檢測(cè)并且打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖的方法
【專(zhuān)利摘要】一種打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括：a)監(jiān)測(cè)關(guān)于泵電動(dòng)機(jī)所使用的電流的測(cè)量值，所述泵電動(dòng)機(jī)連接到電動(dòng)潛水泵并且向電動(dòng)潛水泵提供動(dòng)力；b)比較測(cè)量值與閾值，以便檢測(cè)氣鎖狀況的出現(xiàn)；并且當(dāng)檢測(cè)到這些氣鎖條件時(shí)；c)發(fā)送超控信號(hào)，以便立即減小流到電動(dòng)潛水泵的流量一預(yù)定時(shí)間段；和d)在預(yù)定時(shí)間段結(jié)束時(shí)比較關(guān)于電流的測(cè)量值與閾值，如果沒(méi)有檢測(cè)到氣鎖狀況，則增大供應(yīng)至電動(dòng)潛水泵的動(dòng)力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】檢測(cè)并且打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖的方法
[0001]相關(guān)領(lǐng)域的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年3月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/605，794的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)弓I用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及檢測(cè)并且打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖。

【背景技術(shù)】
[0004]在深水油氣生產(chǎn)設(shè)施中使用電動(dòng)潛水泵以提供人工升舉，使得油和氣可上升至水面，以進(jìn)行進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)和/或運(yùn)送。在油/氣混合物的操作流體性質(zhì)的變化致使套管內(nèi)部的液面下降并且結(jié)果在泵吸入充足的氣量的情況下可能產(chǎn)生氣鎖狀況，以有效閉鎖泵并且防止流體通過(guò)泵流出排放管線(xiàn)。
[0005]針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的傳統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定，然后一旦系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀況之后通常通過(guò)使氣沿著排放管線(xiàn)向上流動(dòng)而重新啟動(dòng)泵。這種解決方案導(dǎo)致延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，增加泵啟動(dòng)次數(shù)，以及結(jié)果縮短了泵的使用壽命(因啟動(dòng)時(shí)承受的應(yīng)力)。另外，如果沒(méi)有檢測(cè)到氣鎖狀況，則可能損壞泵部件和/或可能使泵電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括:a)監(jiān)測(cè)關(guān)于泵電動(dòng)機(jī)所使用的電流的導(dǎo)出值，所述泵電動(dòng)機(jī)連接到泵并且為電動(dòng)潛水泵提供動(dòng)力；b)比較導(dǎo)出值與閾值，以檢測(cè)氣鎖狀況的出現(xiàn)；和當(dāng)檢測(cè)到這些氣鎖狀況時(shí)；c)發(fā)送超控信號(hào)，以減小泵的速度一設(shè)定時(shí)間段；和d)在設(shè)定時(shí)間段結(jié)束時(shí)比較關(guān)于電流的導(dǎo)出值與閾值，如果沒(méi)有檢測(cè)到氣鎖狀況，則增加泵的速度以恢復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1描繪了控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
[0008]圖2描繪了方法的一個(gè)實(shí)施例，示出了時(shí)間線(xiàn)上的多個(gè)步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0009]氣鎖狀況的特征在于:當(dāng)氣進(jìn)入到泵中時(shí)，作用在泵電動(dòng)機(jī)上的負(fù)荷突然下降。在氣鎖狀況下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)可能損壞電動(dòng)潛水泵、密封件或者電動(dòng)機(jī)，并且重要的是檢測(cè)氣鎖狀況并且盡可能快地調(diào)節(jié)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(chǎn)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(guò)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(zhì)變化。
[0011]檢測(cè)并且打破氣鎖狀況的方法包括:監(jiān)測(cè)泵的操作且比較操作和表示氣鎖狀況的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定界限值或者警報(bào)的初始步驟。可以監(jiān)測(cè)多個(gè)變量，并且可以在水面、海底或者井眼中實(shí)施測(cè)量。優(yōu)選的測(cè)量是電動(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)安培數(shù)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0012]預(yù)定界限值或者警報(bào)可以是基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)而設(shè)定的硬界限值，或者其可以是基于系統(tǒng)的正常運(yùn)行或者以往運(yùn)行的偏差的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差的一個(gè)示例。
[0013]存在多種方式來(lái)發(fā)送超控信號(hào)，以便一旦達(dá)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(hào)減小至預(yù)定最小頻率值。當(dāng)致動(dòng)時(shí)，超控可以立即減小至對(duì)應(yīng)于電動(dòng)潛水泵的電流頻率的值。此后，超控可以逐漸緩降至其最小值，以便防止作用在泵上的負(fù)荷過(guò)快變化。使用低信號(hào)選擇器將用于減小傳遞到泵電動(dòng)機(jī)的信號(hào)，以便減小流過(guò)泵的流量。如上所述，如果沒(méi)有盡快地采取行動(dòng)，則可能損壞泵，因此應(yīng)當(dāng)在遭遇氣鎖狀況之后快速實(shí)施發(fā)送超控信號(hào)的步驟。
[0014]一旦減小流量，則設(shè)定定時(shí)器，以保持低流量一設(shè)定時(shí)間段。基于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和油井的特征可構(gòu)造并且可設(shè)定這種時(shí)間量。另外，可以存在這種定時(shí)器的手動(dòng)超控，以使得操作者可決定繞過(guò)該設(shè)定時(shí)間段并且嘗試在時(shí)間段結(jié)束之前增大流速。
[0015]在時(shí)間段結(jié)束時(shí)或者在操作者人工干預(yù)時(shí)，再次測(cè)量適當(dāng)?shù)淖兞坎⑶遗c警報(bào)界限值進(jìn)行比較，以便確保在系統(tǒng)中不再存在氣鎖狀況。如果泵仍然處于氣鎖狀態(tài)中，則保持泵處于低流量的狀況下另一設(shè)定時(shí)間段。如果泵不再處于氣鎖狀態(tài)中，則將增大泵流速。這可以通過(guò)增大從壓力控制器傳遞至泵的信號(hào)的頻率并且將超控信號(hào)重置至最大頻率信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0016]可以以設(shè)定的緩變率增加流速，以防止系統(tǒng)斜升太快并且返回到氣鎖狀況。緩變率是預(yù)定比率，但是其可由操作者構(gòu)造或者設(shè)定。
[0017]將參照?qǐng)D1和圖2來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。圖1示出了標(biāo)準(zhǔn)壓力控制器10，所述標(biāo)準(zhǔn)壓力控制器10用于在正常條件期間控制泵操作。超控信號(hào)50在正常操作期間保持處于操作頻率條件下，但是當(dāng)遭遇氣鎖狀況時(shí)超控信號(hào)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(hào)和來(lái)自壓力控制器的信號(hào)通過(guò)低信號(hào)選擇器20。來(lái)自控制器30的信號(hào)被傳遞到電動(dòng)機(jī)控制器40，所述電動(dòng)機(jī)控制器40控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)潛水泵的電動(dòng)機(jī)。在某些實(shí)施例中，在系統(tǒng)中包括抗積分飽和信號(hào)60，以便當(dāng)控制系統(tǒng)從超控信號(hào)切換至壓力控制時(shí)防止沖擊。
[0018]圖2示出了本發(fā)明的方法的操作。在正常操作期間，超控信號(hào)保持處于操作頻率。當(dāng)檢測(cè)到氣鎖狀況時(shí)，信號(hào)減小至最小頻率信號(hào)，以便提供通過(guò)泵的最小流量。在定時(shí)器持續(xù)時(shí)間(或者在采取人工干預(yù)的情況下更早)之后，重置超控并且將超控緩慢增加到最大頻率。在此時(shí)，壓力控制器控制泵，這是因?yàn)閮蓚€(gè)信號(hào)通過(guò)低信號(hào)選擇器并且持續(xù)正常、穩(wěn)定的操作，除非再次遭遇氣鎖狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明使得控制器能夠在不需要重復(fù)關(guān)閉電動(dòng)潛水泵的條件下處理氣鎖狀況和打破氣鎖，重復(fù)關(guān)閉電動(dòng)潛水泵因增加泵的啟動(dòng)次數(shù)而可能導(dǎo)致縮短泵的使用壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種用于打破電動(dòng)潛水泵中的氣鎖的方法，所述方法包括: a.監(jiān)測(cè)關(guān)于泵電動(dòng)機(jī)所使用的電流的導(dǎo)出值，所述泵電動(dòng)機(jī)連接到所述電動(dòng)潛水泵并且向所述電動(dòng)潛水泵提供動(dòng)力； b.比較所述導(dǎo)出值與閾值，以便檢測(cè)所述氣鎖狀況的出現(xiàn)；并且當(dāng)檢測(cè)到這些氣鎖條件時(shí)； c.發(fā)送超控信號(hào)，以便立即減小流到所述電動(dòng)潛水泵的流量達(dá)一預(yù)定時(shí)間段；和 d.在所述預(yù)定時(shí)間段結(jié)束時(shí)比較關(guān)于所述電流的導(dǎo)出值與所述閾值，如果沒(méi)有檢測(cè)到所述氣鎖狀況,則增大供應(yīng)到電動(dòng)潛水泵的動(dòng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)出值是所述泵電動(dòng)機(jī)安培數(shù)的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述超控信號(hào)是通常處于最大頻率條件下、但是當(dāng)檢測(cè)到所述氣鎖狀況時(shí)將所述信號(hào)改變至預(yù)定最小頻率的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過(guò)低信號(hào)選擇器管理超控信號(hào)和壓力控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，操作者能夠在發(fā)出所述超控信號(hào)之后的任意時(shí)間越過(guò)所述預(yù)定時(shí)間段并且強(qiáng)制進(jìn)行步驟d)的比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)規(guī)定的緩變率來(lái)增加供應(yīng)到所述電動(dòng)潛水泵的動(dòng)力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:在步驟d)期間，如果檢測(cè)到所述氣鎖狀況，則持續(xù)發(fā)送超控信號(hào)達(dá)第二預(yù)定時(shí)間段，然后在所述第二預(yù)定時(shí)間段結(jié)束時(shí)，比較關(guān)于所述電流的導(dǎo)出值與閾值，而如果沒(méi)有檢測(cè)到氣鎖狀況，則增加供應(yīng)到電動(dòng)潛水泵的動(dòng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括:持續(xù)發(fā)送超控信號(hào)達(dá)一后續(xù)預(yù)定時(shí)間段，直到?jīng)]有檢測(cè)到氣鎖狀況為止。
【文檔編號(hào)】F04D15/00GK104160155SQ201380011908
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月2日
【發(fā)明者】L·巴里奧斯, D·E·休格 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司