Функциональная схема автоматизации скважины, оборудованной ШГН

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

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.

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒