[發明專利]用于電動泵的無轉換器操作的系統和方法

有效

• 申請號: 201480051657.9
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN105531480B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: D.A.托里;D.阿拉文
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F04B47/06
• 分類號: F04B47/06;E21B44/00;F04B49/06;F04B49/10;H02P9/00;H02P9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉林華;肖日松

一種無轉換器電動泵系統包括離網原動機。離網原動機具有旋轉傳動軸，且響應于節流控制命令操作以控制旋轉傳動軸的轉速。發電機由離網原動機驅動來生成AC功率。變速感應電機由發電機直接供能。可為潛水式的泵由至少一個變速感應電機驅動。可為本地或遠程的系統控制器編程為響應于一個或更多個泵操作特征生成節流控制命令，使得離網原動機、發電機和變速感應電機一起操作來調節電動泵的入口處的壓力。

背景技術

本公開內容的主題大體上涉及電動泵，并且更具體地涉及用于電動泵的無轉換器操作的系統和方法。

控制電動泵的速度的常規途徑在于通過使用由定頻AC電源供電的變速驅動器(VSD)。VSD綜合以期望方式操作泵所需的此頻率的電壓和電流。在油氣行業中，由VSD輸出的電壓常常使用變壓器提高到中壓，因為高電壓電機配置在井中以減小供應電機所需的電力線纜的尺寸。

圖1示出了油氣行業中已知用于在離網應用中操作電動潛水泵(ESP)的常規系統10。直接地聯接到發電機14上的一個或更多個原動機產生AC電壓，其具有固定頻率和振幅來供應電負載15。例如，原動機可包括往復式發動機，其由天然氣或柴油燃料供應燃料，或渦輪。生成的AC功率給送至VSD16，其負責在AC電壓提高到中壓水平之后調節ESP12的操作，AC電壓經由適合的變壓器19供應至(多個)ESP電機18。

在油氣行業中所需的是提供一種不那么復雜、低成本且具有更小的占地面積的用于操作ESP的系統。由于與使設施安裝所需的電力線相關聯的延遲，故與在相比于其使用公用電力使井投入生產所花費的時間時，減少資金花費、重量和占地尺寸的系統將有利地減少其使用現場生成的電力使井投入生產所花費的時間。

有可能使用由井產生的天然氣來支持發電機的操作，由此減少系統的操作花費。取決于發電機和原動機的選擇，可能需要經由變速箱聯接發電機和原動機。大體上有可能選擇具有固定比的變速箱，由此避免系統操作期間改變齒輪比的需要。

發明內容

根據一個實施例，一種無轉換器電動泵系統包括：

至少一個離網原動機，其包括旋轉傳動軸，且響應于節流控制命令操作以控制旋轉傳動軸的轉速；

至少一個發電機，其由至少一個離網原動機驅動來生成AC功率；

至少一個變速電機，其由至少一個發電機直接供能；

至少一個電動潛水泵，其由至少一個變速電機驅動，其中與至少一個電動潛水泵相關聯的一個或更多個操作特征由一個或更多個對應的傳感器監測；

系統控制器，其編程為響應于一個或更多個泵操作特征生成節流控制命令，使得至少一個離網原動機、至少一個發電機和至少一個變速電機一起操作來調節至少一個電動潛水泵的入口處的壓力；以及監測和保護設備，其包括電路斷路器以確保系統周圍人員的安全，且在系統啟動期間，或響應于設備故障或響應于一個或更多個意外事件的發生來向原動機、發電機和變速電機提供保護。

根據另一個實施例，一種操作電動潛水泵的方法，包括：

響應于節流控制命令控制離網原動機的傳動軸速度；

響應于離網原動機的傳動軸速度控制發電機的AC功率輸出；

響應于發電機的AC功率輸出來直接地控制變速電機的速度；以及

監測電動潛水泵的操作特征且響應于其生成節流控制命令，使得離網原動機、發電機和變速電機一起操作來調節至電動潛水泵的入口處的壓力。

附圖說明

在參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得更好理解，在附圖中：

圖1示出了本領域中已知的常規電動潛水泵(ESP)系統；

圖2示出了根據一個實施例的無轉換器ESP系統；