RO125784A2

RO125784A2 - Mecanisme de erupţie artificială

Info

Publication number: RO125784A2
Application number: ROA201000287A
Authority: RO
Inventors: Phillip Denne
Original assignee: Crostek Management Corp.
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2010-10-29
Also published as: MX2010003221A; CA2697984C; GB201003929D0; WO2009039602A1; CA2697984A1; CN101815871A; US20100310385A1; GB2465714A

Abstract

Invenţia se referă la un mecanism pentru acţionarea unei pompe cu deplasare alternativă, pentru ridicarea fluidelor dintr-un puţ sau dintr-o gaură de sondă forată. Mecanismul conform invenţiei este alcătuit dintr-un disc (2) de care este suspendată, cu ajutorul unui cuplaj (3) flexibil, o prăjină (1) lustruită, care străbate nişte tuburi (7 şi 5) superior şi inferior, etanşate între ele cu ajutorul unei garnituri (8), prăjina (1) lustruită fiind ridicată sau coborâtă de către un cilindru (6) de care este fixat discul (2) şi care străbate un lagăr (9) şi o garnitură de etanşare, montate între cilindru (6) şi o carcasă (4) exterioară, sub lagăr (9), între carcasă (4) şi tubul (5) inferior, fiind plasate nişte palete (12) şi nişte piese (11) polare, în condiţiile în care într-un volum (10) interior este gaz a cărui presiune variază adiabatic cu poziţia cilindrului (6), în timpul ciclului de pompare, astfel că paletele (12) şi piesele (11) polare produc energia care va fi stocată în şi extrasă din arcul cu gaz.

Description

DOMENIUL TEHNIC

OFICIUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl MĂRCI Cerere de brevet de invenție ^!

KT_r IjU

Data depozit.....

Prezenta invenție se referă la forma unui mecanism destinat acționării unei pompe cu mișcare alternativă pentru ridicarea lichidelor dintr-un puț sau foraj adânc.

STADIUL TEHNICII în mecanismul unei „unități de pompare”, ansamblul cu piston și supapă de reținere de la baza puțului sau forajului (care poate avea o adâncime de câteva mii de metri) este, în general, cuplat la mecanismul de acționare de la suprafață cu ajutorul unei tije lungi din oțel, care, fiind asamblată pe segmente prin înșurubare, este cunoscută drept garnitură de prăjini de pompare. Segmentul superior al acestei garnituri segmentul care iese din puț printr-un dispozitiv de etanșare la presiune - are, în mod necesar, o finisare mai ridicată a suprafeței și este cunoscut ca prăjina lustruită (sau cu lustru). Prăjina lustruită este racordată direct la mecanismul cu mișcare alternativă, care formează invenția descrisă în cele de față.

De mult timp este cunoscută construirea acestor mecanisme sub forma unei traverse orizontale oscilante, care are un capăt sub formă de ciocan, peste care este înfășurat un lanț sau un cablu de care se află suspendată garnitura de pompare. Există și alte mecanisme mai complexe, în care, de exemplu, prăjina lustruită este suspendată de un scripete sau de o curea și în care scripetele sau cureaua este ridicată și coborâtă de rotația și contra-rotația unui mecanism cu vinci. Cu toate acestea, traversa oscilantă sau „balansierul” a rămas cel mai popular dispozitiv pentru punerea în mișcare a unei garnituri de prăjini. Traversele oscilante au fost utilizate încă din secolul al optsprezecelea pentru pomparea apei din mine.

Capătul cu acționare mecanică al ansamblului traversei oscilante a fost acționat fie de un dispozitiv de acționare liniar, similar unui concept mai vechi de motor cu aburi (motorul Atmosferic sau Newcomen), fie de un mecanism cu bielă-manivelă, acționat la rândul său de un motor rotativ, cum ar fi un motor electric, pe benzină, pe gaz sau diesel. Aceste motoare au un cuplu de ieșire scăzut, iar o cutie de viteze de mare putere trebuie să fie interpusă pentru reducerea vitezei de rotație și pentru mărirea cuplului manivelei care pune în mișcare traversa.

Se va înțelege și că și garnitura lungă din oțel, care cuplează mecanismul de acționare de la partea superioară a puțului cu însăși pompa de la baza puțului, are o greutate de mai multe tone, care, de asemenea, trebuie să fie susținută de traversă. Pentru a se mări randamentul mecanismului, greutatea trebuie să fie

GV 2 O 1 0 - O O 2 8 7 - 2 4 -Π^:~_ contrabalansată. Deși unele mecanisme recente au utilizat un resort cu gaz (sub forma unui cilindru pneumatic ca „stâlp de susținere” dedesubtul capătului sub sarcină al traversei), este mult mai obișnuit ca această contrabalansare să fie sub forma unor greutăți excentrice, atașate pe arborele mecanismului cu manivelă ce acționează traversa oscilantă.

Din cele mai vechi timpuri, cursa de pompare a fost, în mod tradițional, de circa zece picioare (doi sau trei metri), iar frecvența de pompare a fost de aproximativ 5 (între 1 și 10) curse pe minut. Se va înțelege că selectările tradiționale au fost determinate de masele mari implicate și de acțiunea asimetrică a dispozitivului, care plasează solicitări mari asupra pieselor și provoacă o uzură semnificativă asupra lagărelor mecanismului „balansier.

Mașina tradițională are multe părți în mișcare și trebuie să funcționeze 24 de ore pe zi, 365 de zile pe an, timp de mai mulți ani, astfel se va înțelege că acesta necesită inspecții, lubrifieri, întreținere și reparații regulate.

în continuare, se va înțelege că, în trecut, mecanismele de pompare au fost concepute numai cu privire la funcția mecanică a acestora. Procesul de proiectare al acestora s-a concentrat în întregime asupra asigurării unei metode sigure de ridicare și de coborâre a unei garnituri lungi de prăjini în interiorul unei coloane prin care lichidul este el însuși ridicat la cursa ascendentă a pompei. La proiectarea acestui mecanism nu s-a acordat o mare atenție asupra mijloacelor de detectare a randamentului operațiunii de pompare sau asupra reacției la condițiile speciale care pot afecta puternic sarcinile de pe aparatul de pompare. De exemplu, mecanismele din stadiul tehnicii nu cuprind capacitatea de a detecta și de a reacționa la anumite condiții, cum ar fi un put secat, o garnitură de prăjini spartă sau o supapă înfundată. Aceste condiții ar fi putut să fie descoperite sau diagnosticate numai ca rezultat al unei inspecții și întrețineri de rutină, iar înaintea acelei descoperiri, condiția netratată nu ar fi dus numai la o scădere a randamentului, ci ar fi putut constitui cauza unei deteriorări considerabile a mecanismului de pompare.

în ultimii ani, s-a conceput un număr mare de sisteme alternative, unele care utilizează energia hidraulică aplicată direct, pentru ridicarea și coborârea prăjinii lustruite. Alte alternative au propus utilizarea motoarelor electrice lineare, cu acționare directă, deși niciunul dintre acestea nu a avut succes din punct de vedere comercial.

Ck-2 0 1 0 - 0 0 2 8 7 -*7 τ πX LvVi

Dintre aceste propuneri, exemplară este aceea descrisă în brevetul de invenție din Statele Unite, nr. 5.960.875, publicat în data de 5 octombrie 1999, titular Elf Exploration Production. Documentul descrie un mecanism prin care pistonul unei pompe pentru țiței (amplasată adânc în interiorul forajului și aproape de baza puțului) este astfel construit încât să fie combinat cu armătura cilindrică a unui motor electric linear, cu inducție. Se va înțelege că, pentru a fi coborâtă în forajul puțului, diametrul exterior al acelei armături trebuie să fie limitat la numai câțiva inch. Brevetul de invenție nr. 5.960.875, din Statele Unite, propune ca pistonul combinat și armătura să fie acționate pe verticală, în sus și în jos, de forțele induse în armătura menționată de un set înconjurător de bobine cilindrice și, întrucât și acestea trebuie să fie coborâte în foraj, bobinele cilindrice menționate cu acționare electrică trebuie, de asemenea, să aibă un diametru exterior care să nu fie semnificativ mai mare decât cel al pistonului.

Din păcate, propusul proiect al motorului linear depășește orice tehnologie cunoscută. Greutatea țițeiului care trebuie să fie ridicată de fiecare cursă ascendentă a pompei este de câteva tone, astfel încât forța care trebuie să fie produsă de pistonul electromagnetic, cu diametru mic, trebuie să fie de câteva zeci de mii de newtoni. însă, în acest moment, niciun astfel de motor cu diametru mic, cu lungime, randament și cost rezonabile, nu poate să fie construit pentru a corespunde cerințelor unui mecanism de erupție artificială și pentru a satisface cerințele de siguranță din activitățile petroliere. Prin urmare, invenția este imposibil de pus în aplicare pentru realizarea din punct de vedere comercial.

Brevetul de invenție nr. 5.196.770, din Statele Unite, publicat în data de 23 martie 1993, atribuit către Marine Petroleum Equipment, descrie, de asemenea, un dispozitiv de acționare electric liniar cilindric. în acest caz, acesta se află amplasat la partea superioară a puțului și acționează garnitura grea de prăjini pentru punerea în mișcare a pompei submersibile. Motorul electric liniar propus este mult mai mare, mai greu, mai complex și mai scump decât cel propus în brevetul de invenție nr. 5.960.875, din Statele Unite. Acesta este descris ca având o concepție bazată pe inductanță sau, ca alternativă, o concepție bazată pe reluctanța sincronă, asincronă sau variabilă. Din păcate, toate acestea sunt cunoscute ca fiind ineficiente la vitezele și numărul de oscilații care sunt caracteristice pentru operațiunile de pompare ale sistemului de pompe. De asemenea, este costisitor să se fabrice aceste motoare

electrice liniare la un standard care să le fi permis să corespundă reglementărilor de siguranță pentru dispozitivele pe bază de energie electrică, situate într-un mediu cu gaze inflamabile.

Un alt dezavantaj este acela că atât piesa în mișcare sau armătura, cât și piesa fixă sau statorul trebuie să fie alimentate continuu cu mulți kilowați de energie electrică. Prin urmare, există dificultăți de răcire (rezultate din ineficiența motorului și din necesitatea de a dirija în afară căldura de la un corp în mișcare) și alte probleme legate de îndoirea permanentă a cablului de forță pe piesa în mișcare. Niciun dispozitiv de acționare electric liniar sigur nu poate să fie construit pentru a corespunde cerințelor invenției și, în același timp, să aibă un preț, o dimensiune și o greutate rezonabile.

în special, trebuie să se remarce că mașina propusă are o contrabalansare fixă (predeterminată) sub forma unei greutăți mecanice mari la capătul extrem al unui cablu care se răsucește 180 de grade de jur împrejurul unei roti de scripete, astfel încât atât cablul, cât și rulmentul roții de scripete sunt foarte solicitate și vor necesita o înlocuire frecventă. Ca alternativă, sunt descrise montaje prin care armătura este efectiv atârnată de un cilindru pneumatic (sau de o pereche de astfel de cilindri) ce formează o parte a unui arc cu gaz, care este sub presiune, pentru a asigura o forță de contrabalansare (predeterminată).

Brevetul de invenție canadian nr. 2.250.739, eliberat în data de 30 mai 2006, titular Raos, furnizează o mașină în care motorul principal este un motor liniar simplu, care este conceput să aibă o armătură scurtă rectangulară ce se desfășoară între două statoare rectangulare. Este foarte dificil, dacă nu imposibil, să se proiecteze un astfel de motor care să fie capabil să producă forțele mari, necesare pentru a acționa mașina, și care, în același timp, să rămână eficient la vitezele mici, cerute de aplicație, și să satisfacă cerințele reglementate pentru siguranța în mediul unui teren petrolier.

Se afirmă că forma preferată de contrabalansare este aceea a unui arc de oțel foarte mare, comprimat între baza mașinii și armătura electrică, pentru a susține armătura contra greutății proprii a garniturii de prăjini. (Se va înțelege că greutatea garniturii de prăjini poate să atingă zece tone). Așa cum se cunoaște, forța exercitată de un arc este direct proporțională cu comprimarea sau cu întinderea sa. O cerință obișnuită pentru această contrabalansare este aceea că forța va rămâne în intervalul de zece

010-00287-procente din valoarea sa stabilită, în timp ce armătura se deplasează pe o distanță a cursei de plus sau minus 1,25 metri (deplasarea totală de 2,5 metri sau 100 inch). Acest lucru înseamnă că lungimea arcului, atunci când este comprimat pentru a susține garnitura de prăjini, trebuie să fie de circa 12,5 metri sau 40 de picioare - și că lungimea sa, atunci când este necomprimat, trebuie să fie de circa 50 de picioare. Un astfel de arc masiv ar avea, probabil, un diametru exterior de câțiva metri. Deși sunt menționate sistemele de contrabalansare alternative ce utilizează cilindri pneumatici sau hidraulici, aceștia nu sunt descriși și nicio invenție asociată nu este revendicată. Se menționează și un alt sistem alternativ de contrabalansare, care este o contragreutate mecanică, conectată via un cablu și o roată de scripete, care ar avea aceleași dezavantaje descrise, asociate cu brevetul de invenție nr. 5.196.770, supra, din Statele Unite.

Deși brevetul de invenție canadian nr. 2.250.739 face să se înțeleagă importanța critică a valorii forței de contrabalansare, invenția, așa cum a fost descrisă, are o forță de contrabalansare care nu este numai predeterminată, ci este și neajustabilă, astfel încât aceasta nu poate să fie modificată ca răspuns la condițiile schimbătoare. Tipul de motor liniar, descris în brevetul de invenție canadian nr. 2.250.739, ar rezulta să fie o mașină cu reluctanță variabilă, comutată, cu piesele individuale ale statorului care sunt comutate sub comanda unui microprocesor. Proiectarea unui astfel de motor ar fi foarte complexă și nu se cunoaște niciun astfel de motor care ar fi capabil să corespundă cerințelor exacte ale acestei aplicații.

în continuare, deși brevetul de invenție canadian nr. 2.250.739 face să se înțeleagă avantajele unui motor electric liniar în raport cu capacitatea sa de schimbare a cursei și a vitezei sale sub comanda la distanță și ca răspuns automat la condițiile locale de urgență, acesta nu descrie vreo metodă prin care acele condiții ar putea fi detectate - și, de aceea, capacitatea mașinii de a detecta și de a răspunde la condițiile de urgență nu este revendicată.

APLICABILITATE INDUSTRIALĂ

Invenția are aplicabilitate în toate formele de recuperare a lichidelor din puțuri și foraje adânci.

Invențiile din stadiul tehnicii, în care se propune că se va utiliza un motor electric liniar pentru a acționa punerea în mișcare a unui sistem de pompare prin conectarea ^C 2 Ο 1 Ο - Ο Ο 2 8 7 - directă la garnitura sa de prăjini, au limitări în patru zone critice:

1. Niciun tip propus de motor electric liniar nu a fost capabil să producă forțele mecanice necesare, având în același timp o dimensiune, o greutate, un randament și un cost acceptabile;

2. Niciun sistem de contrabalansare propus nu a putut să se adapteze continuu la schimbările din condițiile de pompare, pentru a reduce la minimum sarcinile dinamice asupra motorului electric liniar;

3. Nicio contrabalansare cu arc cu gaz nu a fost optimizată continuu pentru stocarea și reciclarea energiei în mecanismul oscilant; și

4. Niciun tip propus de motor electric liniar nu a fost în mod natural capabil să detecteze sarcinile, pentru ca semnalele sale de solicitare să fi putut fi utilizate pentru comandarea mecanismului, luat în ansamblu.

DESCRIEREA INVENȚIEI »

Un obiectiv al prezentei invenții îl reprezintă construirea unui mecanism de pompare (sau de „erupție artificială”) cu mișcare alternativă, în întregime practic, care să utilizeze un tip foarte puternic și foarte eficient de motor electric liniar, în combinație cu o contrabalansare adaptivă cu arc cu un gaz inert, aparatul fiind în special corespunzător utilizării în legătură cu sondele petroliere și cele pentru scoaterea apei din zăcămintele subterane de gaze.

Un alt obiectiv al acestei invenții îl reprezintă noul mecanism de erupție artificială, în combinație cu o unitate electronică de comandă, cu o concepție convențională și specificații standard, care va fi capabil să detecteze o diversitate de condiții de pompare, să le raporteze la un centru de supraveghere îndepărtat, să răspundă la telecomenzi și/sau să reacționeze imediat și automat, într-un mod predeterminat, la mai multe condiții de urgență.

Un alt obiectiv al acestei invenții îl reprezintă noul mecanism de erupție artificială, va fi compact, complet închis, relativ ușor în greutate și cu un cost mai scăzut decât mecanismele din stadiul tehnicii, în același timp fiind in concordanță cu toate reglementările legale pentru un astfel de echipament, în condițiile unui câmp petrolifer.

Un alt obiectiv al acestei invenții este acela că mașina va fi astfel construită încât să permită stocarea energiei în timpul unei părți a ciclului pompei într-un astfel mod

C l ij < C 0 ” 3 7 - -

încât aceasta să poată fi recuperată în timpul ultimei părți a ciclului, pentru a se îmbunătăți randamentul mecanismului oscilant.

Un alt obiectiv al acestei invenții este acela că mașina va fi astfel construită încât fiecare marcă sau model standardizat să poată fi astfel reglat pentru a corespunde unei game largi de puțuri de sondă, reducându-se astfel numărul de modele diferite ce sunt necesare pentru a satisface piața, reducându-se la minimum stocul de materiale, costul de fabricare și instruirea în vederea muncii pe teren.

Avantajele principale ale invenției includ:

i. Mecanismele din stadiul tehnicii au întrebuințat multe piese în mișcare, solicitate la efort, de a căror funcționare continuă și satisfăcătoare a depins siguranța ansamblului. în această tehnologie curentă, singura piesă în mișcare este elementul care se extinde, astfel încât mecanismul este în mod natural sigur și necesită o întreținere sumară;

ii. Deoarece mașina este în general amplasată vertical, deasupra coloanei din care prăjina lustruită iese din puțul de sondă, solicitarea mecanică este perpendiculară pe suprafețele portante, iar uzura lagărelor este redusă la minimum;

iii. Consumul de energie este de asemenea redus la minimum deoarece mecanismul de contrabalansare cu gaz este reglat continuu la acel parametru;

iv. Gazul inert, care este utilizat pentru funcția de contrabalansare, se află sub presiune în interiorul carcasei sistemului electric, astfel încât acesta acționează și pentru a împiedica orice gaze inflamabile sau orice aerosoli lichizi să vină în contact cu aparatul electric, eliminând riscul de incendiu sau de explozie;

v. Utilizarea mașinii, împreună cu o unitate electronică de comandă, care are semnalele de ieșire ale curentului de comandă și, în subsidiar, facilități de calcul, permite aparatului să fie cu control automat, autoreglabil, cu protecție automată, pentru creșterea la maximum a productivității și reducerea la minimum a timpului de reparații;

vi. Mașina consumă puțin gaz inert în funcționarea normală, deoarece este echipată cu o cameră economizatoare prin care variațiile de temperatură din timpul zilei (care, în mod normal, ar conduce la un consum important de gaz inert) sunt adaptate fără pierderi;

Κ- ? Dι O ~ Ο Ο 2 3 7 --

vii. Mașina este în întregime închisă și sigură împotriva contactului accidental de către oameni sau animale, astfel încât dispunerile de protecție care înconjoară capul de sondă sunt simplificate;

viii. Mașina este complet silențioasă și poate să fie utilizată în zone sensibile din punct de vedere ecologic;

ix. Parametrii mișcării oscilante (lungimea cursei, frecvența ciclului, forma de undă, etc.) pot să fie controlați automat, conform strategiilor predeterminate, astfel conservându-se durata de viață a mașinii, în timp ce productivitatea este mărită la maximum; și

x. Deoarece parametrii sistemului de contrabalansare sunt ajustați automat la o sarcină individuală și deoarece cursa, frecvența cursei și forma de undă ale ciclului oscilant sunt variabile în mod independent, separat și automat într-un interval larg, mașini fizic identice („standard) pot să fie aplicate multor specificații tehnice diferite de pompare. Astfel, gama de produse necesare este redusă la minimum, costurile de fabricare sunt reduse, depozitarea materialelor este simplificată, iar timpul pentru pregătirea producției și pentru munca pe teren este scurtat.

în această invenție, mașina este compusă din cel puțin un dispozitiv de acționare liniar, cilindric, electromagnetic, amplasat deasupra și lângă capul de sondă, dispozitivul de acționare liniar electromagnetic fiind complet închis și având un dispozitiv glisant de etanșare la gaz, prin care un element extensibil iese din carterul dispozitivului de acționare, garnitura de pompare fiind conectată la elementul extensibil cu ajutorul unei prăjini lustruite sau a unui component echivalent, greutatea proprie a garniturii de pompare fiind susținută de presiunea unui gaz inert din carterul dispozitivului de acționare electromagnetic etanș, mișcarea oscilantă a garniturii de pompare fiind acționată de forțele electromagnetice de pe elementul extensibil, presiunea gazului inert fiind reglată automat pentru a se reduce la minimum consumul de energie, existând o cameră intermediară de presiune și supape dispuse pentru reducerea consumului de gaz care, altminteri, ar fi fost determinat de ciclurile de temperatură din timpul zilei, dispozitivul de acționare fiind controlat de o unitate electronică de comandă și având mijloace încorporate în aceasta sau care pot să comunice cu aceasta pentru măsurarea curentului instantaneu, necesar pentru punerea în mișcare a dispozitivului de acționare menționat, măsurătorile de curent menționate fiind analizate în conformitate cu algoritmi predeterminați, presiunea de ί\- 2010-00287’contrabalansare a gazului inert și modurile de acționare ale mecanismului de pompare fiind adaptate pentru a răspunde automat, conform algoritmilor menționați, datele relevante fiind, de asemenea, transmise la o stație de supraveghere de la distanță.

Se va înțelege că, până foarte recent, nu a fost nici practic, nici eficient să se utilizeze un dispozitiv de acționare liniar electromagnetic pentru punerea în mișcare a unei pompe de erupție artificială, destinată unei sonde de țiței sau de gaze. Aceasta, în primul rând, deoarece niciun dispozitiv de acționare liniar electromagnetic, cu o împingere și putere suficiente, nu a fost disponibil la un cost acceptabil. Recenta invenție a motoarelor fără fir a transformat situația și ce era înainte imposibil, acum poate să fie pus în practică. în general, componentele motorului liniar, utilizate în prezenta invenție, vor fi construite în conformitate cu unul dintre brevetele de invenție ale motoarelor fără fir, de exemplu, brevetul de invenție britanic nr. 06179989.9 ar putea fi foarte relevant în acest caz. Cu toate acestea, se va înțelege că, în principiu și sub rezerva cerințelor aplicației, care sunt în concordanță cu îmbunătățirile aduse acestor mașini, dispozitivul sau dispozitivele de acționare electromagnetice pot să fie construite în orice formă practică și convenabilă, fără schimbarea naturii fundamentale a invenției.

în general, poziția elementului extensibil va fi măsurată cu ajutorul unui traductor corespunzător, iar dispozitivul de acționare electromagnetic, care face parte din acel element extensibil, va fi alimentat cu curent electric printr-un tip standard de unitate electronică de comandă, proiectată inițial pentru utilizarea cu motoarele rotative și, în general, disponibilă în scopul automatizării industriale. O astfel de unitate standard de comandă are un număr de caracteristici foarte utile, prin care atât curentul furnizat motorului, cât și tensiunea unui semnal de comandă prin bornele motorului sunt comparate la intervale frecvente. (Curentul reprezintă o măsură directă a forței produsă de motor, iar tensiunea reprezintă o măsură a vitezei cu care acesta se mișcă.) Suplimentar, o unitate electronică de comandă va avea, în general, ieșiri de rezervă pentru alimentarea cu energie electrică și o capacitate de calcul de rezervă, disponibile, uneori, pe module de conectare separate.

Elementul extensibil este comandat pentru a urma o formă de undă sinusoidală, cu o amplitudine și frecvență predeterminate, curentul de comandă, cerut de motor, fiind comparat, de exemplu, de 100 de ori per ciclu. Măsurătorile curentului sunt împărțite

0 1 0 - 0 0 287-în două grupuri - cele în care mișcarea este ascendentă și cele în care mișcarea este descendentă - și rădăcina pătrată a mediei aritmetice a valorilor curentului de comandă a motorului este calculată pentru fiecare grup. Valorile rms sunt repetate, de exemplu, pentru zece cicluri complete, iar valorile sunt adăugate. Dacă, de exemplu, diferența dintre cele două valori depășește o valoare de toleranță într-un astfel de mod încât energia necesară pentru ridicarea elementului extensibil este semnificativ mai mare decât cea necesară pentru coborârea acestuia, atunci masa de gaz din arc este mărită prin deschiderea unei supape de reglare pe un timp total proporțional cu surplusul. Dimpotrivă, dacă este necesară mai multă energie pentru comprimarea arcului cu gaz pe cursa descendentă decât este necesară pentru ridicarea acestuia pe cursa ascendentă, atunci este luată acțiunea opusă și masa de gaz din arc este redusă. Se poate demonstra că acest consum de energie al sistemului este redus la minimum prin algoritmul de mai sus.

Dacă acțiunea de pompare trebuie să înceteze brusc (probabil din cauza unei ruperi a garniturii, de exemplu), același algoritm va detecta imediat diferența de forte necesară pentru a pune în mișcare garnitura și determină ca presiunea din arcul cu gaz să fie redusă cu rapiditate, pentru a se proteja mașina. Apoi, acțiunea de pompare ar putea să fie oprită complet sau mișcarea ar putea să fie redusă numai la o amplitudine mică. Diferența de presiune din gaz înainte și după avarie va asigura o estimare imediată a poziției rupturii, astfel încât evaluarea ar putea să fie calculată automat și transmisă la un dispozitiv central de supraveghere.

Se va înțelege că o oprire a aerului sau defectarea unei supape va avea, de asemenea, un efect imediat asupra modelului de valori ale curentului, înregistrate în decursul fiecărui ciclu de pompare. Astfel, independent de algoritmul utilizat pentru reglarea presiunilor din arcul cu gaz, un număr de algoritmi de calcul, complet separați, ar putea să fie pregătit pentru a prelucra aceleași date ciclice în vederea detectării altor anomalii.

Modelul de valori ale curentului (adică măsurătorile energiei instantanee preluată de motor) conține informații detaliate cu privire la cantitatea de lichid din coloana care se ridică și la viteza la care aceasta este pompată. Alte analize automate a acelor date ar putea să fie astfel utilizate pentru a se pregăti rapoarte curente de supraveghere pentru telemetria la o stație centrală de supraveghere.

în general, dispozitivul de acționare va fi cilindric, cu un element extensibil cu dC 2 Π 1 Ο - Ο Ο 2 8 7 - secțiune transversală cilindrică, și acesta va încorpora arcul cu gaz în interiorul carterului dispozitivului de acționare. Se va înțelege că, în mod alternativ, arcul sau arcurile cu gaz ar putea să fie, în mod convenabil, construite și dispuse separat de dispozitivele de acționare electromagnetice.

în general, prăjina lustruită a garniturii de pompare va trece printr-un canal cilindric deschis, situat pe axa centrală a unui singur dispozitiv de acționare, canalul cilindric fiind dispus pentru a separa prăjina lustruită de carterul sub presiune al mașinii, lăsând prăjina lustruită „în afara” dispozitivului de acționare însuși. Se va înțelege că, într-un mod alternativ, mașina poate să fie construită dintr-un număr mare de dispozitive de acționare dispuse simetric, perpendicular pe prăjina lustruită, și conectate la aceasta cu ajutorul unui cap în cruce.

în forma convențională a acestui aparat, sistemul electric este statorul, iar seria de magneți este armătura, dar, într-un aranjament alternativ al acestei invenții, sistemul electric poate să fie armătura, iar seria de magneți poate să fie statorul. DESCRIEREA PE SCURT A DESENELOR

Figura 1 reprezintă o secțiune transversală schematică a unui mecanism cilindric de bază;

Figura 2 reprezintă o ilustrare schematică a unui montaj alternativ la cel prezentat în Figura 1 ;

Figura 3 reprezintă o ilustrare schematică a unui alt montaj alternativ la cel prezentat în Figura 1 ; și

Figura 4 reprezintă o ilustrare schematică a unui montaj prin care gazul poate să fie conservat, care altminteri s-ar fi pierdut din cauza schimbărilor de temperatură din timpul zilei.

Numerele similare indică elemente similare.

MODURILE DE REALIZARE A INVENȚIEI

Referitor la 1, se prezintă o secțiune transversală verticală schematică a unui mecanism cilindric de bază, în care prăjina lustruită din garnitura 1 a pompei este suspendată de discul 2 cu ajutorul unui inel de cuplare sau a unui cuplaj flexibil 3. Cuplajul flexibil este necesar pentru a adapta toleranțele mici din aliniamentul care poate să existe sau care poate, pe moment, să survină între axul mașinii și direcția forței aplicate. Prăjina 1 trece printr-un canal cilindric sau printr-o cavitate din carcasa ^2010-00287’Ί ' Γ '> £ ' · . 1 “ ;

mecanismului, canalul sau cavitatea fiind delimitate de tubul superior 7 și de tubul inferior 5. Interiorul mecanismului este realizat ermetic la gaz cu ajutorul garniturii și a unității de rezemare 8 dintre tuburile coaxiale 5 și 7.

Garnitura de prăjini 1 este ridicată sau coborâtă cu ajutorul cilindrului extensibil 6 la care se află fixat discul 2, la suprafața sa exterioară superioară. Cilindrul 6 se extinde variabil de la carcasa mașinii 4 printr-o a doua unitate cu lagăr și garnitură 9. Poziția cilindrului 9 este controlată de forța produsă de interacțiunea curenților electrici din paletele 12 ale coloanei de ghidaj cu câmpurile magnetice produse de magnetul permanent și sistemul pieselor polare 11. Greutatea proprie a garniturii de prăjini 1 a pompei este contrabalansată de forța de pe suprafața efectivă a cilindrului extensibil 6, produsă de presiunea gazului inert din volumul interior al mașinii 10.

Se va înțelege că presiunea gazului din volumul 10 va varia adiabatic, conform poziției elementului extensibil 6 în timpul ciclului de pompare. Prin urmare, dispozitivul de acționare electromagnetic 12, 11 va produce energia care va fi stocată în și extrasă din arcul cu gaz într-un mod în care consumul de energie electrică să fie redus la minimum, iar necesarul de vârf de energie electrică va fi mult redus.

Dispozitivul de acționare 11, 12 este echipat și cu un înveliș sau cu un capac superior ventilat 13, (orificiile de ventilare nefiind prezentate în această Figură) al cărui scop este de a proteja suprafața membrului extensibil 6 și aceea a dispozitivului de etanșare superior 9 de efectele stării vremii, ale sării, ale pietrișului și a altor aspecte ale mediului înconjurător, care ar putea fi dăunătoare duratei de funcționare a mașinii. O altă funcție a capacului 13 este aceea de a termina închiderea mecanismului, astfel încât niciun animal sau nicio persoană să nu poată fi vătămată de contactul accidental cu acesta.

Referitor la Figura 2, se prezintă un montaj alternativ, în care un număr mare de dispozitive de acționare liniare electromagnetice pot să fie conectate la prăjina lustruită cu ajutorul unei piese cu cap în cruce. în această Figură, pentru claritate sunt prezentate două astfel de dispozitive de acționare liniare electromagnetice, care sunt dispuse simetric, perpendicular pe prăjina lustruită, și care sunt construite pentru a conține elementele extensibile, sub presiune, ce formează arcurile cu gaz, asigurând astfel atât forța de contrabalansare, cât și un dispozitiv de stocare a energiei, împreună cu masele garniturii de prăjini și coloanei de lichid. Numerele similare descriu aceleași elemente ca acelea utilizate în Figura 1.

C^-2010-00297Figura 3 prezintă un alt montaj alternativ schematic, în care cel puțin o unitate are o funcție pneumatică pură și nu conține un dispozitiv de acționare electromagnetic, astfel încât acesta acționează numai ca un arc cu gaz. Sunt prezentate două astfel de unități cu arc cu gaz 14, care au tijele de piston de acționare sau tuburile axiale 15, dispuse simetric, perpendicular pe capul de sondă, și două dispozitive de acționare electromagnetice, sub forma prezentată în Figura 2, dispuse identic. Se va înțelege că, în practică, capul în cruce, care îmbină unitățile cu arc cu gaz 14, ar putea să fie perpendiculare pe capul în cruce care cuplează motoarele electrice liniare. Se va înțelege că orice dispunere a unui număr mare de componente ale arcurilor cu gaz și a unui număr mare de componente ale motorului electric liniar, dacă funcțiile acestor componente sunt sau nu combinate, va efectua funcția necesară fără schimbarea naturii invenției.

Figura 4 prezintă o dispunere schematică a camerei de presiune intermediară sau economizatoare 16 și a supapelor acționate electric 17, 18 și 19. Se va înțelege că, de fapt, supapele pot să fie montate în camera etanșă 16 și, astfel, pot să fie imersate în mediul unui gaz inert. în primul rând, trebuie să se admită că presiunea gazului din mecanismul de contrabalansare 10 nu este constantă, ci variază în timpul ciclului de pompare, atingând o valoare minimă atunci când elementul extensibil 6 este ridicat la punctul său superior, și fiind la o valoare maximă atunci când garnitura de pompare se află la punctul său inferior. în primul rând, se consideră că presiunea gazului din camera economizatoare 16 este aproximativ identică cu presiunea medie a gazului din camera 10 a arcului cu gaz. Dacă va fi necesar ca masa gazului din interiorul mecanismului de contrabalansare să fie mărită, supapa 17 va fi deschisă, numai pe o perioadă scurtă de timp, în timp ce presiunea din camera 10 a arcului cu gaz va fi la sau în apropierea punctului său minim. Apoi, gazul va trece din camera economizatoare în volumul arcului cu gaz. Dimpotrivă, dacă este necesar să se reducă masa de gaz din arcul 10, supapa 17 va fi deschisă, numai pe o perioadă scurtă de timp, în timp ce presiunea arcului va fi la valoarea sa maximă.

Principala utilizare a camerei economizatoare este legată de ciclul de temperatură din timpul zilei. Se va înțelege că, de exemplu, în perioada caldă a zilei, atât gazul din arc, cât și gazul din camera economizatoare va avea o creștere a presiunii, dar că va fi totuși posibil, prin procedeul descris mai sus, să se reducă masa de gaz din arc, atunci când este necesar - și, astfel, să se optimizeze consumul de energie

CG-2 Ο 1 Ο - Ο Ο 2 8 7 - * ·- - _ electrică al mecanismului de erupție artificială - prin deplasarea surplusului de gaz în camera economizatoare, de fapt, fără eliminarea acestuia. în seara aceleiași zile, temperatura mecanismului va scădea și va fi necesară deplasarea gazului înapoi în arcul 10 din camera economizatoare 16, ca să se mențină presiunea acestuia la acea temperatură, pentru a se produce forța corectă de contrabalansare. Circulația inversă este realizată prin sincronizarea funcționării supapei 17 în modul descris mai înainte - dar în acest caz, supapa este deschisă pe o perioadă scurtă de timp atunci când elementul extensibil se află la punctul superior al cursei sale, iar presiunea din camera arcului cu gaz este la valoarea minimă.

Supapa 19 conectează camera economizatoare cu sursa principală a alimentării cu gaz 20; supapa 18 permite ca această cameră economizatoare să fie aerisită în atmosferă, dacă este necesar. Traductorul de presiune 21 măsoară tot timpul diferența de presiune dintre arcul cu gaz și camera economizatoare. Dacă, pe parcursul unui interval scurt de timp, atunci când supapa 17 este deschisă pentru a permite gazului din camera economizatoare 16 să circule în camera 10 a arcului cu gaz, diferența de presiune dintre acestea este, de exemplu, mai mică de 0,5 bari, supapa 19 este, de asemenea, deschisă pe parcursul unui interval de timp predeterminat, pentru a se mări presiunea din camera economizatoare 16. Dimpotrivă, dacă, pe parcursul intervalului scurt de timp, atunci când supapa 17 este deschisă pentru a permite gazului să circule din arcul cu gaz în camera economizatoare, diferența de presiune inversă este, de exemplu, mai mică de 0,5 bari, supapa 18 este, de asemenea, deschisă pe parcursul unui interval de timp predeterminat, pentru a se reduce presiunea din camera economizatoare. Se va înțelege că această caracteristică a invenției corectează reglajele arcului cu gaz pentru modificările graduale ale temperaturii și pentru orice scurgere mică de gaz care ar putea surveni.

Se va înțelege că principiile acestei invenții nu sunt limitate la motoarele cu magneți permanenți, ci pot să fie extinse pentru a include și dispozitivele electrice de acționare de oricare alt tip, inclusiv a celor care utilizează electromagneți sau a mașinilor electrice care întrebuințează principiul inducției, cum ar fi cele descrise în diverse cereri de brevet de invenție în curs de aprobare, care se referă la motoarele fără fir, în care seria de magneți permanenți este înlocuită cu un montaj pasiv de tole conductive calibrate. Atunci când un câmp magnetic mobil este produs de curenți c^ - 2 Ο 1 Ο - Ο Ο 2 8 7 - Γ .· 'r 4 X *·,

4- ' ''λ ÎL..-1 alternativi fazici în conductorii cu acționare electrică, curenții turbionari sunt deliberat distribuiți pentru a circula în seria de conductori pasivi, iar interacțiunea curenților induși și a curenților alternativi comandați creează o forță axială. Deși forța axială rezultată este mai mică decât cea produsă de o mașină care utilizează câmpuri magnetice permanente sau de o mașină care utilizează câmpuri produse de electromagneți, această formă de construcție chiar are costuri mai mici și o greutate mai mică. Avantajul costurilor și al greutății poate, în unele cazuri, să compenseze randamentul mai scăzut al motorului cu inducție.

Claims

C^-- 2 Ο 1 Ο - Ο Ο 2 8 7

Revendicări

1. Mecanism pentru acționarea unei pompe cu piston oscilant sau a unui dispozitiv de erupție artificială, care are un motor electric liniar și cel puțin un arc cu gaz, caracterizat prin aceea că masa de gaz din arc, cel puțin unul, este continuu controlată în conformitate cu solicitările curente ale motorului liniar menționat, integrat peste un număr mare de cicluri de funcționare complete ale pompei cu piston oscilant menționate sau ale mecanismului de erupție artificială, menționat.
2. Mecanism în conformitate cu revendicarea 1, în care cel puțin o parte din greutatea proprie a prăjinii sau a garniturii de prăjini, care conectează motorul liniar menționat la pompa cu piston oscilant menționată, este susținută de arcul cu gaz, controlat.
3. Mecanism în conformitate cu revendicarea 2, în care arcul cu gaz, controlat, este montat pentru a stoca energie în timpul unei părți a deplasării sale, astfel încât acea ultimă eliberare a energiei menționate să ajute mișcarea mecanismului oscilant pentru reducerea cerinței de energie electrică.
4. Mecanism în conformitate cu oricare dintre revendicările 1 la 3, în care gazul din arcul cu gaz, cel puțin unul, este un gaz inert.
5. Mecanism în conformitate cu oricare dintre revendicările 1 la 4, în care cel puțin un motor electric liniar se află dispus pentru a ridica și coborî un element extensibil, elementul extensibil menționat fiind adaptat să treacă printr-o garnitură de gaz glisantă în partea superioară a unei camere, camera menționată conținând sau formând o parte a structurii motorului electric liniar menționat, camera menționată fiind umplută cu un gaz inert sub presiune pentru a forma un motor electric liniar combinat și un arc cu gaz.
6. Mecanism în conformitate cu revendicarea 5, în care partea cea mai de sus a structurii combinate este echipată cu un înveliș protector, destinat protejării suprafeței elementului extensibil menționat acolo unde acesta iese din incinta sub presiune, care conține motorul electric liniar menționat.
7. Mecanism în conformitate cu revendicările 5 sau 6, care include o cameră intermediară, care conlucrează cu arcul cu gaz menționat și care este conectată la acesta cu o supapă acționată electric.
8. Mecanism în conformitate cu revendicarea 5 sau 6, care, suplimentar, include un traductor amplasat pentru a măsura diferența de presiune prin supapa ^-2010-00287-menționată, camera menționată fiind conectată, printr-o supapă acționată electric, la o sursă de gaz inert sub presiune, și, printr-o a doua supapă, la presiunea din exterior.
9. Mecanism conform revendicării 8, supapele camerei menționate fiind acționate în conformitate cu algoritmii legați de cerințele de curent ale motorului liniar menționat, de mișcarea tubului axial oscilant menționat și de diferențele de presiune măsurate de traductorul menționat, pentru utilizarea și conservarea alimentării cu gaz inert.
10. Mecanism în conformitate cu oricare dintre revendicările 1 la 9, în care valorile măsurate ale cerințelor instantanee de curent ale motorului electric liniar menționat sunt prelucrate matematic, pentru a se calcula cel puțin parametrii-cheie ale operațiunii de pompare, pentru a se detecta avariile și anomaliile, pentru a se iniția răspunsurile automate corespunzătoare, pentru a se pregăti informațiile în vederea transmiterii către un loc aflat la distanță, și combinațiile acestora.
11. Aparat destinat pompării unui lichid dintr-un puț sau foraj adânc, caracterizat prin aceea că aparatul menționat cuprinde în combinație: un motor electric liniar; și o contrabalansare cu arc cu gaz, pentru conlucrarea cu motorul electric liniar, arcul menționat acționând pentru a îndepărta toate forțele greutății proprii de pe motorul electric și pentru a stoca și recicla energia în vederea reducerii la minimum a consumului dinamic de energie.
12. Aparat în conformitate cu revendicarea 11, caracterizat prin aceea că masa de gaz din arc este variată conform consumului integrat de curent electric al motorului.
13. Aparat în conformitate cu revendicarea 11, caracterizat prin aceea că aparatul menționat este adaptat pentru a fi atât autonom complet, cât și controlabil de la distanță.
14. Procedeu destinat pompării unui lichid dintr-un puț sau foraj adânc, caracterizat prin aceea că procedeul menționat cuprinde etapele de: asigurare a aparatului conform revendicării 11; conectare a aparatului menționat, printr-o garnitură de prăjini, la o pompă poziționată în interiorul puțului de sondă menționat; furnizare de energie electrică controlată către aparat; și de recuperare a lichidului menționat.