Феофилактов Сергей Владимирович Главный конструктор ООО «ИРЗ ТЭК»

ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЕ ТМС ДЛЯ «ЖЕСТКИХ» УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В результате анализа параметров эксплуатации ТМС был сформирован перечень неблагоприятных факторов, влияющих на надежность телеметрических систем этого типа: глубина скважины более 3500 м по стволу; высокое напряжение ПЭД (U_лин более 4,0 кВ); применение мощных СУ ЧРП с рабочим током более 800 А без выходных фильтров; наличие дисбаланса фазных напряжений между ТМПН и ПЭД; а также снижение сопротивления изоляции системы ТМПН-кабель-ПЭД.

С учетом воздействия данных факторов в 2012 году мы запустили в серийное производство новую модификацию ИРЗ ТМС-2 (рис. 1). Это специальная отказоустойчивая модель системы, предназначенная для эксплуатации в «жестких» условиях. Например, ИРЗ-ТМС-2 располагает встроенной электронной защитой на случай высокого напряжения (линейное напряжение ПЭД до 4,0 или 6,0 кВ). При этом максимальное напряжение измерения сопротивления изоляции предусмотрено в диапазоне до 7500 В, а ТМС способна работать даже при снижении сопротивления изоляции до 2 кОм. Кроме того, ИРЗ ТМС-2 отличает высокая помехоустойчивость: передача данных возможна даже при помехе на нулевой точке до 1000 В. И, наконец, безотказная работа системы возможна на глубинах до 6000 м.

ПОВЫШЕНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТМС

В 2009 году по инициативе ООО «РН-Юганскнефтегаз» мы поставили перед собой задачу превращения ТМС «ИРЗ ТЭК» в рабочий инструмент геологов-разработчиков. С этой целью мы реализовали в ИРЗ ТМС измерение давления среды с разрешающей способностью 0,01 атм и погрешностью до 0,25%. И сегодня все ТМС, которые мы отгружаем нашим заказчикам, позволяют измерять давление с высоким разрешением 0,01 атм.

В свою очередь, точность (погрешность) измерений определяется требованиями заказчика: чем выше требуемая точность, тем стабильнее установки датчика давления, и тем качественнее мы его калибруем и испытываем. В 2013 году ИРЗ ТМС была внесена в государственный реестр средств измерений (рис. 2).

ГДИС С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОТОЧНЫХ ТМС

Какими методами пользуются гидродинамики для того, чтобы получить от применения ТМС дополнительный эффект? В первую очередь это регистрация «вынужденной КВД» при остановке скважины, например, например по причине перегруза, или отключения фидера.

Второй малозатратный метод гидродинамических исследований – исследование методом индикаторных диаграмм (ИД) (рис. 3). Исследования методом ИД предполагают измерение давления и расхода при нескольких стабильных режимах работы скважины, отличающихся дебитом (депрессией на пласт).

И, наконец, третий метод – гидропрослушивание. На рис. 4 показан пример исследования скважины в режиме гидропрослушивания. Красный график отображает расход нагнетательной скважины, синий – показывает реакцию добывающей скважины. Давление определялось по данным ТМС с чувствительностью 0,01 атм.

ТМС С ВНУТРИСКВАЖИННЫМ РАСХОДОМЕРОМ «НЕТУРБИННОГО» ТИПА

Два года назад мы приступили к изучению вопроса расходометрических измерений при помощи ТМС, и к настоящему времени успели получить значимые результаты. Специально для ТМС мы разработали безвертушечный расходомер, который устанавливается на выходе насоса. В состав системы входят погружной и наземный блоки, сам расходомер и устройство укладки кабеля (рис. 5). Основные характеристики ТМС приведены в табл. 1.

Данная модификация нашей ТМС может применяться для решения различных задач. Например, в составе пакерной компоновки для закачки жидкости в пласт с использованием электропогружных установок (рис. 6). В первом случае жидкость из нижнего пласта закачивается в верхний пласт. Вторая компоновка, наоборот, предполагает перекачку жидкости из верхнего пласта в нижний. Особенность второй компоновки состоит в том, что в ней используется система погружной телеметрии с проходным валом и передача момента от двигателя к насосу происходит через вал. Благодаря этому конструктивному решению нет необходимости нулевую точку от ПЭД прокладывать снаружи, а ТМС устанавливается в штатное место к ПЭД.

Третье применение – это расходометрия на выходе добывающих скважин (рис. 7). Это решение востребовано, например, для одиночных скважин без наземных замерных устройств, а также для компоновок ОРЭ.

СТАНЦИЯ ДЛЯ ШГН СУ ИРЗ-400

Следующий новый продукт, который мы запустили в производство в 2014 году, – это частотная станция управления для установки штангового глубинного насоса (рис. 8). Конструкция станции достаточно проста и включает в себя контроллер и частотный привод собственного изготовления. В станции реализованы все алгоритмы защиты двигателя, а также ряд дополнительных алгоритмов, разработанных специально для УШГН.

Станция управления изготавливается в трех модификациях: 1) бездатчиковая СУ ЧРП; 2) СУ ЧРП с погружным датчиком ИРЗ ТМС; 3) СУ ЧРП с динамографом. Основной экономический эффект от применения СУ ЧРП в эксплуатации складывается из экономии электроэнергии, оптимизации добычи и реализации алгоритмов автоматического вывода на режим.

Ключевая особенность бездатчиковых СУ ЧРП состоит в реализации интеллектуального режима эксплуатации установок, обеспечивающего максимальный дебит и исключающего срывы подачи и их негативные последствия.

Интеллектуальная бездатчиковая СУ ЧРП позволяет осуществлять управление скважиной в автоматическом режиме по степени заполнения насоса, таймеру работы, расписанию работы скважины, а также по ПИД-регулятору (поддержание заданного коэффициента заполнения насоса).

При этом СУ ЧРП обладает следующими алгоритмами (по критериям) защиты от аварийных режимов в системе УШГН:

• диагностика и защита от срыва подачи по газу;
• диагностика и защита от обрыва ремней и обрыва штанг;
• перегруз/недогруз по току по любой из фаз;
• дисбаланс токов фаз;
• недопустимое давление на устье скважины;
• короткое замыкание;
• выход параметров телеметрической информации из рабочей зоны.

Кроме того, СУ обеспечивают защиту ПЭД от аварийных режимов питающей сети по максимальному и минимальному напряжению, дисбалансу напряжений по фазам и нарушению порядка чередования фаз.

Результаты промысловых испытаний интеллектуальных алгоритмов СУ ЧРП подтвердили увеличение дебита и технологичность режима работы скважины.

На рисунке 9а представлена динамограмма, снятая на скважине №1 06.07.2015 до включения пропорционально-дифференциального режима поддержания заданного коэффициента заполнения насоса. Коэффициент подачи насоса на представленной динамограмме равен 0,51. В качестве цели ПИД-регулятора было задано поддержание значения коэффициента подачи на уровне 0,75.

На рисунке 9б представлена динамограмма скважины №1, снятая 17.07.2015 после включения режима ПИД-регулятора с поддержанием коэффициента подачи на уровне 0,75. По данной динамограмме можно сделать вывод, что коэффициент подачи составляет 0,74, что соответствует цели, заданной ПИД-регулятору.

На рис.10 приведены динамограммы скважины №2 до и после включения режима ПИД-регулятора с поддержанием коэффициента подачи на уровне 0,7. Как видно из диаграммы, новый коэффициент подачи составляет 0,69, тогда как первоначально его величина составляла 0,58.

Результаты испытаний СУ на скважинах №1 и №2 представлены в таблице 2.