Система захисту заглибних водонафтопідіймальних електронасосів

1. Система захисту заглибних водонафтопідіймальних електронасосів, що містить заглибний електронасос зниження дзеркала води і заглибний електронасос добування нафтопродуктів, кожний з яких підключений до окремого силового комутатора, зв’язаного із блоками датчиків рівня води і датчиків рівня нафтопродуктів, відповідно, а також блоки керування режимами роботи електронасосів, яка відрізняється тим, що вона оснащена датчиками струму електронасосів і блоками аналізу стабільності причин їхнього відключення, входи C2 2 (19) 1 3 74949 4 Основним недоліком відомої системи є обменасосів і не виключає можливість наявності жене регулювання продуктивності електронасоса гальванічних зв'язків у колах керування та силових та складність задания тривалості технологічної комунікацій, що знижує надійність функціонування паузи, протягом якої відбувається зливання рідини електричної частини системи. з підіймальних труб у свердловину та відновлення Завданням даного винаходу є створення сисприпливу пластової рідини, що не забезпечує теми захисту заглибних водо-нафтопідіймальних ефективного регулювання режимів експлуатації електронасосів, що має високу ефективність та свердловини за продуктивністю та надійності ронадійність, за рахунок запобігання значних боти електроустаткування. З інших недоліків динамічних навантажень при перехідних режимах, згаданої системи слід зазначити можливість випов'язаних з повторними пусками електронасосів никнення значних динамічних навантажень при через відключення системи, викликаних випадкоперехідних режимах, пов'язаних з повторними пусвими причинами. ками електронасоса через відключення системи, Для рішення поставленої задачі у відомій викликаних випадковими причинами. системі захисту заглибних водоОдин зі шляхів зниження динамічних навантанафтопідіймальних електронасосів, що містить жень при запуску заглибних електронасосів описазаглибний електронасос зниження дзеркала води і ний в [авт. свід. СРСР № 1000602, М. кл. F04D заглибний електронасос добування 13/08, опубл. 28.02.83р.], відповідно до якого занафтопродуктів, кожний з яких підключений до пуск електронасоса здійснюється посекційно з окремого силового комутатора, пов'язаного із блонаступним приєднанням секцій насоса, причому ками датчиків рівня води і датчиків рівня перед розкручуванням вала першої секції вихід нафтопродуктів, відповідно, а також блоки керунасоса з'єднують із входом цієї секції, а вання режимами роботи електронасосів, приєднання вала кожної наступної секції відповідно до винаходу, вона оснащена датчиками здійснюють при розкручуванні її вала в турбінному струму електронасосів і блоками аналізу режимі. Реалізується даний спосіб за допомогою стабільності причин їхнього відключення, входи системи, постаченої керованими яких з'єднані з виходами датчиків струму, а виходи електромагнітними муфтами. - із блоками керування режимами роботи Основним недоліком відомої системи є її електронасосів, з можливістю тестування їх протяскладність і відсутність працюючих узгоджено з гом часу зупинки електронасосів. нею пристроїв захисту від попадання води при В окремому варіанті виконання системи захисвилученні техногенних скупчень нафтопродуктів. ту заглибних водо-нафтопідіймальних До інших недоліків відомої системи ставиться електронасосів блок аналізу стабільності причин наявність гальванічних зв'язків у колах керування відключення кожного з електронасосів містить та силових комунікацій, що приводить до виниккомпаратор перевантаження і компаратор "сухого" нення перенапруг у моменти відключення обмоток ходу, формувач імпульсу затримки, формувач електронасосів, а також відключення системи, стробу "вікно аналізу", логіко-рахунковий викликане випадковими причинами. При цьому аналізатор числа сигналів на відключення і форнадійність системи знижується через виникнення мувач імпульсу короткочасного відключення елекзначних динамічних навантажень при перехідних тронасоса, при цьому входи компараторів перережимах, пов'язаних з повторними пусками елеквантаження й "сухого" ходу з'єднані з датчиком тронасоса через відключення системи, викликаних струму електронасоса та уставками перевантавипадковими причинами. ження та "сухого" ходу, відповідно, виходи зазнаНайбільш близькою до пропонованого винахочених компараторів з'єднані із входами ду за числом співпадаючих ознак, технічною суттю формувачів імпульсу затримки і стробу "вікно та ефектом, що досягається, є система захисту аналізу", виходи яких через логіко-рахунковий заглибних водо-нафтопідіймальних аналізатор з'єднані із входом формувача імпульсу електронасосів за [пат. України № 28556, М. кл. короткочасного відключення електронасоса, вихід E02D 19/20, опубл. 16.04.2001р.], яка прийнята у якого з'єднаний із блоком керування режимами якості прототипу. Відома система захисту заглиброботи електронасоса. них водо-нафтопідіймальних електронасосів Підвищення надійності захисту заглибних вомістить заглибний електронасос зниження дзеркадо-нафтопідіймальних електронасосів ла води і заглибний електронасос добування забезпечується за рахунок введення в систему, нафтопродуктів, кожний з яких підключений до що заявляється, датчиків струму електронасосів і окремого силового комутатора, пов'язаного із блоблоків аналізу стабільності причин відключення ками датчиків рівня води і датчиків рівня електронасосів, які з'єднані із блоками керування нафтопродуктів, відповідно, а також блоки керурежимами роботи електронасоса. При зміні веливання режимами роботи електронасосів. чини струму електронасоса, у результаті його пеВідома система захисту заглибних водоревантаження або "сухого" ходу виробляється нафтопідіймальних електронасосів не має засобів сигнал, що надходить у блок аналізу стабільності аналізу стабільності причин відключень причин відключення електронасоса, де електронасосів і недостатньо надійна через виформується імпульс короткочасного відключення никнення динамічних ударів при пусках електронасоса, що направляється у відповідний електронасосів після їхніх відключень, викликаних блок керування режимами роботи електронасоса. випадковими причинами. Поряд із цим відома сисУ результаті, силовий комутатор короткочасно тема захисту не забезпечує виключення перенавідключає електронасос. Якщо при повторному пруг у моменти відключення обмоток двигунів включенні електронасоса величина струму буде 5 74949 6 мати номінальне значення, електронасос буде Блок 17 аналізу стабільності причин продовжувати роботу в штатному режимі. Якщо ж відключення містить компаратор перевантаження при повторному включенні величина струму 19, вхід якого з'єднаний з виходом датчика струму залишається аномальною, знову формується 18 та уставкою припустимого перевантаження 20, імпульс короткочасного відключення електронасоа також компаратор "сухого" ходу 21, вхід якого са, що знову направляється в блок керування ретакож з'єднаний з виходом датчика струму 18 та жимами роботи електронасоса і далі в силовий уставкою припустимого струму "сухого" ходу 22. комутатор, що приводить до повторного короткоВиходи компараторів 19 та 21 з'єднані із входами часного відключення електронасоса. Після встаформувача 23 імпульсу затримки і формувача 24 новленого числа повторних відключень електростробу "вікно аналізу". Виходи формувачів 23 і 24 насоса, у випадку перевантаження або через логічний елемент 25 (І-АБО) та лічильник несправності електронасоса, відбувається повна числа відключень 26, відповідно, з'єднані із входом зупинка електронасоса. У випадку короткочасного формувача 27 імпульсу короткочасного перевантаження й відновлення величини струму відключення електронасоса 1, при цьому вихід при повторному включенні електронасоса формувача 27 з'єднаний із входом блоку керуванвідбувається його повернення в штатний режим, ня 5. що дозволяє уникнути виникнення значних Логічний елемент 25 і лічильник числа динамічних навантажень при перехідних режимах, відключень 26 утворюють логіко-рахунковий пов'язаних з повторними пусками електронасоса аналізатор числа сигналів на відключення елекчерез відключення системи, викликаних випадкотронасоса 1. вими причинами. Таким чином здійснюються Система захисту заглибних водотестові впливи в системі, що заявляється, за час, нафтопідіймальних електронасосів монтується в що не перевищує часу зупинки електронасосів. свердловині, при цьому розміщення її складових Сутність винаходу, що заявляється, частин здійснюється відповідно до гідротехнічного пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана стану свердловини, оцінюваним допоміжним схема розміщення основних блоків системи захисвимірювальним устаткуванням. ту заглибних водо-нафтопідіймальних Працює пропонована система захисту заглибелектронасосів у свердловині; на фіг. 2 - структурних водо-нафтопідіймальних електронасосів таким на схема керування одним з електронасосів сисчином. теми, що заявляється. При включенні системи в роботу в штатному Система захисту заглибних водорежимі, в залежності від наповнення свердловини нафтопідіймальних електронасосів (див. фіг. 1) та настроювання режиму її роботи, відбувається містить заглибний електронасос 1 зниження дзервключення одного з електронасосів 1, 2, або обох кала води та заглибний електронасос 2 добування разом. Команди на включення електронасосів 1, 2 нафтопродуктів, які підключені до силового комуподаються від блоків керування 5, 6 через силові татора 3 та силового комутатора 4 відповідно, які у комутатори 3 й 4, відповідно. свою чергу з'єднані із блоками керування 5, 6 реЗа допомогою герконових датчиків 10, 11, що жимами роботи електронасосів 1, 2. На корпусі входять до складу блоку 9, визначається товщина електронасоса 1 змонтований фільтр 7 попередводяного шару, а також проводиться контроль нього очищення, який призначений для рівня розділу фаз (нафтопродукти/вода). При запобігання попадання твердих частинок суспензії досягненні рівнем розділу фаз безконтактного в воду, що відкачується. На корпусі електронасоса датчика 12 нижнього рівня води електронасос 1 2 змонтований частково гідрофобний фільтр 8 відключається і відкачування води зі свердловини попереднього очищення, який затримує частинки припиняється. води від попадання в нафтопродукти, що У результаті утворення депресійної вирви відкачуються. Вхід блоку 5 з'єднаний з виходом відбувається активне залучення в свердловину блоку 9 датчиків рівня води (товщини водяного води разом з нафтопродуктами, тобто зниження шару), у якому використані герконові датчики 10 та дзеркала води сприяє утворенню в свердловині 11, а також безконтактний датчик 12 нижнього шару нафтопродуктів у кілька разів більшого в рівня води. Вхід блоку керування 6 з'єднаний з порівнянні з природним. виходом блоку 13 датчиків рівня нафтопродуктів При заповненні свердловини, відповідно до (товщини шару нафтопродуктів), у якому настройки системи, відбувається або повторне використані поплавкові герконові датчики 14, 15, включення електронасоса 1, що приводить до по16. вторного циклу відкачування води з свердловини, На фіг. 2 представлена структурна схема кеяка поступає у насос через фільтр 7 попереднього рування одним з електронасосів, наприклад, заочищення, призначений для запобігання попаданглибним електронасосом 1 зниження дзеркала ня твердих частинок суспензії в воду, яка води, оскільки для електронасоса 2 структура кевідкачується, або включення електронасоса 2, що рування аналогічна. Тут показані склад елементів забезпечує відкачування нафтопродуктів, що ната їхні з'єднання в блоці 17 аналізу причин копичилися в свердловині. При цьому нафтопростабільності відключень електронасоса 1. Вхід дукти, що відкачуються, піддаються попередньому блоку 17 аналізу стабільності причин відключення очищенню від частинок води за допомогою частз'єднаний з виходом датчика струму 18, а вихід ково гідрофобного фільтра 8, змонтованого на блоку 17 з'єднаний із входом блоку керування 5, корпусі електронасоса 2. Включення електронасовихід якого підключений до входу керування силоса 2 визначається розташуванням верхньої вого комутатора 3. границі нафтопродуктів і задається за допомогою 7 74949 8 поплавкових герконових датчиків 14, 15, 16, які електронасос 1 знову вимикається на 4...5 с. Цей входять до складу блоку 13, що контролює товщипроцес повторюється до 4 разів. Після цього ну шару нафтопродуктів у свердловині. лічильник числа відключень 26 виробляє сигнал При виникненні посилок до відключення "Аварія", яким він блокує свій вхід обнуління й тим електронасосів 1, 2, у зв'язку з порушенням штатсамим утримує електронасос 1 у вимкненому стані ного режиму роботи, запропонована система задо втручання оператора. хисту заглибних водо-нафтопідіймальних Щоб система захисту не виробляла сигнал електронасосів здійснює Їхнє тестування таким "Аварія" при випадкових кидках струму електроначином. соса 1, уведений часовий інтервал (вікно) аналізу, Позаштатний сигнал, що виробляється датчименший часу повної зупинки електронасоса 1. Він ком струму 18, надходить у блок 17 аналізу створюється формувачем 24 стробу "вікно стабільності причин відключення відповідного аналізу", що запускається одночасно з формуваелектронасоса, основними вузлами якого є два чем 23. Таким чином, якщо протягом часу вікна компаратори 19 й 21, що порівнюють напругу, яка аналізу, число аварійних відключень електронасопропорційна струму живлення електронасоса із са 1 буде менше чотирьох, відбувається обнуління граничними напругами уставок 20, 22, що лічильника числа відключень 26. Система захисту відповідають його допустимим струмам переванповертається у вихідний черговий режим. таження та "сухого ходу", відповідно. Далі сигнали У цілому запропонована система керування з виходів компараторів 19 і 21 надходять на входи водо-нафтопідйомними електронасосами формувача 23 імпульсу затримки і формувача 24 дозволяє оптимізувати процес добування стробу "вікно аналізу". Отримані на виходах нафтопродуктів шляхом більш точної настройки і формувачів 23 і 24 сигнали через логічний елеузгодження режимів роботи електронасосів 1, 2, а мент 25 і лічильник числа відключень 26, також адаптивного контролю за гідротехнічним відповідно, надходять на вхід формувача 27 станом свердловини. імпульсу короткочасного відключення електронаПри використанні заявленого винаходу соса 1, а потім на вхід блоку керування 5. забезпечується найбільш ефективне автоматичне При виникненні режиму перевантаження або керування заглибними водо-нафтопідйомними "сухого" ходу, наприклад, у працюючого електроелектронасосами з однофазними (220В) електронасоса 1, на виході одного або обох компараторів двигунами потужністю від 0,5 до 15кВт. При цьому 19, 21 виникає перепад напруги, яким передбачене відключення електродвигунів без запускається формувач 23 імпульсу затримки. Він можливості їх повторного автоматичного включенвиробляє короткий (порядку 0,1 с) імпульс із заня у випадках стабільного перевантаження тримкою від моменту запуску 4...5 с. Якщо протя(тривалої перенапруги в мережі 220В, заклинюгом часу затримки струм, що споживається елеквання, міжвиткового і короткого замикання у двитронасосом 1, залишається нижче або вище гунах електронасосів) або холостого ("сухого") допустимого значення, вихідна напруга одного з ходу за результатами тестування їх протягом часу компараторів 19 або 21 буде дорівнювати значензупинки електронасосів. ню логічної одиниці і імпульс формувача 23 пройВодопідйомний електронасос 1 забезпечує де через логічний елемент 25 і лічильник числа підтримку рівня води в свердловині в заданих мевідключень 26 на вхід формувача 27 імпульсу кожах, тим самим значною мірою стабілізуючи опорроткочасного відключення електронасоса 1. Форний рівень нафтопродуктів. Нафтопідйомний елекмувач 27 виробляє імпульс тривалістю 4...5 с, завтронасос 2 відкачує нафтопродукти теж у межах дяки чому на цей час у блоці керування 5 напруга заданих рівнів, але на відміну від першого, у ньому падає до нуля, і електронасос 1 вимикається. передбачена захисна зупинка електронасоса 2, у Якщо при повторному включенні через 4...5 с випадку небезпеки захоплення їм води. струм електронасоса 1 залишається аномальним, 9 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 74949 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601