Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Целью данной работы является анализ внедрения контроллеров частоты различных видов с тем чтобы автоматизировать процесс нефтедобычи и сократить потребление электроэнергии в нефтегазодобывающих управлениях ОАО "Татнефть".
| |
Если раньше технические средства позволяли лишь периодически проводить измерения технологических параметров на скважинах операторами при помощи переносных комплектов оборудования, то стационарно установленные на месторождениях современные микропроцессорные контроллеры делают возможным непрерывный автоматический их контроль. Применительно к скважинам, эксплуатируемым штанговыми глубинными насосами, это означает измерение таких технологических параметров, как динамограмма (зависимость усилия на полированном штоке от перемещения точки подвеса штанг), динамический уровень, ваттметрограмма (зависимость потребляемой мощности от перемещения точки подвеса штанг), влияние газового фактора, давление на устье скважины, суточная производительность скважины и других. При этом функции управления должны обеспечивать дистанционное включение и отключение приводного электродвигателя, аварийное отключение установки, периодический режим эксплуатации, плавное регулирование скорости вращения при помощи преобразователя частоты.
К настоящему времени известен целый ряд разработчиков и производителей контроллеров и станций управления для установок ШГН. Среди зарубежных фирм это "Lufkin Automation" (США), "eProduction Solutions" (США), "ABB" (США), "Automation Electronics" (США), "DrSCADA Automation" (США), "R&M Energy Systems" (США), "International Automation Resources" (США) и " SPOC Automation" (США). Известны также отечественные разработчики, среди которых можно выделить НПФ "Экос" (Уфа), НПФ "Интек" (Уфа), ГУПНН "Авитрон-Ойл" (Уфа), НПО "Интротест" (Екатеринбург), НПФ "Интеграл +" (Казань), "Шатл" (Казань), ЗАО "Линт" (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 преобразователи частоты для регулирования скорости вращения электродвигателя.
Ниже делается попытка рассмотреть функциональные возможности этих контроллеров и сопоставить их характеристики.
Зарубежные контроллеры ШГН
Разработкой систем автоматизации для нефтедобывающей промышленности и контроллеров ШГН в частности занимаются такие зарубежных фирмы как "Lufkin Automation" (США), "eProduction Solutions" (США), "ABB" (США), "Automation Electronics" (США), "DrSCADA Automation" (США), "R&M Energy Systems" (США), "International Automation Resources" (США) и " SPOC Automation" (США).
Контроллер SAM Well Manager фирмы Lufkin 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.
Программное обеспечение контроллера SAM Well Manager обеспечивает обнаружение по динамограмме 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.
В настоящее время данные контроллеры устанавливаются в станции управления "СКАД", выпускаемые АЦБПО ЭПУ ОАО "Татнефть".
Недостатком данной системы является высокая стоимость. Так, например, стоимость только контроллера фирмы "Lufkin" (США) в комплекте с датчиками динамометрирования соизмерима с ценой целой станции управления в полной комплектации отечественного производства.
Фирма "eProduction Solutions" (США) предлагает сразу целый ряд контроллеров для установки на скважинах ШГН. Это контроллеры CAC2000, CAC8800, 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: датчиков Холла, расположенных на валу кривошипа, датчиков угла наклона балансира и потенциометрических датчиков угла. Измерение сигналов с аналоговых датчиков производится 12-разрядным АЦП с частотой 20 Гц. Возможно осуществление калибровки датчиков непосредственно на скважине. Имеются клавиатура и графический дисплей для просмотра данных (рисунок 2). Определяется степень сбалансированности противовесов насосной установки. В отличие 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. Наиболее оригинальной разработкой фирмы является устанавливаемый на балансире станка-качалки контроллер iBEAM. 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 исключаются 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.
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.
Контроллер AEPOC 2100 фирмы "Automation Electronics" (США) отличается от остальных высокой разрешающей способностью АЦП. Для оцифровки сигналов с датчиков усилия и перемещения используется 16-разрядное АЦП. При этом в качестве датчика перемещения могут использоваться датчики начала хода, потенциометры, "жидкостные" и "сухие" инклинометры. Гибкий алгоритм определения срыва подачи позволяет работать с горизонтальными и сильнозагазованными скважинами.
Мировой лидер в производстве силовой электроники компания "ABB" (США) выпустила контроллер ALC 600. Контроллер предусматривает подключение датчиков усилия и положения и рассчитан на совместную работу с преобразователем частоты. Выпускается 12 вариантов станций управления с этим контроллером для электродвигателей мощностью от 6 до 100 кВА. Для работы в условиях холодного климата в шкафу предусмотрена система подогрева.
Таблица 1.1 Характеристики импортных контроллеров ШГН
| SAM, Lufkin | CAC2000,eps | iBEAM,eps | IAR | AEPOC2100 | ALC600,ABB | |
| Тип датчика усилия | Loadtrol ДДБ | Loadtrol ДДБ | ДДБ | Loadtrol | Loadtrol ДДБ | Loadtrol |
| Тип датчиков положения | ДХ ДУН | ДХ ДУН ПДУ | ДУН | ДУН | ДХ ДУН ПДУ | ДХ |
| Контроль ваттметрограмм | - | - | - | - | - | - |
| Управление преобразователем частоты | + | + | + | - | - | + |
| Возможность обслуживания нескольких скважин | - | - | - | + | - | - |
| Наличие дисплея и аппаратуры | + | + | + | + | + | - |
| Интерфейсы RS-232 RS-485 Ethernet | + + - | + + - | + - - | + - - | + + + | |
| Разрядность АЦП | 12 | 12 | 12 | 12 | 16 | - |
| Диапазон рабочих температур, гр. С | -40…+85 | -40….+85 | -30…+80 | -40…+70 | -40…+70 | -50… +50 |
ДДБ* – Датчик деформации балансира
ДХ** - Датчик Холла, устанавливаемый на выходном валу редуктора
ДУН*** - Датчик угла наклона балансира
ПДУ**** - Потенциометрический датчик угла
Характеристики импортных контроллеров ШГН приведены в таблице 1.1.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 199.