Кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

Стр 1 из 4Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА ИМ. М.С. ГУЦИРИЕВА

Кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Автоматизированные системы обслуживания объектов добычи нефти»

Выполнил:

студент группы ЗСВПБ-21.03.01-53(К) Халиков М.М.

Проверил:

К.э.н.профессор Волков А.Я.

Ижевск, 2016 г.

Оглавление

Функциональная схема автоматизации скважины, оборудованной ШГН. . 3

Автоматический сброс пластовой воды по уровню раздела фаз в технологических установках подготовки воды для закачки в пласт. 12

Автоматизация резервуарного парка для хранения и технологической подготовки товарной нефти. 17

Использованная литература. 23

Функциональная схема автоматизации скважины, оборудованной ШГН

Давление на выкиде насоса - измерение, сигнализация, защита.

1. Давление на устье скважины - измерение, сигнализация, защита.

2. Температура подшипников двигателя - сигнализация, защита.

3. Ток электродвигателя насоса - измерение, сигнализация, защита.

4. Сопротивление изоляции кабеля - измерение, сигнализация, защита.

5. Усилие - динамометрирование.

6. Мощность - ваттметрирование.

7. Состояние насоса - сигнализация, управление.

Технические средства автоматизации (датчики, приборы)

К настоящему времени известен целый ряд разработчиков и производителей контроллеров и станций управления для установок ШГН. Среди зарубежных фирм это «Lufkin Automation» (США), «Automation Electronics»(США), «DrCADA Automation» (США) и другие. Известны также отечественные разработчики, среди которых можно выделить НПФ «Экос» (Уфа), НПО «Интротест» (Екатеринбург), «Шатл» (Казань), ООО «Аякс» (Ульяновск) и других.

Использование современных интеллектуальных контроллеров обеспечивает решение таких задач, как автоматизация работы станка-качалки, оптимизация режимов работы оборудования, оперативное выявление аварийных ситуаций и несоответствия режимов эксплуатации оборудования, оперативная передача информации о состоянии объекта на пульт оператора по системе телемеханики.

Системы телемеханики на сегодняшний день строятся, как правило, с использованием радиоканала. Поэтому типичная станция управления включает в себя контроллер, силовой коммутатор для включения и отключения электродвигателя, радиомодем и набор датчиков технологических параметров. Отдельные станции управления имеют в своем составе преобразователя частоты для регулирования скорости вращения электродвигателя.

Рассмотрим некоторые из контроллеров и их характеристики.

Зарубежные контроллеры ШГН

Разработкой систем автоматизации для нефтедобывающей промышленности и контроллеров ШГН в частности занимаются такие зарубежных фирм как «Lufkin Automation» (США), «Automation Electronics»(США), «DrCADA Automation».

Контроллер SAM Well Manager фирмы Lufkin (рисунок 1) является на сегодняшний день самым распространенным во всем мире. Контроллер предусматривает подключение аналоговых датчиков усилия и положения, а также дискретных датчиков положения, расположенных на валу электродвигателя и выходном валу редуктора. Данные с этих датчиков используются для контроля и управления работой насосной установки и для визуального отображения графических данных на жидкокристаллическом дисплее или на экране портативного компьютера в легком для понимания формате.

Контроллер SAM Well Manager по формируемой динамограмме определяет степень заполнения жидкостью ствола скважины. Если анализ покажет, что скважина опустошена, то насос отключается и скважина переводится в режим накопления. В этом режиме она снова заполняется жидкостью, после чего блок управления включает двигатель насоса и начинает откачку.

Рис.1. Контроллер SAM Well Manager фирмы Lufkin

Программное обеспечение контроллера SAM Well Manager обеспечивает обнаружение на диаграмме отдельных неисправностей в насосной установке. Непосредственно на скважине могут быть просмотрены «архивные» данные в виде диаграмм и отчетов на встроенном дисплее.

Контроллер SAM Well Manager предусматривает возможность работы с двумя конфигурациями датчиков динамометрирования:

1) датчик усилия располагается на штоке над верхней траверсой (датчик типа Loadtrol), датчик положения, работающий на эффекте Холла, устанавливается на выходном валу редуктора;

2) датчик деформации балансира совмещен с датчиком угла наклона балансира.

Контроллер предусматривает 3 режима работы:

1) все включения и отключения электродвигателя производятся по командам с диспетчерского пункта;

2) включения и отключения электродвигателя производятся по заданным временным уставкам (периодическая эксплуатация);

3) управление осуществляется автоматически по результатам анализа динамограмм.

Контроллер имеет аналоговый выход для подключения частотного преобразователя, для плавной регулировки скорости вращения электродвигателя. Единственным недостатком данной системы является высокая стоимость.

Фирма «eProduction Solutions» (США) предлагает сразу целый ряд контроллеров для установки на скважинах ШГН. Это контроллеры САС2000, САС8800, ePIC, ePAC и iBEAM.

Функциональные возможности первых трех контроллеров аналогичны SAM Well Manager фирмы Lufkin. Предусматривается подключение пассивных датчиков усилия, расположенных на штоке (датчик типа Loadtrol) или на балансире, а также датчиков параметров движения штока нескольких типов: датчик Холла, расположенных на валу кривошипа, датчиков угла наклона балансира и потенциометрических датчиков угла. Измерение сигналов с аналоговых датчиков производится 12-разрядным АЦП с частотой 20Гц. Возможно осуществление калибровки датчиков непосредственно на скважине. Имеются клавиатура и графический дисплей для просмотра данных (рисунок 2). Определяется степень сбалансированности противовесов насосной установки.

В отличии от предыдущих изделий ePAC представляет собой целую систему регулируемого электропривода для насосной установки. Он позволяет варьировать в широких пределах скорость качаний насоса, а также раздельно оптимизировать время хода плунжера вверх и вниз.

Рис.2. Контроллер CAC8800 фирмы eProduction Solutions (США)

Наиболее оригинальной разработкой фирмы является устанавливаемый на балансире станка-качалки контроллер iBEAM (рисунок 3). Он укрепляется с помощью струбцины на балансире, на его верхней поверхности расположена солнечная батарея, обеспечивающая автономную работу устройства. Для работы в ночное время имеется встроенная аккумуляторная батарея. Непосредственно рядом с контроллером устанавливаются совмещенные датчики деформации и угла наклона балансира. Измеренные динамограммы передаются с помощью маломощного радиопередатчика на приемный терминал, расположенный возле блока управления электродвигателем.

В данной системе полностью исключается подвижные кабели от датчиков и кабели подвода питания, а соответственно повышается надежность и долговечность. В настоящее время контроллером iBEAM оснащено около 25 тысяч скважин во всем мире.

Рис.3. Контроллер iBEAM фирмы eProduction Solutions (США)

В некоторых случаях бывает целесообразно обслуживать одним контроллером целый куст близкорасположенных скважин. Эта возможность реализована в контроллере фирмы «International Automation Resources» (США). Но применение пассивных аналоговых датчиков усилия ограничивает длину соединительных кабелей несколькими десятками метров. Поэтому для подключения удаленных датчиков применяются специальные преобразователи выходных сигналов пассивных датчиков в токовый сигнал 4-20 мА. Однако даже токовый аналоговый сигнал подвержен воздействию электромагнитных помех, и использование датчиков с цифровым выходом было бы в этом случае более целесообразным.

Сопоставив характеристики всех данных контроллеров можно сделать следующие выводы:

1. Все импортные системы используют датчики усилия, что накладывает ограничения на длину соединительных кабелей и не позволяет устанавливать один контроллер для обслуживания куста скважин.

2. Для определения положения штока практически все контроллеры позволяют использовать емкостные датчики угла наклона, потенциометрические датчики угла и датчики Холла, устанавливаемые на выходном валу редуктора и отбивающие нижнюю мертвую точку. При это нигде не используется датчик, фиксирующий две мертвые точки – нижнюю и верхнюю, хотя время хода штока вверх и вниз может не совпадать.

3. Контроль электрических параметров, как правило, не предусмотрен. Однако в некоторых системах измеряется скорость вращения вала электродвигателя с помощью датчика Холла, что позволяет рассчитать механический момент на валу асинхронного двигателя.

4. Большинство контроллеров имеют алгоритмы анализа динамограмм с определением характерных неисправностей и с определением точки срыва подачи.

5. Все контроллеры имеют функции дистанционного управления электроприводом ШГН с диспетчерского пункта, а также позволяют вести периодическую эксплуатацию скважины по заданным временным уставкам и по степени заполнения насоса жидкостью.

Назначение СИКН

Система предназначена для автоматизированного коммерческого учета товарной нефти прямым массово-динамическим методом, а так же для определения качественных показателей нефти при ведении документов, предназначенных для операций учета товарной нефти между Поставщиком и Потребителем на объектах нефтепереработки, а так же при проведении учетно-расчетных операций при транспортировке нефти и нефтепродуктов.

Состав системы

Технологическая часть

Блок измерения и регулирования:

блок измерения показателей качества (БИК);
блок измерительных линий (БИЛ);
узлы регулирования расхода и давления;
пробозаборное устройство (ПЗУ);
технологические и дренажные трубопроводы;

Блок стационарной турбопоршневой установки (ТПУ) или узел подключения передвижной ТПУ;
Блок фильтров (БФ).

Структурная схема СИКН

СИКН обеспечивает

автоматический отбор объединенной пробы пропорционально объему перекачиваемой нефти или пропорционально времени, ручной отбор точечной пробы;
автоматизированное выполнение режима контроля метрологических характеристик рабочих преобразователей расхода (ПР) по контрольной линии без нарушения процесса измерения и без нарушения работы нефтепровода, оформление и печать протоколов контроля метрологических характеристик (КМХ);
автоматизированное выполнение режимов поверки и контроля метрологических характеристик ПР при помощи поверочной установки без нарушения процесса измерения и без нарушения работы нефтепровода, оформление и печать протоколов поверки и КМХ;
контроль метрологических характеристик и поверка рабочего и резервно-контрольного преобразователя расхода по передвижной ТПУ;
гарантированное перекрытие потока и наличие устройства контроля протечки (местное) запорной арматуры, протечки которой могут оказать влияние на достоверность поверки и КМХ;
контроль перепада давления на фильтрах (местный и дистанционный);
автоматический контроль, индикацию и сигнализацию предельных значений параметров:

расхода по каждой ИЛ, БИК;
плотности нефти;
свободного газа в нефти;
давления и температуры в ИЛ, БИК, ПУ;
перепада давления на фильтрах;
содержание объемной доли воды в нефти;

индикацию и автоматическое обновление данных измерений массы и массового расхода по каждой ИЛ и СИКН в целом, значений давления по БИЛ и значение расхода, температуры и давления нефти в БИК, плотности нефти, содержания воды с выводом на дисплей;
определение массы нетто с использованием значений составляющих балласта, полученных в аналитической лаборатории с использованием результатов измерений поточного влагомера (если масса нетто не определена в автоматическом режиме);
регистрацию результатов измерений, их хранение не менее одного года и передачу в систему телемеханики;
автоматическое (программное) и ручное управление автоматическим пробоотборником;
ручной ввод значений плотности, температуры и давления при отказе датчиков или их отсутствии;
хранение введенных в память СОИ постоянных величин при отключении электроэнергии;
возможность пломбирования органов управления, с помощью которых можно воздействовать на результаты измерений;
управление запорной арматурой, поверочной установкой;
поверка рабочего преобразователя расхода по контрольно-резервному;
формирование отчетов журналов показаний средств измерений, актов приема-сдачи нефти, паспорта качества нефти и других необходимых документов по учету нефти за заданный интервал времени и по партиям нефти в автоматическом режиме и по запросу в соответствии с рекомендациями по определению массы нефти при учетных операциях с применением СИКН;
автоматический учет и архивирование журнала событий системы (переключения, аварийные сигналы, сообщения об ошибках и отказах системы и ее элементов).

Особенности

Гибкость

По требованиям Заказчика СИКН может иметь исполнение на открытой площадке или в блок-контейнере(ах) нашего производства.


Пример открытого исполнения - Основой является рамочная конструкция для установки как на открытой площадке, так и в помещении	Пример закрытого исполнения - Конструкция выполнена в контейнерном исполнении с теплоизоляцией (панели «Сэндвич»)

При изготовлении в блок-контейнере обеспечивается защита приборов КИПиА от внешних воздействий, что позволяет использовать менее дорогие модели оборудования. Так же из опыта производства оборудования компании на базе блок-контейнеров важно отметить что данный вариант исполнения обеспечивает снижение затрат и сроков отводимых на капитальное строительство.

Блок-контейнер комплектуется взрывозащищенными освещением, обогревателями, вентиляторами, системой контроля загазованности и пожарной сигнализации.

При установке АРМ-оператора в блок-контейнере, по желанию Заказчика, производится комплектация освещением, кондиционером, отоплением, мебелью, комнатой отдыха персонала и тамбуром.

Удобство эксплуатации

Все оборудование, участвующее в измерениях основных параметров связано по полевой шине, что позволяет помимо повышения точности измерений обеспечить оптимальные кабельные проводки удобные в последующей эксплуатации и обслуживании.

Надежность

Высокая надежность системы обеспечивается за счет применения высококачественного измерительного оборудования ведущих мировых производителей, а так же за счет резервирования серверов обеспечивающих расчет характеристик и хранение информации.

Функциональность

Входящие в состав системы устройства позволяют реализовать дополнительные режимы функционирования оборудования (имитация, тестирование, маскирование), защитить систему от несанкционированного доступа, осуществить контроль действия персонала по журналу событий.

Также преимуществом узла учета нефти является и прямое измерение массового расхода. В соответствии с действующими нормативными документами для товарно-коммерческих расчетов, приемосдаточные операции осуществляются в единицах массы. Кориолисовый расходомер выполняет прямое измерение массового расхода, что существенно снижает возможность внесения погрешностей дополнительными средствами измерения, чем грешат косвенные методы измерений, снижается вероятность метрологического отказа измерительной системы.

Использованная литература

1) Технологический регламент пункта приема сдачи нефти ПАО «Татнефть». ТР 1346–0.1. – РБ, 2009.

2) А.К. Круглов, В.А. Бушманова. Спутник нефтяника. М.: Нефтяное дело, 1987. -265 с.

3) Сброс пластовых вод. Паспорт ПТБ-10Э.00.00.000 РЭ. Филиал ОАО «Сиданко»: Саратовский НТЦ, 2006.

4) Б.Н. Парсункин, С.М. Андреев, В.М Дубинин, М.Ю. Рябчиков. Расчеты и моделирование переходных процессов: Учеб. пособие. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. -173 с.

5) Г.Г. Орлов. Охрана труда: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1984 -343 с., ил.

6) ГОСТ 12.1.005–88 (Межгосударственный стандарт ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. Переизд. фев. 2002. – Взамен ГОСТ 12.1.005. – М.: Изд-во стандартов, 2001. -71 с.