скважину при регистрации показаний счетчика глубины во вторичном приборе; при спуске глубинного автономного прибора 1 до необходимой глубины и при подъеме (если предусмотрено программой исследований) производят регистрацию всех параметров, в том числе показаний локатора муфт и данных таймеров в глубинном автономном приборе 1 и вторичном приборе;

– после подъема глубинного автономного прибора 1 вверх до упора производят передачу результатов исследований, зарегистрированных в памяти глубинного автономного прибора 1, на вторичный прибор через трансформатор Т₂ (фиг.2), обмотки W₅ и W₆ которого включены по двухтактной схеме к выходу глубинного автономного прибора 1. При этом на обмотку W₂ трансформируется кодоимпульсный сигнал (в фазоманипулированной форме в виде кода Манчестера-II либо кода Миллера), создавая на сопротивлении обмотки двигателя Z_ос падение напряжения U_к (см. фиг.3), которое через сопротивление жилы кабеля R_к в свою очередь создает падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания Z_Г, которое через конденсатор малой емкости C₁ в виде полезного сигнала приложено к входу вторичного прибора.

Возможность проведения исследования при отключенном двигателе насоса 3 осуществляют подключением к жиле кабеля ЖКЗ относительно корпуса напряжения сети 220 В, 50 Гц.

При заряженном аккумуляторе G скважинного прибора емкостью 1000 мА·ч исследования можно производить при отключенном двигателе насоса 3 и при отсутствии напряжения питания на жиле ЖКЗ – в течение 10 ч.

Применение предложенного устройства позволит решить задачу обеспечения зарядки аккумулятора автономного прибора и передачи информации, зарегистрированной в автономной памяти прибора в период проведения исследований, на поверхность без извлечения прибора из скважины.

Формула изобретения

Устройство для эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, включающее колонну насосно-компрессорных труб, электроцентробежный насос с кабелем и глубинный автономный прибор, в корпусе электроцентробежного насоса выполнена камера в виде перевернутого стакана, на дне которого просверлено отверстие, через которое пропущен трос, присоединенный к глубинному автономному прибору и проходящий через межтрубное пространство на поверхность, в корпусе электроцентробежного насоса выполнено гнездо, вокруг которого размещена первая часть обмоток трансформатора зарядки аккумулятора питания глубинного автономного прибора и сигнального трансформатора, в корпусе глубинного автономного прибора выполнен элемент, ответный гнезду в корпусе электроцентробежного насоса, в котором размещена вторая часть обмоток трансформатора зарядки аккумулятора питания глубинного автономного прибора и сигнального трансформатора, гнездо и ответный элемент выполнены с возможностью совмещения при подъеме глубинного автономного прибора до упора вверх так, что обмотки трансформаторов в корпусе глубинного автономного прибора и в корпусе электроцентробежного насоса при протекании по ним электрического тока создают единый электромагнитный индукционный поток, обмотки трансформатора зарядки аккумулятора питания глубинного автономного прибора и сигнального трансформатора, находящиеся в корпусе электроцентробежного насоса, подключены к одной из жил кабеля с напряжением, питающим фазную обмотку двигателя электроцентробежного насоса, через ограничивающий резистор и заградительный конденсатор таким образом, что посредством индуктивной связи одна из обмоток, находящихся в корпусе глубинного автономного прибора, обеспечивает через выпрямитель зарядку аккумулятора и питание глубинного автономного прибора, а другая – передачу информации, зарегистрированной в памяти глубинного автономного прибора, через жилу кабеля и конденсатор на вход вторичного прибора, а обмотки трансформатора зарядки аккумулятора питания глубинного автономного прибора и сигнального трансформатора в приборе подключены соответственно к аккумулятору и электронной схеме глубинного автономного прибора.

РИСУНКИ