Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Интеллектуальная станция управления для ШГН на базе отечественного контроллера «РУМБ»

Механизированный способ добычи нефти при помощи установок штанговых глубинных насосов (УШГН) остается одним из самых распространенных способов искусственного подъема нефти, что объясняется простотой конструкции оборудования, его эффективностью и надежностью. На сегодняшний день значительная часть фонда действующих добывающих скважин в России эксплуатируется с использованием данных установок. Однако помимо преимуществ, эксплуатация УШГН может быть сопряжена с рядом сложностей, в числе которых простои скважин и связанные с ними затраты на смену параметров отбора; временная задержка между подачей заявки на увеличение отбора и ее выполнением; остановка скважин в результате превышения допустимых нагрузок на полированный шток.

Для решения этих и других проблем, а также повышения эффективности эксплуатации ШГН в нефтяной промышленности повсеместно применяются преобразователи частоты, предназначенные для осуществления плавного пуска и регулирования числа качаний и дебита скважины; системы удаленного мониторинга, позволяющие дистанционно управлять работой установок, и системы динамометрирования. На основе данных анализа динамограмм разрабатываются и внедряются интеллектуальные алгоритмы работы установок и системы защиты штанг.

Также для управления и оптимизации работы ШГН сегодня можно использовать интеллектуальную станцию управления (ИСУ) на базе контроллера «РУМБ», разработанного инженерами ООО «УК «Система-Сервис» и ООО «Геофизмаш». Основные возможности новой ИСУ представлены в настоящей статье.

03.04.2018 Инженерная практика №02/2018
Мустаев Сергей Геннадьевич Главный энергетик ООО «Сервис НПО»

Рис. 1. Интеллектуальная станция управления для ШГН
Рис. 1. Интеллектуальная станция управления для ШГН
Рис. 2. Отечественный контроллер «РУМБ» в составе станции управления
Рис. 2. Отечественный контроллер «РУМБ» в составе станции управления

В 2016 году конструкторы ООО «УК «Система-Сервис» совместно с инженерами ООО «Геофизмаш» завершили разработку интеллектуальной станции управления (ИСУ) на базе отечественного контроллера «РУМБ», предназначенной для повышения эффективности эксплуатации ШГН (рис. 1, 2).

Благодаря модульной конструкции к контроллеру станции управления (КСУ) можно подключать внешние устройства через специальные цифровые интерфейсы. Так, в слоты, расположенные на задней панели КСУ, могут быть установлены GSM-модем, сетевая карта и модули цифровых интерфейсов (рис. 3). Назначение цифровых интерфейсов внешним устройствам настраивается в меню контроллера. Подключение любых новых типов датчиков, работающих по протоколу Modbus, производится в течение одной-двух недель.

Рис. 3. Порты для подключения внешних устройств
Рис. 3. Порты для подключения внешних устройств
Рис. 4. Построение динамограмм
Рис. 4. Построение динамограмм

Одна из основных функций контроллера – построение поверхностных динамограмм. Также есть возможность построения глубинных динамограмм на основе математической модели (рис. 4). При этом в оперативной памяти хранятся около 300 последних динамограмм, в энергонезависимой памяти хранится эталонная динамограмма, пять динамограмм перед десятью последними остановами и после десяти последних пусков.

Расчет теоретической и глубинной динамограммы осуществляется по волновой модели с учетом переменного сечения штанг.

По динамограммам и ваттметрограммам производится математический расчет таких параметров, как коэффициент наполнения насоса, коэффициент разбалансированности станка-качалки (СК), прогнозируемая и фактическая длина хода плунжера, прогнозируемое и фактическое растяжение штанг, прогнозируемый и фактический дебит.

Построенные и сохраненные в памяти контроллера динамограммы и ваттметрограммы можно просматривать в графическом виде с помощью программного обеспечения «РУМБ-9» (рис. 5).

Рис. 5. Журнал динамограмм
Рис. 5. Журнал динамограмм
Рис. 6. Учет геометрии наземных приводов
Рис. 6. Учет геометрии наземных приводов

УЧЕТ ГЕОМЕТРИИ НАЗЕМНЫХ ПРИВОДОВ

Также в ИСУ реализован интеллектуальный режим учета геометрии наземных приводов, основанный на математической модели, учитывающей при расчетах геометрию станков-качалок и цепных приводов (рис. 6).

Тип наземного привода и его характеристики заносятся в базу данных (БД). При выборе определенного типа наземного привода из базы данных контроллер автоматически инициализирует встроенную математическую модель.

При отсутствии в БД типа наземного привода все параметры можно внести вручную.

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ШТОКА В ПРЕДЕЛАХ ОДНОГО КАЧАНИЯ

При постоянной частоте вращения электродвигателя за время одного качания скорость движения полированного штока, как правило, не оптимальна. В случае СК она изменяется по закону, близкому к синусоиде, следствием чего служит неравномерная нагрузка на штанги в различные моменты периода качания.

Для регулирования скорости перемещения штока в пределах одного качания с помощью контроллера можно задавать произвольный профиль скорости перемещения штока во время качания (рис. 7).

Рис. 7. Регулирование скорости перемещения штока в пределах одного качания
Рис. 7. Регулирование скорости перемещения штока в пределах одного качания

Частотный преобразователь и геометрическая модель наземного привода позволяют при заданной частоте качаний оптимизировать распределение скорости движения полированного штока.

Для ухода от генераторного режима двигателя, а также уменьшения динамических нагрузок при ходе вверх предусмотрен режим перераспределения времени между ходом вверх и ходом вниз: время хода вверх увеличивается (скорость при этом уменьшается), а время хода вниз уменьшается (скорость увеличивается).

ЗАЩИТА ШТАНГ И НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

При смене направления движения колонны штанг и плунжера при проходе мертвых точек, и особенно нижней точки с максимальной нагрузкой на штанги, возникает опасность перенапряжения штанг, что может приводить к их обрыву. Для предотвращения этой ситуации в ИСУ предусмотрен режим ухода от перенапряжения штанг при выходе из нижней мертвой точки (рис. 8).

Рис. 8. Защита штанг
Рис. 8. Защита штанг

Помимо этого, станция управления обеспечивает следующие виды защит насосного оборудования: защита от проскальзывания и обрыва ремня; диагностика утечки и отключение по отказу всасывающего клапана; диагностика утечки и отключение по отказу нагнетательного клапана; отключение при минимальном наполнении насоса; защита электродвигателя; защита от аварийных режимов электроснабжения.

Также за счет наличия резервной цепи управления можно осуществлять запуск СК в аварийном режиме методом прямого пуска.

ФУНКЦИЯ «ПЛАНИРОВЩИК»

Дополнительно в станции управления реализована функция «Планировщик» (рис. 9). С ее помощью можно программировать временные события и назначать для этих событий последовательность действий, которые должен выполнять КСУ.

Рис. 9. Функция «Планировщик»
Рис. 9. Функция «Планировщик»

При наступлении событий могут быть изменены уставки, режимы работы, производиться включение или отключение насосной установки, изменяться частота питания и т.д.

Программировать алгоритм работы планировщика можно непосредственно в меню КСУ или дистанционно – в программе «РУМБ-9» или через web-интерфейс.

Для удобства также оставлена настройка работы по расписанию с заданием трех временных интервалов, как это было реализовано в предыдущей версии планировщика.

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «РУМБ-9»

С целью повышения оперативности реагирования на остановки скважин, сокращения простоев за счет вывода данных о работе оборудования на дисплей диспетчерских служб и возможности удаленного контроля остановок, запусков и параметров работы скважин мы используем уже упомянутый программный комплекс «РУМБ-9» (рис. 10). Применяемый в его составе GPRS-модем позволяет с высокой скоростью и в полном объеме передавать данные на верхний уровень. Автоматическое обновление клиентского программного обеспечения пользователей осуществляется с сервера, а обновление программного обеспечения контроллеров – дистанционно. Все каналы передачи данных при этом зашифрованы.

Рис. 10. Программный комплекс «РУМБ-9» для удаленного мониторинга работы скважины
Рис. 10. Программный комплекс «РУМБ-9» для удаленного мониторинга работы скважины

При выезде специалиста с компьютером на объект и отсутствии подключения к серверу клиентская часть программы работает в автономном режиме, как обычная программа коммуникации.

Кроме того, программа позволяет осуществлять контроль работы оборудования в режиме онлайн, выполнять настройку всех защит и режимов работы, чтение и хранение хронологии работы и журналов динамограмм.

Рис. 11. Промысловые испытания станции управления
Рис. 11. Промысловые испытания станции управления

ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИСУ

В период с 2016 по 2017 год партия из десяти интеллектуальных станций управления для ШГН на базе контроллера «РУМБ» успешно прошла промысловые испытания на скважинах ПАО «Татнефть» (рис. 11).

Совершенствование алгоритмов ведется постоянно в процессе работы с заказчиком. По своим функциональным возможностям предлагаемая станция управления не уступает лучшим известным зарубежным аналогам, отличаясь от последних существенно более низкой стоимостью.

Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Системы управления фонтанной арматурой. Интеллектуальная скважина
Интеллектуальная система управления установкой штангового глубинного насоса
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2018

Инженерная практика

Выпуск №05/2018

Промысловые трубопроводыМеханизированная добыча
Особенности и нормативная база в области эксплуатации и ремонта подводных трубопроводовДиагностика, мониторинг и обеспечение безаварийной эксплуатации промысловых трубопроводов, защитные покрытияПроектирование, строительство и ремонт стальных и полимерных трубопроводовОПИ глубинно-насосного оборудования и НКТ с защитными покрытиями, эксплуатация неметаллических НКТРеагенты и внутрискважинное оборудование для механизированной добычи нефти в осложненных условияхПодготовка нефти. Внедрение ГИС
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Коррозия 2018
Международная производственно-техническая конференция

КОРРОЗИЯ – 2018: Эффективные методы работы с фондом скважин, осложненным коррозией, эксплуатация промысловых нефтегазопроводов и водоводов в условиях высокой коррозионной активности

27-29 августа 2018 г., г. Казань, конференц-зал «Габдулла Тукай»
Задачей Конференции является обмен опытом и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений и технологий в области работы с фондом скважин, осложненных коррозионным фактором и анализ применения современных методов и технологий для сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения в условиях высокой коррозионной активности.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис – сентябрь 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

10 – 14 сентября 2018 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.