EA 32522B1 20190628 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2019\PDF/032522 Полный текст описания EA201692247 20150506 Регистрационный номер и дата заявки US61/990,492 20140508 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2015/029510 Номер международной заявки (PCT) WO2015/171797 20151112 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21906 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000032\522BS000#(1253:2565) Основной чертеж [**] ПОДЗЕМНЫЙ НАСОС С РЕЖИМОМ ОЧИСТКИ НАСОСА Название документа [8] F04B 47/02, [8] F04B 49/00 Индексы МПК [US] Питерсон Рональд Дж., [US] Бендер Джонатан Д. Сведения об авторах [US] ЮНИКО, ИНК. Сведения о патентообладателях [US] ЮНИКО, ИНК. Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000032522b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом насоса, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, причем привод насоса имеет регулируемую длину хода, содержащий определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса; выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего циклическую работу привода насоса с заданной скоростью, используя заданную пусковую длину хода, заданный темп ускорения и заданный темп замедления; поддержание циклического режима работы привода насоса при постепенном уменьшении с заданным шагом длины хода привода, так что обеспечивается увеличение частоты циклов насоса; определение того, что режим очистки насоса завершен; возврат насосной системы в штатный режим работы.

2. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня насоса в насосном цикле.

3. Способ по п.2, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.

4. Способ по п.1, в котором заданная скорость является полной скоростью насосной системы.

5. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.

6. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.

7. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.

8. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что длина хода поршня стала меньше или равна заданной минимальной длине хода поршня.

9. Способ по п.1, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.

10. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, содержащий определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса; выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня по меньшей мере в одном из насосных циклов; определение того, что режим очистки насоса завершен; возврат насосной системы в штатный режим работы.

11. Способ по п.10, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.

12. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.

13. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.

14. Способ по п.10, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.

15. Способ по п.10, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом насоса, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, причем привод насоса имеет регулируемую длину хода, содержащий определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса; выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего циклическую работу привода насоса с заданной скоростью, используя заданную пусковую длину хода, заданный темп ускорения и заданный темп замедления; поддержание циклического режима работы привода насоса при постепенном уменьшении с заданным шагом длины хода привода, так что обеспечивается увеличение частоты циклов насоса; определение того, что режим очистки насоса завершен; возврат насосной системы в штатный режим работы.

2. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня насоса в насосном цикле.

3. Способ по п.2, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.

4. Способ по п.1, в котором заданная скорость является полной скоростью насосной системы.

5. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.

6. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.

7. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.

8. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что длина хода поршня стала меньше или равна заданной минимальной длине хода поршня.

9. Способ по п.1, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.

10. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, содержащий определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса; выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня по меньшей мере в одном из насосных циклов; определение того, что режим очистки насоса завершен; возврат насосной системы в штатный режим работы.

11. Способ по п.10, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.

12. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.

13. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.

14. Способ по п.10, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.

15. Способ по п.10, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.


Евразийское 032522 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.06.28
(21) Номер заявки 201692247
(22) Дата подачи заявки 2015.05.06
(51) Int. Cl. F04B 47/02 (2006.01) F04B 49/00 (2006.01)
(54) ПОДЗЕМНЫЙ НАСОС С РЕЖИМОМ ОЧИСТКИ НАСОСА
(31) 61/990,492; 14/704,079
(32) 2014.05.08; 2015.05.05
(33) US
(43) 2017.03.31
(86) PCT/US2015/029510
(87) WO 2015/171797 2015.11.12
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ЮНИКО, ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Питерсон Рональд Дж., Бендер Джонатан Д. (US)
(74) Представитель:
Баталин А.В., Фелицына С.Б. (RU)
(56) US-A1-20110232283 US-A-4691511 US-B2-8360756 US-B2-7713035 JP-A-2014051918
(57) Предложен способ удаления инородных частиц из насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом насоса, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, при этом привод имеет регулируемую длину хода поршня. Способ также включает в себя определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, и обеспечение циклической работы привода насоса с заданной скоростью при использовании заданной пусковой длины хода, заданного темпа ускорения и заданного темпа замедления. Способ также включает в себя поддержание циклической работы привода насоса, при этом пошагово уменьшается длина хода с заданным шагом уменьшения длины хода, в результате чего увеличивается частота циклов насоса. Кроме этого, способ предусматривает определение того, что режим очистки насоса завершен, и возврат насосной системы в штатный режим работы.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к системам с глубинным штанговым насосом и, в частности, к удалению инородных частиц из скважинного насоса.
Уровень техники
Во время работы глубинных скважинных насосов в них периодически попадают твердые частицы или "мусор". Часто подобные частицы беспрепятственно проходят через насос. Но иногда инородные частицы приводят к тому, что нагнетательные и/или всасывающие клапаны насоса неплотно прилегают к седлу (например, остаются открытыми). Если нагнетательные и/или всасывающие клапаны будут неплотно прилегать к седлу, то это приведет к перебоям в работе насоса и негативно отразится на норме извлечения текучей среды.
Поэтому было бы желательно получить насосную систему, которая позволила бы решить некоторые из вышеуказанных проблем и кроме этого имела бы такие варианты осуществления конструкции, которые являются одновременно надежными и долговечными. Также было бы желательно, чтобы указанная насосная система не требовала обслуживания или требовала минимальное обслуживание со стороны пользователя на протяжении всего срока службы. Помимо этого, было бы желательно, чтобы конструкция вышеуказанной насосной системы была недорогой, что позволит занять максимальную долю на рынке. Наконец, еще одна задача изобретения заключается в том, чтобы достижение всех вышеуказанных преимуществ и целей не имело каких-либо существенных относительных недостатков.
Настоящее изобретение, по существу, устраняет вышеуказанные недостатки и ограничения известного уровня техники.
Раскрытие сущности изобретения
Раскрывается способ удаления инородных частиц из насосной системы. Насосная система включает в себя скважинный насос, соединенный с колонной насосных штанг и с надземным приводом, который соединен с контроллером. Контроллер выполнен с возможностью управления насосной системой, при этом привод имеет регулируемую длину хода.
Способ включает в себя определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса. После запуска режим очистки насоса выполняется контроллером. Контроллер обеспечивает циклическую работу привода насоса с заданной скоростью, используя заданную пусковую длину хода, заданный темп ускорения и заданный темп замедления. Контроллер поддерживает циклическую работу привода насоса, пошагово уменьшая длину хода с заданным шагом уменьшения длины хода, в результате чего увеличивается частота циклов насоса. Контроллер определяет, что режим очистки насоса завершен и возвращает насосную систему в штатный рабочий режим.
Способ также может включать в себя приложение заданной частоты вибраций на участке хода поршня насоса в насосном цикле. При определенных обстоятельствах частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.
По другому варианту осуществления изобретения заданная скорость в режиме очистки насоса является полной рабочей скоростью насосной системы. По другому варианту осуществления изобретения контроллер определяет, что насосная система должна перейти в режим очистки в том случае, если он определит, что производительность насосной системы упала.
Контроллер также может быть выполнен таким образом, чтобы этап определения завершения режима очистки насоса включал в себя определение того, что длина хода стала меньше или равна заданной минимальной длине хода. Режим очистки насоса может быть реализован в контроллере при помощи одного из следующих устройств: удаленных средств телеметрии, клавиатуры, соединенной с контроллером, либо же контроллер может быть выполнен таким образом, чтобы он автоматически приводился в действие в заданное время после определенного числа ходов или автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.
Также раскрывается способ удаления инородных частиц из насосной системы. Насосная система включает в себя скважинный насос, соединенный с колонной насосных штанг и с надземным приводом, который соединен с контроллером. Контроллер выполнен с возможностью управления насосной системой.
Способ включает в себя определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, и запуск режима очистки насоса, который заложен в контроллер. Контроллер выбирает заданную частоту вибраций на участке хода поршня насоса для каждого насосного цикла и определяет, что режим очистки насоса завершен, после чего возвращает насосную систему в штатный режим работы.
По одному из вариантов осуществления изобретения частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы. По другому варианту осуществления изобретения этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме, либо этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.
Еще один вариант осуществления изобретения предусматривает, что этап определения того, что
режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса. Выполнение режима очистки насоса осуществляется при помощи одного из следующих устройств: удаленных средств телеметрии, клавиатуры, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса
Подобное устройство должно иметь такую конструкцию, которая является одновременно надежной и долговечной и не должна требовать обслуживания либо требовать минимальное обслуживание со стороны пользователя на протяжении всего срока службы. В целях повышения привлекательности на рынке конструкция подобного устройства также должна быть недорогой, что позволит ему занять максимальную долю на рынке. Наконец, обеспечение преимуществ подобного устройства не должно иметь каких-либо существенных относительных недостатков.
Краткое описание чертежей
Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут более понятны со ссылкой на чертежи.
На фиг. 1 показана прямолинейная штанговая насосная установка, соединенная с глубинным штанговым насосом скважинного типа, по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 2 схематично показана прямолинейная штанговая насосная установка, соединенная с устьем скважины и отсоединенная от балансирного станка-качалки, по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 3 показана блок-схема одного из типовых вариантов осуществления режима очистки насоса, заложенного в контроллер прямолинейной штанговой насосной установки по фиг. 1, по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 4А и 4В графически показано штатное функционирование прямолинейной штанговой насосной установки глубинного штангового типа, рассчитанной на пять ходов насоса в минуту.
На фиг. 5А и 5В графически показана производительность типовой системы при переходе из штатного режима работы прямолинейной штанговой насосной установки в режим очистки насоса по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 6 представлены несколько типовых графически изображений, на которых показаны динамометрические характеристики при заедании клапана насоса и динамометрические характеристики до и после режима очистки насоса, по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 7-9 показаны типовые буровые отчеты, сформированные контроллером по фиг. 1 в разные временные периоды, соответственно до заедания клапана, при неполном закрытии клапана и после режима очистки насоса по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг. 10 показана типовая характеристика нагрузки насоса при заедании клапана и после начала режима очистки насоса по одному из вариантов осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Глубинные штанговые насосы обычно используют в скважинах при добыче углеводородов, таких как нефть и газ. В ходе штатной работы в результате попадания в насос инородных частиц КПД насоса может снижаться, приводя к снижению темпов добычи и увеличению расходов на обслуживание.
На фиг. 1 схематически показан первый вариант осуществления прямолинейной штанговой насосной системы 100, установленной в устье 54 углеводородной скважины 56. Скважина включает в себя обсадную трубу 60, которая проходит вниз, в землю, через подземный пласт 62 на достаточную глубину до нефтяной залежи 64. Обсадная труба 60 включает в себя несколько перфорированных отверстий 66, через которые текучая среда из углеводородной залежи попадает в обсадную трубу 60, являясь источником текучей среды для скважинного насосного устройства 68, установленного в нижней части трубы 70, оканчивающейся выпускным отверстием 72 для текучей среды в точке над поверхностью 74 земли. Обсадная труба 60 оканчивается выпускным отверстием 76 для газа, расположенным над поверхностью земли 74.
В настоящей заявке под глубинным штанговым насосом понимается скважинное насосное устройство 68, которое включает в себя всасывающий клапан 78 и нагнетательный клапан 80. Нагнетательный клапан 80 прикреплен к колонне 82 насосных штанг, проходящих вверх по трубе 70 и выходящих из устья 54 скважины у полированной насосной штанги 52. Специалистам в данной области техники будет понятно, что скважинное насосное устройство 68 по типовому варианту осуществления изобретения является традиционным глубинным штанговым насосом 69 для подъема текучей среды снизу скважины 56 по мере того, как полированная насосная штанга 52 передает возвратно-поступательные движения колонне 82 насосных штанг, а колонна 82 насосных штанг, в свою очередь, вызывает взаимно-поступательные перемещения нагнетательного клапана 80 за счет хода 84 поршня насоса. В типовой скважине для добычи углеводородов колонна 82 насосных штанг может иметь длину в несколько тысяч футов, а длина хода 84 поршня насоса может составлять несколько футов.
Как показано на фиг. 1, прямолинейная штанговая насосная система 100 по первому варианту осуществления изобретения включает в себя надземный привод 92, например прямолинейный механический приводной узел 102, реверсируемый двигатель 104 и управляющий узел 106, при этом управляющий узел 106 включает в себя контроллер 108 и вращательный электропривод 110. Прямолинейный механический приводной узел 102 включает в себя, по существу, вертикально подвижный элемент, прикрепленный к
полированной насосной штанге 52, для передачи и управления вертикальным перемещением колонны 82 насосных штанг и глубинного штангового насоса 69.
Реверсивный двигатель, например электродвигатель или гидравлический двигатель линейной штанговой насосной установки, включает в себя реверсивный поворотный элемент, функционально связанный с, по существу, вертикально подвижным элементом линейного механического приводного узла 102 таким образом, чтобы между вращательным положением двигателя 104 и вертикальным положением зубчатой рейки существовало фиксированное взаимоотношение. Как будет понятно специалистам в данной области техники, создание фиксированного взаимоотношения между вращательным положением двигателя 104 и вертикальным положением полированной насосной штанги 52 обеспечивает ряд существенных конструктивных и функциональных преимуществ для установки глубинного штангового насоса по изобретению.
На фиг. 2 показан типовой вариант осуществления линейной штанговой насосной установки 200, установленной на стойке 202 в устье 54 скважины и функционально соединенной для приведения в действие полированной насосной штанги 52. В типовом варианте осуществления изобретения по фиг. 2 линейная штанговая насосная установка 200 показана рядом с балансирным станком-качалкой 50 для того, чтобы было видно, как за счет практической реализации изобретения можно существенно уменьшить размер, вес и сложность конструкции по сравнению с известными подходами, использующими балан-сирные станки-качалки 50.
Как видно из фиг. 2, линейная штанговая насосная установка 200 по типовому варианту осуществления изобретения включает в себя линейный механический приводной узел 204, который, в свою очередь, включает в себя механизм зубчатой реечной передачи, шестерня и рейка которого функционально соединены посредством редуктора 210, приводимого в действие реверсивным электродвигателем 104.
Периодически в ходе штатной работы насоса инородные частицы будут удаляться или счищаться, не требуя никакого вмешательства. Иногда рабочим придется использовать специальное оборудование для "промывки" насоса или, возможно, даже придется вынимать насос из скважины для осмотра и ремонта. Некоторые операторы могут "пробивать" насос, сбрасывая насос и колонну насосных штанг с небольшой высоты, стремясь удалить инородные частицы за счет удара насосного плунжера о дно. Подобное вмешательство оказывается дорогостоящим и отнимает время. Кроме этого, остановка добычи на время неисправности насоса может оказаться для производителя основной причиной упущенной прибыли.
Рассматриваемые здесь способы предназначены для процесса автономного удаления инородных частиц из типовой системы глубинного штангового насоса и требуют минимального участия либо вообще не требуют никакого участия пользователя, обеспечивая в итоге увеличение прибыли для производителя углеводородного сырья за счет увеличения добычи и снижения расходов на обслуживание. Варианты осуществления изобретения включают в себя раскрываемый здесь процесс, который может быть использован в первичном двигателе (управляемой приводной системе) установки с глубинным штанговым насосом.
По одному из вариантов осуществления изобретения процесс реализуется в насосной системе с глубинным штанговым насосом Unico LRP(r). Режим 300 очистки насоса, как показано на фиг. 3, заложен в контроллер 108 и может использоваться для автоматического удаления инородных частиц из насоса. Подпрограмма режима 300 очистки насоса может выполняться узлом 106 управления, который включает в себя по меньшей мере одно из следующих устройств: удаленные (например, РЧ или WiFi) средства телеметрии, системную клавиатуру, либо может выполняться автоматически в заданное время, либо может выполняться автоматически при обнаружении контроллером 108 сбоя в работе клапанов 78, 80 насоса.
В целом режим 300 очистки насоса заставляет насос вибрировать с определенной заданной частотой в течение определенного периода времени, например около 2 мин, для удаления инородных частиц из клапанов 78, 80 насоса, позволяя инородным частицам проходить через клапаны 78, 80, попадая в колонну 82 насосных штанг скважины 60. В частности, в отдельных случаях режим 300 очистки насоса состоит из отдельных фаз: 1) штатное функционирование с высокой скоростью без вибрации при движении поршня насоса вверх; 2) колебание с высокой скоростью насосного устройства за счет постепенного уменьшения хода поршня насоса.
Также (см. фиг. 1 и 2) вибрация насосного устройства приводит к передаче кинетической энергии скважинному насосу 68 через колонну 82 насосных штанг в виде ударных нагрузок, превышающих нагрузки при штатной работе насоса. Пики ускорения ударных нагрузок позволяют отбивать инородные частицы. Вибрацию наиболее целесообразно использовать при движении поршня вверх, когда нагнетательный клапан 80 стремится встать в седло.
Для максимального увеличения энергии ударной (пиковой) нагрузки, передаваемой скважинному насосу 68, желательно, чтобы колонна 82 насосных штанг колебалась с собственной резонансной частотой. Этого можно, в частности, достичь за счет качания частотного спектра либо за счет определения резонансной частоты колонны насосных штанг по следующей формуле:
где f - собственная частота;
М - масса штанги 52, которую определяют путем деления веса (W) на ускорение свободного падения: M=W/g;
K - жесткость штанги, которая зависит от длины штанги, ее модуля упругости (свойства материала) и момента инерции.
Один из способов качания частот заключается в постепенном уменьшении хода 84 поршня насоса с одновременной работой насосного устройства на полной скорости, вызывая соответствующее увеличение тактовой частоты (ходов насоса в минуту). В какой-то точке во время подобного качания тактовая частота совпадет с собственной частотой колонны насосных штанг. Одним из дополнительных преимуществ данной технологии является получение нового состояния, при котором и нагнетательный, и всасывающий клапаны 78, 80 глубинного штангового насоса 69 открываются одновременно, позволяя отделившимся инородным частицам смываться через насос и скапливаться на дне скважины.
Таким образом, подводя итог вышесказанному, в режиме 300 очистки насоса насосное устройство вибрирует во время движения поршня вверх и колеблет колонну 82 насосных штанг с разной частотой за счет постепенного уменьшения хода поршня. В блок-схеме по фиг. 3 показан один из вариантов осуществления процесса режима 300 очистки насоса. Режим 300 очистки насоса заложен в контроллер 108. По одному из конкретных вариантов осуществления изобретения контроллер 108 по фиг. 1 использует расчетные скважинные состояния, в том числе нагрузку насоса и положение для выбора наилучшего рабочего режима. Подобные скважинные состояния также могут использоваться для обнаружения заедания клапанов, как это показано в приведенных ниже примерах. Если контроллер 108 обнаружит заедание клапана, то режим 300 очистки насоса может быть запущен контроллером 108 одним из четырех способов, перечисленных ниже.
На фиг. 3 режим 300 очистки насоса начинается на этапе 302, за которым последовательно идут
304 циклическое перемещение насосного устройства вверх и вниз в штатном режиме с заданной высокой скоростью, с заданными резкими темпами ускорения и замедления, с определенной вибрационной частотой, задаваемой на ходе поршня вверх;
306 увеличение числа ходов поршня после того как насосное устройство завершит полный ход поршня;
308 если число ходов поршня будет больше заданного числа X, то в этом случае происходит переход к блоку 310, в остальных случаях возврат к блоку 304;
310 уменьшение длины хода поршня на заданное число Y, в результате чего насосное устройство совершает такты (вверх и вниз) на меньшее расстояние, чем ранее;
312 циклическое перемещение насосного устройства вверх и вниз в штатном режиме, с заданной высокой скоростью, с заданными резкими темпами ускорения и замедления, теперь устройство циклически работает с более коротким ходом поршня и, следовательно, тактовая частота (число ходов поршня в минуту) увеличивается;
314 увеличение числа ходов поршня после того, как насосное устройство завершит полный ход поршня;
316 если число ходов поршня будет больше заданного числа Z, то в этом случае происходит переход к блоку 318 (режим очистки насоса завершен - возврат к штатной работе), в остальных случаях - возврат к блоку 310 (постепенное уменьшение длины хода поршня).
Лабораторное моделирование режима очистки насоса.
На фиг. 4А и 4В в виде графиков показана штатная работа 56-дюймового глубинного штангового насоса, например прямолинейного штангового насоса, в типовой скважине (глубиной 1219 м, насос 1,5 дюйма, стальные штанги диаметром 3/4 дюйма). На фиг. 4А положение штанги 400 указано в дюймах, скорость штанги 402 указана в дюйм/с, на фиг. 4В скорость 406 насоса в скважине указана в дюйм/с, а ускорение 408 насоса в скважине указано в дюйм/с2. Для большей наглядности ускорение 408 насоса смещено вниз на 40 единиц от вертикальной оси.
На фиг. 5А и 5В в виде графиков показана производительность типовой системы при переходе от штатной работы к режиму 300 очистки насоса. На фиг. 5А показано увеличение скорости 502 штанги после перехода к режиму 300 очистки насоса, а на фиг. 5В показано, что скорость 406 насоса и ускорение 408 увеличиваются при возбуждении резонансных частот (по сравнению с фиг. 4В). Двигатель 104 насоса вибрирует во время хода поршня насоса вверх, а длина хода поршня постепенно уменьшается, приводя к увеличению тактовой частоты (ходов насоса в минуту). При резонансной частоте колонны насосных штанг динамическое усилие (ускорение) насоса становится максимальным, прикладывая тем самым разрывающую силу к инородным частицам. При высокой частоте колебаний оба клапана, всасывающий 78 и нагнетательный 80, остаются открытыми, позволяя инородным частицам проходить через насос, попадая в ответвление ствола скважины.
Полевые испытания режима очистки насоса.
Система 100 с прямолинейным штанговым насосом, включающая в себя контроллер 108, выпол
ненный с возможностью осуществления режима 300 очистки насоса, была развернута таким образом, чтобы система удаленного мониторинга находилась в нефтяной скважине. Насос периодически поднимал твердые частицы, вследствие чего нагнетательный клапан 80 заедал в открытом положении. Система удаленного мониторинга насосной системы 100 создавала эксплуатационные и диагностические отчеты, в том числе подавала предупреждения при сбоях в работе насосной системы 100, например при заедании нагнетательного клапана 80, когда можно было запускать режим 300 очистки насоса.
В ходе штатной работы глубинного штангового насоса 69 периодически наблюдалось заедание нагнетательного клапана 80. В некоторых случаях проблема исчезала сама собой. В других случаях она продолжала существовать в течение неограниченного времени. Режим 300 очистки насоса успешно восстанавливал штатную работу насоса 68 после заедания нагнетательного клапана 80. Один из подобных примеров использован в таблицах по фиг. 6-10.
На фиг. 6 изображен типовой экран 600, на котором показаны динамометрическая характеристика, приводящая к заеданию клапана 80, и ситуация после выполнения контроллером 108 режима 300 очистки насоса. По конкретным вариантам осуществления изобретения экран 600 доступен удаленным пользователям, осуществляющим управление насосной системой 100 через удаленные средства телеметрии. Динамометрическая характеристика представлена в виде серии графиков, которые включают в себя первый график 602, на котором показана работа насосной системы перед заеданием клапана 80. На первом графике 602 показана норма извлечения в 137 баррелей в сутки при 100% наполняемости насоса. Также представлен первый график 608 нагрузки, на котором показан коэффициент нагрузки на штангу в зависимости от положения штанги при штатной работе. Данные собираются контроллером 108 и передаются в виде отчета при помощи средств удаленного мониторинга скважины (не показаны).
На втором графике 604 показана работа насосной системы после заедания клапана 80. На данном графике 604 норма извлечения упала до нуля, а наполняемость насоса составляет -2. На втором графике 610 нагрузки показано изменение коэффициента нагрузки на штангу в зависимости от положения штанги после заедания клапана 80 по сравнению с ситуацией при штатной работе. По некоторым вариантам осуществления изобретения оператор узнает о проблеме из итогового отчета 910 системы удаленного мониторинга скважины, показанного на фиг. 10. В итоговом отчете 910 также указывается, что расчетная норма извлечения составляет ноль баррелей в сутки, наполняемость насоса составляет -2, а нагрузка на насос равна нулю (подъем текучей среды не происходит). Из фиг. 6 и 10 также видно, что проблема является долговременной. На третьем графике 606 показана работа насосной системы после осуществления режима 300 очистки насоса, когда все параметры и третий график 612 нагрузки вернулись к норме.
На фиг. 7 показан первый типовой буровой отчет 700, сформированный контроллером 108 перед заеданием клапана 80 (т.е. при штатной работе). На динамометрических графиках 702, 704 видно, что насос работает штатно. Расчетная норма извлечения составляет 137 баррелей в сутки, а на экране наполняемости насоса видно, что наполняемость насоса составляет 100%. В варианте осуществления изобретения по фиг. 7 первый буровой отчет 700 содержит сведения о следующих параметрах: спецификация насосной установки; сведения о подземной выработке и извлечении; эксплуатационные условия; сведения об извлекаемой текучей среде; статистика по мощности; статистика по жидкости и газу; статистика по нагрузке; сведения о скважине и текучей среде; статистика по работе; статистика измерений; редуктор и баланс; диагностика. По альтернативным вариантам осуществления изобретения буровой отчет 700 может включать в себя меньшее или большее количество рабочих параметров.
На фиг. 8 показан второй типовой буровой отчет 800, сформированный контроллером 108 после того, как произошло заедание нагнетательного клапана 80 насоса в открытом положении. Из динамометрических графиков 802, 804 видно, что насосное устройство поднимает и опускает лишь вес колонны насосных штанг (без нагрузки текучей средой). Данное состояние обозначено в "Сведениях по извлечению текучей среды" секцией "Норма извлечения" (0 баррелей в сутки) и в секции "Статистика по жидкости и газу" (наполняемость насоса -2). Проблема может быть вызвана либо расчлененной штангой (рядом с насосом), либо заевшим клапаном 80. В данном случае произошло заедание клапана 80.
По конкретным вариантам осуществления изобретения оператор удаленно запускает режим 300 очистки насоса, после чего функционирование клапана насоса сразу же восстанавливается. На фиг. 9 показан третий типовой буровой отчет 900 после завершения режима 300 очистки насоса. Из динамометрических графиков 902, 904 видно, что после осуществления режима 300 очистки насоса функционирование насоса вернулось к норме. По конкретным вариантам осуществления изобретения контроллер 108 выполнен с возможностью автоматического запуска режима 300 очистки насоса при обнаружении заедания клапана.
В другом примере наблюдается частичное заедание насосного плунжера (не показан) при движении поршня вверх по фиг. 6 (нагрузка на насос увеличивается). Скорее всего, это свидетельствует о том, что те же самые твердые частицы, которые засорили нагнетательный клапан 80, теперь также мешают работе плунжера. Последствия этого также проявляются в типовой характеристике 910 увеличения нагрузки на насос, формируемой контроллером 108 после заедания клапана 80, как это показано на фиг. 10. В варианте осуществления изобретения по фиг. 10 показаны четыре маркера события: "Среднее число ходов поршня в минуту" 912 с соответствующим графиком 913; "Экран наполнения насоса" 914 с соответст
вующим графиком 915; "Экран потока текучей среды" 916 с соответствующим графиком 917; "Экран нагрузки на насос" 918 с соответствующим графиком 919.
В настоящем раскрытии изобретения термин "соединение" означает соединение (электрическое или механическое) двух компонентов друг с другом напрямую или опосредованно. Подобное соединение по своей сути может быть неподвижным или подвижным. Подобное соединение (электрическое или механическое) может быть осуществлено при помощи двух компонентов и любых дополнительных промежуточных элементов, цельноформованных друг с другом в виде единого узла, либо двух компонентов и любых дополнительных элементов, прикрепленных друг к другу.
Подобное соединение по своей сути может быть постоянным или, как вариант, разъемным. Хотя представленное выше описание настоящего изобретения было показано и рассмотрено со ссылкой на конкретные варианты его осуществления и области применения, тем не менее, оно является лишь иллюстративным и описательным и не должно рассматриваться в качестве исчерпывающего или ограничивающего изобретение конкретными раскрытыми вариантами осуществления и областями применения. Специалистам, обладающим рядовыми знаниями в данной области техники, будет понятно, что допустимы различные модификации, вариации или преобразования рассмотренного здесь изобретения, не выходящие за объем и суть настоящего изобретения. Конкретные варианты осуществления изобретения и области применения были выбраны и рассмотрены с тем, чтобы наилучшим образом пояснить принципы изобретения и его практическое применение, тем самым позволив специалистам, обладающим рядовыми знаниями в данной области техники, использовать изобретение и различные варианты его осуществления с различными изменениями, с учетом конкретных потребностей. Поэтому следует считать, что все подобные изменения, модификации, вариации и преобразования входят в объем настоящего изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения, при условии их трактования в том объеме, на который они фактически, по закону или по праву справедливости притязают.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный посредством колонны насосных штанг с надземным приводом насоса, который соединен с контроллером, выполненным с возможностью управления насосной системой, причем привод насоса имеет регулируемую длину хода, содержащий
определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса;
выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего
циклическую работу привода насоса с заданной скоростью, используя заданную пусковую длину хода, заданный темп ускорения и заданный темп замедления;
поддержание циклического режима работы привода насоса при постепенном уменьшении с заданным шагом длины хода привода, так что обеспечивается увеличение частоты циклов насоса;
определение того, что режим очистки насоса завершен;
возврат насосной системы в штатный режим работы.
2. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня насоса в насосном цикле.
3. Способ по п.2, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.
4. Способ по п.1, в котором заданная скорость является полной скоростью насосной системы.
5. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.
6. Способ по п.1, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.
7. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.
8. Способ по п.1, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что длина хода поршня стала меньше или равна заданной минимальной длине хода поршня.
9. Способ по п.1, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.
10. Способ очистки насосной системы, включающей в себя скважинный насос, соединенный по-
средством колонны насосных штанг с надземным приводом, который соединен с контроллером, выпол-
ненным с возможностью управления насосной системой, содержащий
определение того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса;
выполнение режима очистки насоса, заложенного в контроллер, включающего
приложение заданной частоты вибраций к насосу на участке хода поршня по меньшей мере в одном из насосных циклов;
определение того, что режим очистки насоса завершен; возврат насосной системы в штатный режим работы.
11. Способ по п.10, в котором заданная частота вибраций является резонансной частотой колонны насосных штанг насосной системы.
12. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в штатном рабочем режиме.
13. Способ по п.10, в котором этап определения того, что насосная система должна начать функционировать в режиме очистки насоса, включает в себя определение того, что производительность насосной системы упала.
14. Способ по п.10, в котором этап определения того, что режим очистки насоса завершен, включает в себя определение того, что насосная система совершила заданное количество циклов в режиме очистки насоса.
15. Способ по п.10, в котором выполнение режима очистки насоса осуществляется управляющим узлом, снабженным удаленными средствами телеметрии или клавиатурой, автоматически в заданное время и автоматически при обнаружении сбоя в работе насоса.
11.
11.
11.
11.
902 Фиг. 9
900
Маркеры событий
Среднее количество ходов насоса в
минуту06.49
Макс. 6.49 Мин. 6.49
913
Среднее 6.49 "ML Диапазон 0.00
Отслеживание 912
наполнения насоса100%
Макс. юо Мин. 2
"1 915
Среднее 96 , Диапазон 1Q7
Отслеживание \
потока 914 текучей среды 136 баррелей в сутки
Макс. 155 Мин. о Среднее 132 Диапазон 155 ^
5 г 917
Отслеживание 916
загрузки текучей среды 28"17 фунтов Макс. 3,424 Мин. 77 -ев Среднее 2.728 Диапазона 501 \
918
U 919
Фиг. 10
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032522
- 1 -
(19)
032522
- 1 -
(19)
032522
- 1 -
(19)
032522
- 8 -
032522
032522
- 10 -
032522
- 11 -
032522
- 11 -