[发明专利]用于电动泵的无转换器操作的系统和方法

说明书

一种无转换器电动泵系统包括离网原动机。离网原动机具有旋转传动轴，且响应于节流控制命令操作以控制旋转传动轴的转速。发电机由离网原动机驱动来生成AC功率。变速感应电机由发电机直接供能。可为潜水式的泵由至少一个变速感应电机驱动。可为本地或远程的系统控制器编程为响应于一个或更多个泵操作特征生成节流控制命令，使得离网原动机、发电机和变速感应电机一起操作来调节电动泵的入口处的压力。

背景技术

本公开内容的主题大体上涉及电动泵，并且更具体地涉及用于电动泵的无转换器操作的系统和方法。

控制电动泵的速度的常规途径在于通过使用由定频AC电源供电的变速驱动器(VSD)。VSD综合以期望方式操作泵所需的此频率的电压和电流。在油气行业中，由VSD输出的电压常常使用变压器提高到中压，因为高电压电机配置在井中以减小供应电机所需的电力线缆的尺寸。

图1示出了油气行业中已知用于在离网应用中操作电动潜水泵(ESP)的常规系统10。直接地联接到发电机14上的一个或更多个原动机产生AC电压，其具有固定频率和振幅来供应电负载15。例如，原动机可包括往复式发动机，其由天然气或柴油燃料供应燃料，或涡轮。生成的AC功率给送至VSD16，其负责在AC电压提高到中压水平之后调节ESP12的操作，AC电压经由适合的变压器19供应至(多个)ESP电机18。

在油气行业中所需的是提供一种不那么复杂、低成本且具有更小的占地面积的用于操作ESP的系统。由于与使设施安装所需的电力线相关联的延迟，故与在相比于其使用公用电力使井投入生产所花费的时间时，减少资金花费、重量和占地尺寸的系统将有利地减少其使用现场生成的电力使井投入生产所花费的时间。

有可能使用由井产生的天然气来支持发电机的操作，由此减少系统的操作花费。取决于发电机和原动机的选择，可能需要经由变速箱联接发电机和原动机。大体上有可能选择具有固定比的变速箱，由此避免系统操作期间改变齿轮比的需要。

发明内容

根据一个实施例，一种无转换器电动泵系统包括：

至少一个离网原动机，其包括旋转传动轴，且响应于节流控制命令操作以控制旋转传动轴的转速；

至少一个发电机，其由至少一个离网原动机驱动来生成AC功率；

至少一个变速电机，其由至少一个发电机直接供能；

至少一个电动潜水泵，其由至少一个变速电机驱动，其中与至少一个电动潜水泵相关联的一个或更多个操作特征由一个或更多个对应的传感器监测；

系统控制器，其编程为响应于一个或更多个泵操作特征生成节流控制命令，使得至少一个离网原动机、至少一个发电机和至少一个变速电机一起操作来调节至少一个电动潜水泵的入口处的压力；以及监测和保护设备，其包括电路断路器以确保系统周围人员的安全，且在系统启动期间，或响应于设备故障或响应于一个或更多个意外事件的发生来向原动机、发电机和变速电机提供保护。

根据另一个实施例，一种操作电动潜水泵的方法，包括：

响应于节流控制命令控制离网原动机的传动轴速度；

响应于离网原动机的传动轴速度控制发电机的AC功率输出；

响应于发电机的AC功率输出来直接地控制变速电机的速度；以及

监测电动潜水泵的操作特征且响应于其生成节流控制命令，使得离网原动机、发电机和变速电机一起操作来调节至电动潜水泵的入口处的压力。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中：

图1示出了本领域中已知的常规电动潜水泵(ESP)系统；

图2示出了根据一个实施例的无转换器ESP系统；