Переносные и стационарные системы

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

1. ПЕРЕНОСНЫЕ И СТАЦИОНАРНЫЕ СИСТЕМЫ……………………..4
2. ДАТЧИКИ УСИЛИЯ………………………………………………………5
3. ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ………………………………………………...9
4. КОНТРОЛЛЕРЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ……………………….10
5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ «DINAMOGRAPH»……………...15
6. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ДДС-04……………………….17
7. КОМПЛЕКС ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ (КДУ ИРЗ)…………………………………………………………………19

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………….22

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Такие факторы современной  экономической ситуации как истощение

ресурсов нефтяных пластов, высокая стоимость электроэнергии,

ограниченный объем средств  на ремонт скважин обуславливают

необходимость автоматизации  процессов нефтедобычи.

Автоматизация скважин, эксплуатируемых  штанговыми глубинными

насосами (ШГН) заключается, прежде всего, в контроле таких

технологических параметров, как динамограмма, динамический уровень

жидкости, ваттметрограмма, потребляемый ток, частота качаний, влияние

газового фактора, давление на устье скважины, суточная производительность

скважины. Функции управления должны обеспечивать дистанционное

включение и отключение приводного электродвигателя, аварийное

отключение установки, периодический  режим эксплуатации, плавное

регулирование скорости вращения электродвигателя при помощи

преобразователя частоты.

Созданием средств автоматизации  ШГН занимаются многие

зарубежные и отечественные  предприятия: Lufkin Automation (США), НПП

«Грант» (Уфа), НПФ «Интек» (Уфа), ООО «Микон» (Н. Челны), ТНПВО

«Сиам» (Томск) и другие. Тем  не менее, абсолютными успехами в  этом

направлении не может похвастаться ни одна фирма и объясняется это,

прежде всего бурным развитием  измерительной, преобразовательной и

микропроцессорной техники, предоставляющей разработчикам  возможности

решения все более и  более сложных задач.

 

1. ПЕРЕНОСНЫЕ И СТАЦИОНАРНЫЕ СИСТЕМЫ

Если до недавнего времени  контроль работы скважин осуществлялся  в

основном посредством  переносных диагностических комплексов,

состоящих, как правило, из накладного динамографа и эхолота, то в

последнее время наметилась тенденция к массовому оснащению  скважин

стационарными системами  телеуправления.

Современные требования к  автоматизации объектов нефтедобычи

обуславливают целесообразность установки стационарных систем

телединамометрирования. Стационарная система автоматизации включает

в себя датчики технологических  параметров, станцию управления с

контроллером и радиомодемом для двухсторонней передачи информации.

Такие системы могут работать автономно, все управление электроприводом

насоса (включение, отключение, изменение скорости качаний) производится

автоматически контроллером либо дистанционно с диспетчерского пункта,

обеспечивая выполнение таких  обязательных функций как:

- контроль технологических  параметров скважины и насоса;

- автоматизация управления  электроприводом ШГН;

- оптимизация режимов  эксплуатации скважины;

- оперативное выявление  аварийных и ненормальных режимов

работы оборудования;

- передача оперативной  информации о состоянии объекта  на

диспетчерский пункт по телеметрическим  каналам связи.

По измеренной динамограмме контроллер анализирует режим работы и

состояние насосного оборудования и рассчитывает производительность

скважины.

По данным ваттметрирования контролируются токи и напряжения по

каждой фазе, ведется технический  учет потребляемой электроэнергии,

оценивается сбалансированность привода ШГН, осуществляется защита от

перенапряжения и перекоса фаз и других факторов.

 

2. ДАТЧИКИ УСИЛИЯ

Основным элементом системы автоматизации установки ШГН является

датчик динамометрирования, так как именно он позволяет получить

информацию, необходимую  для анализа состояния объекта  и режима его

работы.

Датчики усилия могут устанавливаться  в следующих местах:

1) непосредственно на  штоке (накладные датчики);

2) на штоке между траверсами;

3) на штоке между верхней траверсой и замками;

4) на балансире СКН.

Все четыре способа установки  датчиков усилия условно показаны на

рисунке 1.

Выбор места расположения датчика усилия обуславливается, как

правило, желанием получить наибольшую чувствительность для конкретного

типа датчика, требованиями к простоте его конструкции и  удобством

монтажа.

 

 

 

 

Устанавливаемые на балансире  датчики усилия измеряют

деформацию балансира, что  позволяет косвенным образом  судить о

действующем на полированный шток усилии.

Однако датчики усилия, устанавливаемые на балансире, не

обеспечивают необходимую  точность измерения усилия в штоке  по целому

ряду причин: принцип действия таких датчиков основан на измерении

деформации изгиба балансира, который изготавливается с большим  запасом

прочности (что уменьшает  чувствительность датчика), величина деформации

балансира СКН зависит  не только от приложенной к нему нагрузки, но и от

температуры окружающей среды, конструкции СКН, материала самого

балансира, а также, для  приведения результатов измерения  к абсолютным

единицам усилия требуется  проведение калибровки датчика непосредственно

на СКН.

Накладные датчики на полированный шток измеряют продольную

либо поперечную деформацию штока и также не могут дать информацию об

абсолютных значениях  нагрузки и поэтому не используются в стационарных

системах.

Датчики, размещаемые над верхней траверсой, воспринимают

нагрузку на шток непосредственно, и, следовательно, обеспечивают

максимальную чувствительность определения усилия. На рисунке 2 показан

чувствительный элемент  датчика усилия типа «Loadtrol» фирмы  «Lufkin»

(США).

Достоинством датчика  с чувствительным элементом в  виде

пустотелого цилиндра является, прежде всего, простота конструкции. Однако

монтаж подобных датчиков предусматривает практически полную разборку

траверсы, что является очень  трудоемкой операцией.

Датчики усилия, размещаемые между траверсами СКН. Такая

конструкция датчиков имеет  преимущества аналогичные предыдущей: вес

штанг действует непосредственно  на чувствительный элемент, обеспечивая

чувствительность, а также  возможность их градуировки в  абсолютных

единицах в процессе изготовления. Благодаря этому им присущи такие

важные эксплуатационные свойства, как взаимозаменяемость и  простота

поверки. К недостаткам  размещения датчиков между траверсами иногда

относят необходимость разгрузки  траверсы при монтаже и демонтаже, а

также наличие подвижного кабеля между траверсой и основанием станка-

качалки. Однако, эти недостатки весьма условны, поскольку не сказываются

на технических характеристиках  датчика.

Большинство этих датчиков являются разновидностями «вилки», один

из вариантов которой  представлен на рисунке 3. Однако такая  конструкция

не обладает достаточной  жесткостью.

Рисунок 3 – Стационарный датчик усилия «Микон»

Проведенный анализ показывает, что оптимальными местами

расположения стационарных датчиков усилия являются установка  на шток

между нижней и верхней  траверсами, а также между верхней  траверсой и

ограничителем. Именно в  этих местах нагрузка будет восприниматься

непосредственно к чувствительному  элементу, обеспечивая максимальную

чувствительность. Однако, как  уже отмечалось выше, для установки  датчика

над верхней траверсой  требуется полная разборка подвески штока, что

является довольно трудоемкой операцией. В связи с этим, наиболее

целесообразным, на наш взгляд, следует считать размещение датчика  усилия

на штоке между нижней и верхней траверсами СКН.

Тензорезистивный датчик усилия системы ДДС-04 (рисунок 4)

имеет форму подковы и  устанавливается на полированном штоке  между

траверсами. Трехточечная схема  расположения чувствительных элементов

обеспечивает самоустановку  датчика усилия между плоскостями  траверс при

не параллельности и шероховатости  их плоскостей. Конструкция датчика

усилия защищена патентом на изобретение РФ № 2221227.

Можно выделить три основных преимущества датчика ДДС-04:

- подковообразная форма  облегчает установку датчика;

- цифровой интерфейс RS-485 датчика ДДС-04 не подвержен помехам  и не критичен к длине кабеля;

- наличие встроенного  в датчик ДДС-04 микропроцессора  позволяет

существенно расширить функциональные и эксплуатационные

возможности системы в  целом, сняв часть «работы» с контроллера

станции управления и повысив  надежность ее работы.

Рисунок 4 – Датчик усилия ДДС-04

 

3. ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ

Для выполнения задач динамометрирования и ваттметрирования,

необходимо измерять параметры  движения точки подвеса насосных штанг, а

именно: длину хода, частоту  и период качаний, моменты прохождения

штоком нижней и верхней  мертвых точек.

Для измерения параметров движения штока используются различные

средства: датчики угла наклона, маятники с потенциометрами, концевые

выключатели, бесконтактные  датчики положения, устанавливаемые  на

выходном валу редуктора  и линейные акселерометры.

При использовании датчиков угла наклона балансира приходится

измерять малые изменения  углов в условиях воздействия  вибраций. Поэтому

датчики параметров движения штока на основе датчиков угла наклона

являются относительно сложным  изделием, предназначенным для работы с

конкретным типом станка-качалки  и, как следствие, используются крайне

редко.

Во многих современных  системах динамометрирования перемещение

штока определяют путем измерения  ускорения акселерометром с

последующим двойным интегрированием  его выходного сигнала, что

является очень удобным  решением: малогабаритный интегральный

акселерометр может быть совмещен в одном корпусе с  датчиком усилия.

Однако на сегодняшний  день практически все динамографы  с

датчиками перемещения на основе акселерометров по паспорту имеют

погрешность не менее 5%. На полезный сигнал ускорения накладываются

большие шумовые составляющие, вызванные вибрациями элементов

конструкции. На рисунке 5 приводится график ускорения точки подвеса

штанг, измеренный на цепной установке. Как видно из графика, величина

шумов соизмерима с уровнем  полезного сигнала, и даже превышает  его.

Рисунок 5 – График ускорения  цепной установки

без фильтрации и обработки

Очевидно, что характерная  для таких датчиков погрешность  не

позволяет обеспечить достоверность  получаемых динамограмм и,

соответственно, адекватное принятие решений по результатам  их анализа.

В системе динамометрирования ДДС-04 используется датчик

положения, устанавливаемый на редукторе СКН, работающий на эффекте

Холла (рисунок 6). Датчик положения  крепится при помощи кронштейна на

редуктор установки ШГН  и срабатывает при прохождении  мимо него двух

магнитов. Монтируется датчик положения таким образом, чтобы  магниты

проходили мимо датчика Холла  в моменты, когда шток установки  ШГН

находится в крайних нижнем и (или) верхнем положениях.

 

4. КОНТРОЛЛЕРЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ

К настоящему времени известен целый ряд контроллеров различных

производителей, использующихся в станциях управления установок  ШГН:

SAM (Lufkin, США), «Мега» (НПФ «Интек»,  Уфа), «Орион» («Аякс»,

Ульяновск), «Телебит» («Линт», Казань), станция управления АСУС-02

(«Экос», Уфа) и другие.

Рисунок 6 – Датчик положения  системы ДДС-04

 

Использование контроллеров обеспечивает решение таких задач, как

автоматизация работы станка-качалки, оптимизация режимов работы

оборудования, оперативное  выявление аварийных ситуаций и  несоответствия

режимов эксплуатации оборудования, передача оперативной информации о

состоянии объекта на пульт  оператора по сети телемеханики.

Типичная станция управления включает в себя контроллер, элементы

силовых устройств включения  и отключения электродвигателя, радиомодем

и набор датчиков технологических  параметров. Отдельные станции

управления имеют в  своем составе преобразователи  частоты для

регулирования скорости вращения электродвигателя.

Контроллер SAM Well Manager фирмы Lufkin (рисунок 7)

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  данных на дисплее контроллера или  на экране

портативного компьютера.