Переносные и стационарные системы

Рисунок 7 - Контроллер SAM Well Manager фирмы Lufkin

Контроллер SAM Well Manager по формируемой  динамограмме

определяет степень заполнения ствола скважины жидкостью. Если анализ

покажет, что скважина находится  в состоянии опустошения, то двигатель

отключится и скважина переводится в режим ожидания. По окончании

периода ожидания блок управления включает двигатель и переводит

установку в режим откачки.

Программное обеспечение  контроллера SAM Well Manager

обеспечивает обнаружение  отдельных неисправностей в насосной установке

по динамограмме.

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 обеспечивает 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.

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.

Станция управления «Интел-СУС» (ЗАО «Линт», Казань) в

комплекте с контроллером «Телебит» и датчиками динамометрирования

ДДС-04 имеет практически  аналогичные функциональные возможности  и

представляет собой законченное  изделие. Система комплектуется

программным обеспечением на всех уровнях.

Помимо датчиков динамометрирования к контроллеру подключаются

датчики ваттметрирования для  контроля энергетических параметров: токов и

напряжений по каждой фазе, активной и реактивной мощности,

коэффициента мощности, проведения технического учета электроэнергии и

построения ваттметрограмм.

Широкое применение на промыслах  Татарии получили контроллеры

«Мега» (НПФ «Интек», Уфа). Настоящие котроллеры работают как с

датчиками динамометрирования собственной разработки, так и  с ДДС-04.

Функционально контроллер аналогичен описанным выше, система

комплектуется собственным  программным обеспечением. Часть  скважин не

оборудована датчиками положения, определение начала хода штока

производится путем математического  анализа графика изменения усилия.

Определенных успехов  достигли и разработчики контроллера

«Орион» («Аякс», Ульяновск). Указанные контроллеры на сегодняшний день

наиболее приспособлены  для совместной работы с элементами системы

ДДС-04 в плане сбора  и представления информации. Формирование массива

динамограммы происходит непосредственно в самом датчике  ДДС-04,

контроллеру достаточно периодически считывать массив из памяти датчика

по цифровому протоколу  «Modbus-RTU». В датчике реализована  функция

сравнения динамограмм, и  если форма динамограммы не изменилась,

передача массива не требуется, что освобождает каналы связи.

Программное обеспечение  системы телемеханики позволяет

отправлять измеренные динамограммы и рассчитанные данные по дебиту в

корпоративную систему «АРМИТС», охватывающую все

нефтегазодобывающие предприятия  ОАО «Татнефть».

Примером законченной  отечественной системы автоматизации

установки ШГН является станция  управления АСУС-02 НПФ «Экос»

(рисунок 8). Автоматизированная  станция АСУС-02 имеет силовую  часть,

специализированный контроллер и радиостанцию, обеспечивающую связь  с

диспетчерским пунктом.

Рисунок 8 – Станция управления АСУС-02 производства НПФ «ЭКОС»

Отличительной особенностью станции управления АСУС-02 является

то, что в ней реализовано  ваттметрирование с отлаженным алгоритмом

определения таких характеристик  как: перегрузка по току, отклонение

напряжения от нормы, перекос  фаз, отклонение частоты питающего

напряжения, коэффициента гармоник, коэффициента мощности обрыв,

проскальзывание ремней, биение в редукторе, разбаланс противовесов, и

других. Станция укомплектовывается также элементами систем

динамометрирования ДДС-04.

Возможность станции управления АСУС-02 совмещать функций

ваттметрирования и динамометрирования является важным достоинством,

поскольку повышает достоверность  диагностики режима работы установки  и

выявления неисправностей.

Система автоматизации, базирующаяся на применении станции

управления АСУС-02 и элементах  системы ДДС-04, обладает следующими

возможностями:

- точная автоматизированная  балансировка станка-качалки;

- подсчёт потребленной  электроэнергии;

- определение производительности  скважинной установки по

динамограмме;

- оценка динамики изменения  дебита скважины;

- часовой (за последние  24 часа) и суточный (за последние  30 суток)

архивы дебита;

- автоматическое управление  откачкой в периодическом режиме;

- программируемая задержка  автоматического включения при

пропадании напряжения в  сети;

- автоматическое выключение  при аварийных ситуациях;

- построение динамограмм  расчетным и экспериментальным

способами;

- графики изменения во  времени параметров (тренды);

- отчеты текущего состояния  и последнего аварийного отключения;

- интеграция в SCADA-системы.

Сравнивая возможности станции  управления АСУС-02 в комплекте с

ДДС-04 и станции, базирующейся на контроллере Lufkin, можно сделать

следующие выводы:

В АСУС-02 помимо динамометрирования производится еще контроль

электрических параметров –  ваттметрирование, тогда как в  контроллере

Lufkin электрическую мощность  получают косвенным методом - измеряется

скорость вращения электродвигателя, исходя из чего вычисляют момент на

валу и мощность.

В контроллере Lufkin есть средства отображения информации

непосредственно на объекте  – большой графический дисплей  и возможность

подключения портативных  компьютеров. Однако наличие такого дисплея

оказывается не вполне целесообразно  при построении дистанционной

телеметрии. Кроме того, в  составе системы АСУС-02 также  может

поставляться модуль сбора  информации МСИ-07, позволяющий

просматривать результаты динамометрирования и другие данные

непосредственно на месте.

В контроллере Lufkin предусмотрена  функция управления частотным

регулятором - есть соответствующий  выходной сигнал и заложены

необходимые алгоритмы управления. Однако в настоящее время стоимость

частотных регуляторов еще  слишком высока для массового  оснащения ими

всего фонда скважин.

Стоимость импортных систем в несколько раз выше отечественных

разработок. Кроме того, при  использовании отечественных станций

управления все проблемы с ремонтом и модернизацией оборудования будут

решаться значительно  быстрее.

В настоящее время все  более широко используются цепные приводы

установок ШГН. По сравнению  с традиционными балансирными СКН

цепные приводы обеспечивают большую длину хода штока (до 6-9 м) при

меньшем энергопотреблении. Кроме того, движения штока происходит с

постоянной линейной скоростью, что положительно влияет на режим  работы

насосного оборудования. Фирмой «Грант» разработаны специальные

модификации датчиков усилия и положения для применения на цепных

приводах. Применены специальные  конструктивные решения для

исключения случаев зацепов  длинных кабелей за элементы арматуры. В

настоящее время проводится согласование способов установки датчиков на

цепные приводы с заводами-изготовителями.

5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ «DINAMOGRAPH»

В состав системы динамометрирования стационарной ДДС-04 входит

базовое программное обеспечение (ПО) «DinamoGraph», предназначенное

для считывания, обработки  и хранения данных по изменению усилия на

штоке станка-качалки во времени (динамограмм), полученных как  в виде

отдельных файлов, формируемых  системой телемеханики, так и

переписанных из памяти переносного  модуля сбора информации (МСИ).

По графику динамограммы можно судить о работе насосного

оборудования, а также  оценивать дебит скважинной установки.

Основные функции, выполняемые ПО «DinamoGraph»:

- формирование архива  данных по исследованиям скважин;

- построение устьевой, теоретической  и плунжерной динамограмм

(рисунок 9);

- анализ динамограмм в  целях диагностики состояния  насосного

оборудования (рисунок 10);

- оценка производительности  насосной установки по нескольким

методикам (рисунок 10);

- расчет допустимых напряжений  в штангах;

- формирование отчетов  по исследованиям скважин в  табличной и

графической формах;

- экспорт данных в файл  нужного формата.

- в программе предусмотрена  возможность наложения всех замеров

по одной скважине, благодаря  этому можно отслеживать эволюцию

состояния скважинного оборудования, что способствует оперативному

выявлению изменений в  работе оборудования и, вследствие этого,

своевременному обслуживанию насосной установки.

Рисунок 10 – Диагностика  глубиннонасосного оборудования и  оценка

производительности скважины в ПО «DinamoGraph»

 

6. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ ДДС-04

1. Результаты исследований  в НГДУ «Белкамнефть».

В ходе исследований ставились  следующие задачи:

1) продемонстрировать возможность  автономной записи динамограмм

в память контроллера с  последующим считыванием их в  компьютер;

2) продемонстрировать возможности  программного обеспечения по

диагностике состояния оборудования и оценке дебита скважин по

динамограмме.

В ходе автономной работы контроллера  за 20 часов было получено

около 240 динамограмм. Как  показал данный эксперимент, из этих десяти

динамограмм существенно  отличаются те, которые сняты в  ночное время – с

23-х часов вечера до 3-х часов ночи. При этом диагностика  состояния

глубиннонасосного оборудования в программе выдает сообщение  о

неработающем насосе из-за загрязнения. В остальных случаях  отмечается

наличие утечек из приемного  клапана.

Рассчитанный в программе  «DinamoGraph» по одной из методик дебит

скважины составил в разное время суток от 5,7 до 9 м3/сут. Данные по ГЗУ

для этой скважины 10,6 м3/сут. При этом нужно учитывать тот  факт, что

данные по ГЗУ отражают только текущее значение дебита на момент

подключения скважины на замер  и никак не среднесуточный дебит, как раз

представляющий наибольшую важность для нефтяников.

Выводы по результатам  исследований: система ДДС обеспечивает

автономную запись динамограмм. Внутренняя память контроллера позволяет

хранить около 1000 замеров  динамограмм. Параметры работы и  чтение

данных из контроллера  производятся при помощи ноутбука.

Все снятые динамограммы (за исключением и снятых в ночное время)

показали наличие утечек в приемном клапане, что было подтверждено

геологами НГДУ «Белкамнефть».

Программное обеспечение  системы ДДС-04 показало однозначное

наличие утечек в приемном клапане насоса. Применение системы  ДДС-04

для контроля дебита позволяет  в совокупности с ГЗУ получить не только

значение дебита во время  подключения скважины на замер, но вычислить

среднесуточное значение.

2. Исследования в НГДУ  «Елховнефть».

Был произведен анализ замеряемости скважинной продукции

посредством ДДС-04, УМИ, СКЖ  и тарированной емкости.

Результаты анализа показали совпадение замеров по ДДС-04 в

пределах 1 м3 с показаниями  СКЖ в 60% случаев, с УМИ – в 70% случаев, с

ГЗУ и бочкой – в 100% случаев.

При следующем эксперименте на одной из скважин

НГДУ «Елховнефть» в течение  месяца отбивались динамограммы, по

которым замерялся дебит  посредством СКЖ и ДДС. Результаты

эксперимента показаны на рисунке 11. По рисунку 11 отчетливо

просматривается зависимость  значений дебита, рассчитанных по данным

ДДС от данных по СКЖ.

Рисунок 11 – Одновременные  замеры дебита посредством ДДС и  СКЖ

 

Вывод: если принять последнее  за эталонное средство замера, то для

получения достоверных данных по дебиту, измеренному по динамограмме,

достаточно ввести поправочный  коэффициент.

 

7. Комплекс диспетчерского  управления объектами (КДУ ИРЗ)

Назначение:

- для дистанционного контроля и управления оборудованием, установленным на нефтяном месторождении, с целью совершенствования технологического процесса, сокращения затрат и увеличения производительности добычи нефти.

 

Рисунок 12 - Обобщенная структурная  схема КДУ ИРЗ

Описание структуры КДУ  ИРЗ