檢測並且打破電動潛水泵中的氣鎖的方法
2023-10-10 08:44:34 4
檢測並且打破電動潛水泵中的氣鎖的方法
【專利摘要】一種打破電動潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括：a)監測關於泵電動機所使用的電流的測量值，所述泵電動機連接到電動潛水泵並且向電動潛水泵提供動力；b)比較測量值與閾值，以便檢測氣鎖狀況的出現；並且當檢測到這些氣鎖條件時；c)發送超控信號，以便立即減小流到電動潛水泵的流量一預定時間段；和d)在預定時間段結束時比較關於電流的測量值與閾值，如果沒有檢測到氣鎖狀況，則增大供應至電動潛水泵的動力。
【專利說明】檢測並且打破電動潛水泵中的氣鎖的方法
[0001]相關領域的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年3月2日提交的美國臨時專利申請N0.61/605，794的權益，其全部內容在此通過弓I用併入本文。
【技術領域】
[0003]本發明涉及檢測並且打破電動潛水泵中的氣鎖。
【背景技術】
[0004]在深水油氣生產設施中使用電動潛水泵以提供人工升舉，使得油和氣可上升至水面，以進行進一步處理、存儲和/或運送。在油/氣混合物的操作流體性質的變化致使套管內部的液面下降並且結果在泵吸入充足的氣量的情況下可能產生氣鎖狀況，以有效閉鎖泵並且防止流體通過泵流出排放管線。
[0005]針對這個問題的傳統解決方案是如在US 5，015，151中所述那樣，使泵停止以允許系統穩定，然後一旦系統恢復到正常狀況之後通常通過使氣沿著排放管線向上流動而重新啟動泵。這種解決方案導致延長停機時間，增加泵啟動次數，以及結果縮短了泵的使用壽命(因啟動時承受的應力)。另外，如果沒有檢測到氣鎖狀況，則可能損壞泵部件和/或可能使泵電動機過熱。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種打破電動潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括:a)監測關於泵電動機所使用的電流的導出值，所述泵電動機連接到泵並且為電動潛水泵提供動力；b)比較導出值與閾值，以檢測氣鎖狀況的出現；和當檢測到這些氣鎖狀況時；c)發送超控信號，以減小泵的速度一設定時間段；和d)在設定時間段結束時比較關於電流的導出值與閾值，如果沒有檢測到氣鎖狀況，則增加泵的速度以恢復到正常運轉狀況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1描繪了控制系統的一個實施例；
[0008]圖2描繪了方法的一個實施例，示出了時間線上的多個步驟。
【具體實施方式】
[0009]氣鎖狀況的特徵在於:當氣進入到泵中時，作用在泵電動機上的負荷突然下降。在氣鎖狀況下持續運轉可能損壞電動潛水泵、密封件或者電動機，並且重要的是檢測氣鎖狀況並且儘可能快地調節這些氣鎖狀況，以便打破氣鎖。
[0010]若干原因中的任意一種均可引致產生氣鎖狀況，所述若干原因包括:油/氣混合物中的氣體體積部分增加；泵在過高的流速下操作，使得液面下降到泵吸入口以下；和因熱油減少、氣/水段塞等造成的快速流體性質變化。
[0011]檢測並且打破氣鎖狀況的方法包括:監測泵的操作且比較操作和表示氣鎖狀況的一個或多個預定界限值或者警報的初始步驟。可以監測多個變量，並且可以在水面、海底或者井眼中實施測量。優選的測量是電動潛水泵電動機安培數的運行標準偏差。
[0012]預定界限值或者警報可以是基於系統設計而設定的硬界限值，或者其可以是基於系統的正常運行或者以往運行的偏差的運行標準偏差的一個示例。
[0013]存在多種方式來發送超控信號，以便一旦達到氣鎖狀況便減小泵的速度。如圖2所示，可以將通常為最大頻率的超控信號減小至預定最小頻率值。當致動時，超控可以立即減小至對應於電動潛水泵的電流頻率的值。此後，超控可以逐漸緩降至其最小值，以便防止作用在泵上的負荷過快變化。使用低信號選擇器將用於減小傳遞到泵電動機的信號，以便減小流過泵的流量。如上所述，如果沒有儘快地採取行動，則可能損壞泵，因此應當在遭遇氣鎖狀況之後快速實施發送超控信號的步驟。
[0014]一旦減小流量，則設定定時器，以保持低流量一設定時間段。基於系統的設計和油井的特徵可構造並且可設定這種時間量。另外，可以存在這種定時器的手動超控，以使得操作者可決定繞過該設定時間段並且嘗試在時間段結束之前增大流速。
[0015]在時間段結束時或者在操作者人工幹預時，再次測量適當的變量並且與警報界限值進行比較，以便確保在系統中不再存在氣鎖狀況。如果泵仍然處於氣鎖狀態中，則保持泵處於低流量的狀況下另一設定時間段。如果泵不再處於氣鎖狀態中，則將增大泵流速。這可以通過增大從壓力控制器傳遞至泵的信號的頻率並且將超控信號重置至最大頻率信號來實現。
[0016]可以以設定的緩變率增加流速，以防止系統斜升太快並且返回到氣鎖狀況。緩變率是預定比率，但是其可由操作者構造或者設定。
[0017]將參照圖1和圖2來進一步描述本發明。圖1示出了標準壓力控制器10，所述標準壓力控制器10用於在正常條件期間控制泵操作。超控信號50在正常操作期間保持處於操作頻率條件下，但是當遭遇氣鎖狀況時超控信號50減小至最小頻率。在被傳遞至頻率斜升限制控制器30之前，超控信號和來自壓力控制器的信號通過低信號選擇器20。來自控制器30的信號被傳遞到電動機控制器40，所述電動機控制器40控制驅動電動潛水泵的電動機。在某些實施例中，在系統中包括抗積分飽和信號60，以便當控制系統從超控信號切換至壓力控制時防止衝擊。
[0018]圖2示出了本發明的方法的操作。在正常操作期間，超控信號保持處於操作頻率。當檢測到氣鎖狀況時，信號減小至最小頻率信號，以便提供通過泵的最小流量。在定時器持續時間(或者在採取人工幹預的情況下更早)之後，重置超控並且將超控緩慢增加到最大頻率。在此時，壓力控制器控制泵，這是因為兩個信號通過低信號選擇器並且持續正常、穩定的操作，除非再次遭遇氣鎖狀態。
[0019]本發明使得控制器能夠在不需要重複關閉電動潛水泵的條件下處理氣鎖狀況和打破氣鎖，重複關閉電動潛水泵因增加泵的啟動次數而可能導致縮短泵的使用壽命。
【權利要求】
1.一種用於打破電動潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括: a.監測關於泵電動機所使用的電流的導出值，所述泵電動機連接到所述電動潛水泵並且向所述電動潛水泵提供動力； b.比較所述導出值與閾值，以便檢測所述氣鎖狀況的出現；並且當檢測到這些氣鎖條件時； c.發送超控信號，以便立即減小流到所述電動潛水泵的流量達一預定時間段；和 d.在所述預定時間段結束時比較關於所述電流的導出值與所述閾值，如果沒有檢測到所述氣鎖狀況,則增大供應到電動潛水泵的動力。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述導出值是所述泵電動機安培數的運行標準偏差。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述超控信號是通常處於最大頻率條件下、但是當檢測到所述氣鎖狀況時將所述信號改變至預定最小頻率的信號。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，通過低信號選擇器管理超控信號和壓力控制信號。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，操作者能夠在發出所述超控信號之後的任意時間越過所述預定時間段並且強制進行步驟d)的比較。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，根據規定的緩變率來增加供應到所述電動潛水泵的動力。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括:在步驟d)期間，如果檢測到所述氣鎖狀況，則持續發送超控信號達第二預定時間段，然後在所述第二預定時間段結束時，比較關於所述電流的導出值與閾值，而如果沒有檢測到氣鎖狀況，則增加供應到電動潛水泵的動力。
8.根據權利要求8所述的方法，還包括:持續發送超控信號達一後續預定時間段，直到沒有檢測到氣鎖狀況為止。
【文檔編號】F04D15/00GK104160155SQ201380011908
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月27日 優先權日:2012年3月2日
【發明者】L·巴裡奧斯, D·E·休格 申請人:國際殼牌研究有限公司