Спосіб керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами

Спосіб керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами, що характеризуєть 28839 ваним приводом", що характеризується регулюванням швидкості притоку рідини з пласту у свердловину шляхом періодичного повторення циклів, кожний з яких складається з послідовно здійснюваних процесів запуску насоса при визначеній частоті питаючої напруги, подачі рідини насосом у колону підйомних труб при підвищеній у порівнянні з номінальним значенням частоті, що збільшується і зменшення до нуля подачі насоса шляхом зниження частоти питаючої напруги після досягнення заданої величини тиску у колоні підйомних труб з наступним відключенням насоса та зливом рідини з колони підйомних труб через насос у свердловину, а також тим, що при припиненні подачі насоса у циклі відвертають злив рідини з колони підйомних труб через насос у свердловину шляхом регулювання напору, насосом при нульовій подачі зміною частоти питаючої напруги, що розвивається у відповідності із відновленням тиску у свердловині та у колоні підйомних труб, що відбувається під дією притоку рідини з пласту. Відновлюють подачу насоса у циклі переведенням його на підвищену частоту за рахунок притоку пластової продукції, але не пізніше закінчення заданого часу роботи насоса у режимі нульової подачі. Регулюють частоту напруги у процесі відновлення в циклі за умови підтримки найбільшої частоти, при якій насос ще не відновлює подачу рідини. Недоліком відомого способу є неоптимальна продуктивність електронасоса та зниження надійності роботи електрообладнання через необхідність надмірно частих включень та пов'язаних із ними негативних наслідків від перехідних режимів. Найбільш близьким по сукупності ознак та технічній суттєвості до винаходу, що пропонується, є спосіб керування зануреними водо-нафтопідіймальними електронасосами (див. Проспект фірми "VITOL S.А.", Великобританія, 1994 p.), прийнятий як прототип. Технічне рішення-прототип являє собою спосіб керування зануреними водо-нафтопідіймальним електронасосами, що характеризується вимірюванням рівнів шару нафтопродуктів, границі розділу водо-нафтових фаз та шару води датчиками, уміщеними в пробурену у зоні скупчення нафтопродуктів свердловину, підсиленням сигналів цих датчиків з наступною подачею у блоки керування зануреними електронасосами подавлення дзеркала води та вилучення нафтопродуктів, продуктивність яких вимірюється будь-яким відомим методом. Недоліками технічного рішення, прийнятого у якості прототипу, є: неоптимальна продуктивність електронасоса, зниження надійності роботи електрообладнання внаслідок надмірно частих увімкнень та зв'язаних із ними негативних наслідків від перехідних режимів, відсутність критеріїв регулювання взаєморозташування занурених електронасосів подавлення дзеркала води та вилучення нафтопродуктів. Проблема, яку вирішує винахід, пов'язана із особливостями експлуатації малодебітних свердловин, продуктивність яких настільки мала, що виходить із сфери можливостей узгодження із продуктивністю електронасосів, пробурених у зоні техногенних скупчень нафтопродуктів та призначених для екологічної очистки забруднених територій. Тому відкачку рідин з таких свердловин потрібно періодично припиняти з метою необхідного накопичення нафтопродуктів у свердловині за рахунок притоку пластової рідини, у тому числі води, що надходить до свердловини, в зв'язку із чим і виникає потреба таким чином узгодити взаєморозташування і час роботи занурених електронасосів, щоб максимальна продуктивність витягу нафтопродуктів була забезпечена при мінімальному числі увімкнень електронасосів у робочому циклі електрообладнання або, що еквівалентне, при максимальній тривалості увімкнення, що суттєвим чином відіб'ється на підвищенні надійності роботи електрообладнання, довговічності та часу його безвідмовної роботи. Таким чином, задачею цього винаходу є забезпечення максимальної продуктивності витягу нафтопродуктів та підвищення надійності роботи, а також ресурсу електрообладнання за рахунок підвищення інформативності способу керування та зменшення негативної дії перехідних режимів. Поставлена задача вирішується тим, що відомий спосіб керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами, що характеризується вимірюванням рівнів шару нафтопродуктів, розділу водо-нафтових фаз та шару води датчиками, уміщеними у свердловину, наступною подачею зміряних сигналів у блоки керування зануреними електронасосами подавлення дзеркала води та витягу нафтопродуктів та врахуванням обсягу роботи кожного з електронасосів, згідно винаходу, доповнений тим, що вимірюється тривалість увімкнення у робочому циклі електронасоса витягу нафтопродуктів, який розміщують на рівні розділу фаз, а глибину занурення електронасоса подавлення дзеркала води з стосовними до нього датчиками обирають, виходячи з максимуму обсягу роботи електронасоса витягу нафтопродуктів та тривалості його увімкнення в робочому циклі. При використанні способу, що пропонується, керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами, що витягають техногенні скупчення нафтопродуктів, досягається оптимізація процесу екологічної очистки шляхом забезпечення максимально можливої для даних геологічних умов продуктивності витягу нафтопродуктів при мінімальному рівні перехідних процесів у електрообладнанні, що суттєво підвищує надійність роботи та ресурс останнього. Необхідний ефект реалізується за рахунок використання додаткової інформації, одержуваної від виміру тривалості увімкнення електронасоса витягу нафтопродуктів в його робочому циклі, що дозволяє не лише мінімізувати число його увімкнень, але і забезпечити періодичне підрегулювання взаєморозташування електронасосів. Досягається при цьому максимальна продуктивність витягу нафтопродуктів, яка забезпечується за рахунок узгодження параметрів роботи занурених електронасосів витягу нафтопродуктів та подавлення дзеркала води. Суттєвість відокремлюваних ознак способу, що пропонується, таких як: A) вимір тривалості увімкнення у робочому циклі електронасоса витягу нафтопродуктів, Б) розміщення електронасоса витягу нафтопродуктів на рівні розділу фаз, 2 28839 B) вибір глибини занурення електронасоса подавлення дзеркала води із стосовними до нього датчиками, виходячи з максимуму обсягу роботи електронасоса витягу нафтопродуктів та тривалості його увімкнення у робочому циклі, можна довести наступним чином. Час робочого циклу (Тц) складається з часу витягу нафтопродуктів (Тв) та часу їхнього накопичення (Тн) для наступного циклу. Час витягу нафтопродуктів визначається обсягом їхнього накопичення у свердловині, а також продуктивністю електронасоса витягу нафтопродуктів при існуючому гідроопорі його магістралі та висоті підйому, а час накопичення, за відсутності електронасоса подавлення дзеркала води, максимальний, оскільки визначається тільки дебітом свердловини по нафтопродукту. Тривалість увімкнення (ПВ - виражена у відносних одиницях або відсотках) електрообладнання у цьому випадку мінімальна та рівна: ПВмin=Тв/Тц=Тв/(Тнмах+Тв) При підключенні в роботу системи електронасоса подавления дзеркала води час накопичення зменшується за рахунок приносу частини нафтопродукту водою та буде залежати від глибини розташування цього насоса та його продуктивності. Таким чином, регулюючи глибину занурення та обсяг відкачуваної електронасосом подавлення дзеркала води рідини, проводиться керування параметрами створюваної депресійної вирви, у яку стікаються нафтопродукти. Вибираючи взаєморозташування електронасоса витягу нафтопродуктів та електронасоса подавлення дзеркала води час накопичення можна максимально зменшити, що дозволяє добитися завдяки цьому максимальної тривалості увімкнення електрообладнання: ПВМАХ=Тв/(Тнміn+Тв), При цьому забезпечується і максимальна продуктивність витягу нафтопродуктів з зони техногенного їхнього скупчення та оптимальна експлуатація електрообладнання в частині його ресурсу, енергоспоживання та інших факторів. На фіг. 1 показана схема розташування обладнання, що реалізує технологічні операції означеного способу, на фіг. 2 - структурна схема системи керування зануреними водо-нафтопідіймальними електронасосами. Система, що реалізує запропонований спосіб керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами, містить занурений електронасос 1 подавления дзеркала води та занурений електронасос 2 витягу нафтопродуктів, що підключені до силового комутатора 3 та силового комутатора 4 відповідно, які у свою чергу зв'язані із блоками керування 5, 6 режимами роботи електронасосів 1, 2. На корпусі електронасоса 1 змонтований фільтр 7 попередньої очистки, призначений для відвертання попадання твердих часток зависі воду, що відкачується. На корпусі електронасоса 2 змонтований частково гідрофобний фільтр 8 попередньої очистки, що затримує частки води від попадання в нафтопродукти, що відкачуються. Вхід блоку 5 зв'язаний з виходом селектора 9 товщини водяного шару, у якості якого використаний блок ємнісних датчиків 10-1 - 10-5. Вхід же блоку керування 6 зв'язаний з виходом селектора 11 товщини шару нафтопродуктів, в якості якого використаний блок поплавкових герконових датчиків (ПГД) 12-1 - 12-5 В селектор 11 введений також ємнісний датчик 13, що контролює рівень розділу фаз, причому вихід 14 датчика 13 паралельно приєднаний до виходу 15 ПГД 12-1 Система керування постачена лічильником 16 числа увімкнень електронасоса 2 в одиницю часу, що дозволяє визначати тривалість увімкнення у робочому циклі, що задається таймером 17. Вимір обсягів роботи зануреного електронасоса 1 подавлення дзеркала води та зануреного електронасоса 2 витягу нафтопродуктів здійснюється розходомірами 18 та 19 відповідно. Блок індикації та контролю 20 режимів роботи забезпечує оперативний моніторинг за станом системи керування та забезпечує одержання інформації про продуктивність і частоту увімкнення електронасосів 1 і 2. Попередній монтаж у свердловині обладнання, шляхом якого реалізується спосіб керування, водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами, що витягають техногенні скупчення нафтопродуктів, розміщення його складників здійснюється у відповідності із гідротехнічним станом свердловини, що оцінюються допоміжним вимірювальним обладнанням. У свердловину, що містить техногенні забруднення у вигляді нафтопродуктів, що знаходяться на поверхні пластової води, опускають електронасос 2 витягу нафтопродуктів на глибину, відповідну розташуванню рівня розділу фаз, що контролюється за допомогою ємнісного датчика 13. Після цього у свердловину опускають електронасос 1 разом з блоком ємнісних датчиків 10-1 - 10-5 на розрахункову глибину, що забезпечує створення потрібної депресійної вирви. Спосіб керування водо-нафтопідіймальними зануреними електронасосами реалізується таким чином. При увімкненні системи в роботу, в залежності від наповнення свердловини та вибору режиму її роботи, відбувається увімкнення одного з електронасосів 1, 2, або обох разом. Команди на увімкнення електронасосів 1, 2 подаються від блоків керування 5, 6 відповідно через силові комутатори 3, 4. Керуючі сигнали, що надходять у блоки 5, 6, формуються шляхом блоку ємнісних датчиків 10-1 - 10-5, автономного датчика 13 та блоку поплавкових датчиків 12-1 - 12-5. При цьому, поряд з датчиком 13, контроль за рівнем розділу фаз виробляється селектором 9 товщини водяного шару з допомогою блоку ємнісних датчиків 10-1 - 105. При досягненні рівнем розділу фаз нижнього ємнісного датчика 10-1 електронасос 1 відключається та відкачування води з свердловини припиняється. В результаті утворення депресійної вирви заданих параметрів відбувається активне залучення у свердловину води разом з нафтопродуктами, тобто, зниження дзеркала водяного шару сприяє утворенню у свердловині шару нафтопродуктів у декілька разів більшого у порівнянні з природним. При заповненні свердловини, у відповідності із настройкою системи, відбувається або повторне увімкнення електронасоса 1, що призводить до повторного циклу відкачки води з свердловини, або увімкнення електронасоса 2, що забезпечує відкачку нафтопродуктів, що накопичилися у свердловині. Увімкнення електронасоса 2 визначається 3 28839 розташуванням верхнього кордону нафтопродуктів по відношенню до розміщення селектора 11, постаченого поплавковими герконовими датчиками 12-1- 12-5. Запобігає попаданню води у магістралі електронасоса 2 ємнісний датчик 13 контролю рівня розділу фаз, з виходу 14 якого надходить сигнал у блок керування 6 на відключення електронасоса 2 при появі води у зоні розміщення датчика 13. Лічильник числа увімкнень 16 електронасоса 2 дозволяє визначати у поєднанні із таймером 17 тривалість його увімкнення у робочому циклі, а по зовнішній характеристиці насоса та відомому гідроопорі магістралі побічно враховувати обсяг відкачуваємих нафтопродуктів, кореліруючи його із зізнанням розходоміра 19. Накопичена за декілька робочих циклів інформація про продуктивність електронасоса 2-(Q/t), де Q - обсяг відкачуваємих нафтопродуктів, t - час роботи електронасоса, а також тривалості його включень (ПВ) записується у блоку індикації і контролю 20 режимів роботи та зіставляється із глибинним взаєморозташуванням електронасосів 1 і 2 (h12). За результатами вимірів розходоміру 19 обсягів роботи електронасоса 2 для декількох (не менше 5-7) глибин взаєморозташування - h12 відомими засобами оптимізації функцій двох змінних вибирається h12опт, що забезпечує узагальнений оптимум. В міру експлуатації свердловини накопичується статистика про стан продуктивності електронасоса 2 і його ПВ, за результатами якої виробляється періодичне підрегулювання глибинного взаєморозташування електронасосів 1 та 2 (h12), виходячи з вибраних критеріїв керування та часу геолого-техногенної обстановці, що складається на поточний період часу. В цілому запропонований спосіб керування водо-нафтопідіймальними електронасосами дозволяє оптимізувати процес витягу нафтопродуктів шляхом більш точної настройки та узгодження режимів роботи електронасосів, а також адаптивного контролю за гідротехнічним станом свердловини, підвищивши при цьому надійність роботи та ресурс технологічного електрообладнання, а також знизивши енергоємність споживання у динамічних (перехідних) режимах. Фіг. 1 4 28839 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5