Патент на изобретение №2386807

(54) СПОСОБ 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 является повышение точности, оперативности информации о параметрах жидкости. Для этого выполняют подключение к кабелю ЭЦН. Спускают колонну насосно-компрессорных труб с ЭЦН и глубинным прибором (ГП) в скважину. Соединяют кабель с наземной аппаратурой. Проводят измерения ГП и передачу по кабелю информации на поверхность, на основании которой производят оптимизацию процесса эксплуатации скважины. В качестве ГП используют глубинный автономный прибор (ГАП), который подвешивают на тросе, проходящем через межтрубное пространство на поверхность. Ниже ЭЦН размещают изолированные от скважинной жидкости и подключенные к жиле кабеля первичные обмотки трансформатора питания и сигнального трансформатора. ГАП снабжают вторичными обмотками трансформатора питания, подключенными к аккумулятору ГАП, и сигнального трансформатора, подключенные к электронной схеме ГАП. Перемещают ГАП с помощью троса по глубине скважины и проводят измерения и запись в память ГАП параметров скважинной жидкости. Поднимают тросом ГАП вверх, совмещают первичные и вторичные обмотки трансформаторов с созданием общего электромагнитного индукционного потока. Заряжают аккумулятор ГАП через трансформатор питания. Передают информацию из памяти ГАП на вход наземной аппаратуры через сигнальный трансформатор. 3 ил.

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

Известен способ гидродинамических исследований горизонтальных скважин, согласно которому в горизонтальной части скважины на колонне насосно-компрессорных труб размещают контейнеры, внутри которых размещают глубинные автономные приборы. В колонне насосно-компрессорных труб в вертикальной части скважины размещают насос, ниже которого размещают фильтр из перфорированного участка трубы колонны насосно-компрессорных труб. Через щели в контейнерах и через фильтр осуществляют поступление скважинной жидкости на прием насоса по колонне насосно-компрессорных труб и межтрубью. Эксплуатацию и возбуждение скважины производят установленным насосом (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 способ информационного обеспечения и управления отбором флюида из нефтяных скважин. Перед спуском колонны под центробежным насосом на отрезке геофизического кабеля подвешивают и подключают к кабелю центробежного насоса глубинный прибор с датчиками. Затем при спуске колонны лифтовых труб на заданном расстоянии выше центробежного насоса монтируют второй глубинный прибор с датчиками. Далее соединяют кабельной линией связи со скважинной системой контроля, устанавливают их над продуктивным пластом в стволе вертикальной или наклонно-направленной скважины. С помощью наземного комплекса аппаратуры, включающего блок управления, станцию управления насосной установки и измерительный блок поверхностных параметров, проводят измерения заданных параметров и текущего времени по командам блока управления. Полученные данные записываются в запоминающее устройство, визуализация значений на блоке индикации и передача по каналам связи на пульт диспетчера, по командам с которого наземный блок управления формирует и передает в станцию управления насосной установки сигналы, обеспечивающие оптимизацию процесса эксплуатации скважины (патент РФ 2341647, опублик. 20.12.2008 – прототип).

Известный способ лишен автономности и может быть осуществлен только при наличии кабельного соединения с поверхностью, что в ряде случаев бывает неудобно или даже невыполнимо. Кроме того, используемые приборы подвешены в скважине на кабеле и неподвижны, что лишает возможности их перемещения по глубине и сбора информации по стволу скважины.

В предложенном изобретении решается задача обеспечения автономности глубинного прибора, перемещения и сбора информации по глубине скважины и передачи информации на поверхность без извлечения прибора из скважины.

Задача решается тем, что в способе эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, включающим подключение к кабелю электроцентробежного насоса, спуск колонны насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом и глубинным прибором в скважину, соединение кабеля с наземной аппаратурой, проведение измерений глубинным прибором, передачу по кабелю информации на поверхность и на основании полученных данных оптимизацию процесса эксплуатации скважины, согласно изобретению в качестве глубинного прибора используют глубинный автономный прибор, который подвешивают на тросе, проходящем через межтрубное пространство на поверхность, ниже электроцентробежного насоса размещают изолированные от скважинной жидкости и подключенные к жиле кабеля первичные обмотки трансформатора питания и сигнального трансформатора, глубинный автономный прибор снабжают вторичными обмотками трансформатора питания, подключенными к аккумулятору глубинного автономного прибора, и сигнального трансформатора, подключенные к электронной схеме глубинного автономного прибора, перемещают глубинный автономный прибор с помощью троса по глубине скважины и проводят измерения и запись в память глубинного автономного прибора параметров скважинной жидкости, поднимают тросом глубинный автономный прибор вверх, совмещают первичные и вторичные обмотки трансформаторов с созданием общего электромагнитного индукционного потока, заряжают аккумулятор глубинного автономного прибора через трансформатор питания и передают информацию из памяти глубинного автономного прибора на вход наземной аппаратуры через сигнальный трансформатор.

Сущность изобретения

При эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, используют как автономные, так и подвешенные на кабеле глубинные приборы. Применение автономных приборов не позволяет получать оперативную информацию, т.к. считывание информации возможно только после извлечения прибора из скважины. Применение прибора, запитываемого от кабеля, позволяет получать оперативную информацию, однако информацию только из точки подвески прибора, что также неудобно. В предложенном изобретении решается задача обеспечения автономности глубинного прибора, перемещения и сбора информации по глубине скважины и передачи информации на поверхность без извлечения прибора из скважины. Задача решается следующим образом.

При эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, проводят подключение к кабелю электроцентробежного насоса, спуск колонны насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом и глубинным автономным прибором в скважину. Электроцентробежный насос снабжают корпусом с камерой 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 (первичные обмотки) 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 (вторичные обмотки) трансформатора зарядки аккумулятора питания прибора и сигнального трансформатора. Гнездо и ответный элемент выполнены с возможностью совмещения при подъеме глубинного автономного прибора до упора вверх. При этом первичные и вторичные обмотки трансформаторов при пропускании по ним электрического тока создают индуктивную связь с образованием общего электромагнитного потока. Первичные обмотки трансформатора зарядки аккумулятора 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 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 наземной аппаратуры. Обмотки трансформатора зарядки аккумулятора питания и сигнального трансформатора в глубинном автономном приборе подключены соответственно к аккумулятору и электронной схеме глубинного автономного прибора.

На фиг.1 схематически изображено устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, на фиг.2 – схема подключения глубинного автономного прибора, на фиг.3 – эквивалентная схема получения высокочастотного сигнала с выхода глубинного автономного 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 T₁, 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 C₂, 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) прибора 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_oc падение напряжения U_K (см. фиг.3), которое через сопротивление жилы кабеля R_K, 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.

Пример конкретного выполнения

При эксплуатации нефтедобывающей скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, проводят подключение к кабелю электроцентробежного насоса, спуск колонны насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом и глубинным автономным прибором в скважину, соединение кабеля с наземной аппаратурой, проведение измерений глубинным автономным прибором, запись информации в запоминающее устройство глубинного автономного прибора, передачу по кабелю информации на поверхность и на основании полученных данных оптимизацию процесса эксплуатации скважины. Электроцентробежный насос спускают на глубину 1200 м. Глубинный автономный прибор подвешивают под электроцентробежным насосом на тросе, проходящем через межтрубное пространство на поверхность. Ниже электроцентробежного насоса размещают в корпусе изолированные от скважинной жидкости и подключенные к жиле кабеля первичные обмотки трансформатора питания и сигнального трансформатора. Глубинный автономный прибор снабжают вторичными обмотками трансформатора питания, подключенными к аккумулятору глубинного прибора, и сигнального трансформатора, подключенные к электронной схеме глубинного прибора. Перемещают глубинный прибор с помощью троса со скоростью 10 м/мин до зумпфа скважины на глубине 1750 м и проводят измерения и запись в память глубинного автономного прибора параметров скважинной жидкости. Поднимают тросом глубинный автономный прибор вверх и совмещают первичные и вторичные обмотки трансформаторов с созданием общего электромагнитного индукционного потока. Заряжают аккумулятор глубинного автономного прибора через трансформатор питания и передают информацию из памяти глубинного автономного прибора на вход наземной аппаратуры через сигнальный трансформатор.

Применение предложенного способа позволит решить задачу обеспечения автономности глубинного прибора, перемещения и сбора информации по глубине скважины и передачи информации на поверхность без извлечения прибора из скважины.

Формула изобретения

Способ эксплуатации скважины, оборудованной электроцентробежным насосом, включающий подключение к кабелю электроцентробежного насоса, спуск колонны насосно-компрессорных труб с электроцентробежным насосом и глубинным прибором в скважину, соединение кабеля с наземной аппаратурой, проведение измерений глубинным прибором, передачу по кабелю информации на поверхность и на основании полученных данных оптимизацию процесса эксплуатации скважины, отличающийся тем, что в качестве глубинного прибора используют глубинный автономный прибор, который подвешивают на тросе, проходящем через межтрубное пространство на поверхность, ниже электроцентробежного насоса размещают изолированные от скважинной жидкости и подключенные к жиле кабеля первичные обмотки трансформатора питания и сигнального трансформатора, глубинный автономный прибор снабжают вторичными обмотками трансформатора питания, подключенными к аккумулятору глубинного автономного прибора, и сигнального трансформатора, подключенные к электронной схеме глубинного автономного прибора, перемещают глубинный автономный прибор с помощью троса по глубине скважины и проводят измерения и запись в память глубинного автономного прибора параметров скважинной жидкости, поднимают тросом автономный прибор вверх, совмещают первичные и вторичные обмотки трансформаторов с созданием общего электромагнитного индукционного потока, заряжают аккумулятор глубинного автономного прибора через трансформатор питания и передают информацию из памяти глубинного автономного прибора на вход наземной аппаратуры через сигнальный трансформатор.

РИСУНКИ