Интеллектуальные решения для нефтедобычи - станции управления скважинными насосами ОАО «ПНППШТ
М.Г. ПАЧИН,
главный конструктор
ОАО ПНППК, г. Пермь
maxpachin@yandex.ru
М.И. ХАКИМЬЯНОВ,
к.т.н., доцент кафедры электротехники и электрооборудования
УГНТУ, г. Уфа
hakimyanovmi@gmail. com
Авторы приводят результаты полевых испытаний разработанной инженерами ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» интеллектуальной станции управления для штанговых глубиннонасосных установок с частотно-регулируемым приводом. Ее применение позволяет уменьшить износ насосного оборудования благодаря подбору индивидуального режима работы для каждой конкретной скважины.
INTELLIGENT OIL PRODUCTION SOLUTIONS -WELL PUMP VFD UNITS DESIGNED BY PNPPK OJSC
M. PACHIN, Perm research-and-production instrument company, M. HAKIMYANOV, Ufa State Petroleum Technical University
The authors report the results of field tests of the developed smart control station for sucker rod pump units with variable speed drive. The analysis of the smart control station capabilities for wells operation optimization is done. The result was obtained enhanced oil recovery, reduction of energy consumption, and, consequently, the cost of crude oil. Smart control station reduces wear of pump equipment by selection of individual modes for a particular well.
Keywords: oil production, control station, controller, sucker rod pump, variable speed drive, dynacard, electricity meter
В современных зкономических условиях нефтегазодобывающий комплекс, играющий ключевую роль в экономике России, остро нуждается в инновационном развитии. Среди приоритетных направлений научно-технического прогресса в сфере добычи называются создание и освоение технологий высокоэффективной разработки трудноиз-влекаемых запасов углеводородов на месторождениях с истощенной ресурсной базой, повышение уровня автоматизации и энергосбережения [1]. Решение
перечисленных задач невозможно без создания новых интеллектуальных систем управления объектами нефтегазодобычи, сочетающих значительные вычислительные и коммутационные ресурсы с мощным программно-алгоритмическим обеспечением.
Специалистами ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» была разработана интеллектуальная станция управления (ИСУ) типа УСШН-01 (рис. 1), предназначенная для управления электропривода-
Рис. 1. ИСУ типа УСШН-01, производства ОАО ПНППК, г. Пермь
4222 В кг 3842: 3462 3082-1 2702 2322
0
320
640
а)
под управлением СУПП
ми скважин, эксплуатируемых штанговыми глубинными насосами (ШГН).
Станция управления в базовом исполнении имеет встроенный преобразователь частоты (ПЧ) и контроллер, предусматривается подключение датчиков ди-намометрирования, ватт-метрирования, устьевого и затрубного давлений. Передача информации может осуществляться по радиоканалу или посредством GSM-модема. Предусмотрена возможность установки веб-камеры, позволяющей диспетчеру в реальном времени контролировать обстановку на скважине: визуально наблюдать работу установки ШГН, отсутствие посторонних лиц, выполнение регламентных работ обслуживающим персоналом.
Однако главные преимущества разработанной ИСУ заключаются в реализованном в контроллере мощном программно-математическом аппарате с функциями анализа и обработки измеренных массивов динамограмм и ваттметрограмм, вычисления дебита и подбора оптимального режима эксплуатации скважины [2, 3].
С августа 2013 по февраль 2014 г. на скважинах №№ 73 и 74 Лазуковского месторождения ТПП «РИ-ТЭК-Уралойл» были проведены опытно-промышленные испытания ИСУ типа УСШН-01. На скважинах стояли типовые станции управления на релейно-кон-тактной элементной базе, обеспечивающие только прямой пуск электродвигателя (далее - станции управления прямого пуска или СУПП).
В ходе испытаний указанные скважины последовательно эксплуатировались под управлением СУПП и ИСУ при этом фиксировались изменения следующих технологических параметров:
1) режима эксплуатации (частоты качаний, вид динамограмм);
2) динамического уровня;
3) дебита скважины;
4) удельного энергопотребления.
Использовались следующие средства измерений:
счетчик электрической энергии СЕ301 R33 146-JAZ «Энергомера», переносной измерительный комплекс МИКОН-101 (эхолот и динамограф), групповая замерная установка АГЗУ ОЗНА-Спутник.
Как показали испытания, в целом ИСУ обеспечивает более благоприятный режим эксплуатации насосного оборудования, чем обычные станции управления. Благодаря непрерывному контролю динамограмм появляется возможность добиться желаемого заполнения цилиндра насоса жидкостью, поддержания высокого динамического уровня. На рис. 2 приведены динамограммы скважины N973 под управлением СУПП (а) и ИСУ (б). Видно, что динамограмма на рис. 2 а имеет вид «пистолета»,
Цикл 1/2
3915 3600 3285 2970 2655' 2340
Р, кг
Цикл 1/2
960
12801 1600
0
320
640
960
1280 1600
б)
под управлением ИСУ
Рис. 2. Динамограммы скважины № 73: а) под управлением СУПП; б) под управлением ИСУ
что соответствует неполному заполнению цилиндра насоса жидкостью. После установки ИСУ контроллером была снижена частота качаний, что привело к более полному заполнению цилиндра насоса, форма динамограммы приблизилась к параллелограмму. Можно заметить на динамограмме рис. 2 б увеличение количества волн колебаний штанговой колонны, вызванных пружинным сжатием штанг. Это объясняется замедлением темпа качаний, что приводит к тому, что за один период качания балансира на динамо-грамме помещается больше периодов пружинных колебаний колонны. На динамограмме рис. 2, а эти колебания также имеются, но менее заметны, так как на графике за период качания их помещается меньше, но с большей амплитудой.
Более полное заполнение насоса продляет ресурс насосного оборудования и повышает эффективность работы установки [4].
Практические испытания показали, что применение ИСУ в значительной степени улучшает энергетические показатели нефтедобычи, в частности, удельное энергопотребление на единицу объема скважинной жидкости. На рис. 3 показана диаграмма замеров удельного энергопотребления установки ШГН на скважине №73 под управлением СУПП и ИСУ соответственно.
Согласно замерам, ИСУ обеспечила значительное снижение удельного энергопотребления. Так, для скважины №73 ИСУ обеспечила снижение данного параметра с 52,82 кВт-ч/м3 до 33,11 кВт-ч/м3 (на 37%), а для скважины №74 - с 8,87 кВтч/м3 до 6,79 кВтч/м3 (на 24%).
Таким образом, ИСУ с ЧРП обеспечивает значительный эффект энергосбережения, объемное удельное энергопотребление при добыче скважин-ной жидкости снижается на 20...40%. Средний де-применение бит скважины №73 под управлением обеих СУ
ш
"уд* ■
кВтч/м3
/
/ п
/ ■ 1
/ 1 1
/ 1 1
/ 1 1
/ 1 1 1
/ V
21.01.2014
28.01.2014
04.02.2014
11.02.2014
18.02.2014
СУПП
ИСУ
Рис. 3. Удельное энергопотребление скважины №73 под управлением ИСУ и СУПП
s,ф %
эф..
90 т
80-■
70-
60
50-■
40-
30-
20- —
7
S. = 60%
10.02.14 12:00 11.02.14 12:00 12.02.14 12:00 13.02.14 12:00 14.02.14 12:00 00:00 11.02.14 00:00 12.02.14 00:00 13.02.14 00:00 14.02.14 00:00 15.02.14
п, мин.-1
6
5,5 ■•
5
4,5
4
3,5---
3-2,5-2 -1,5
10.02.14 12:00 11.02.14' 12:00 12.02.14 12:00 13.02.14 12:00 14.02.14 12:00 00:00 11.02.14 00:00 12.02.14 00:00 13.02.14 00:00 14.02.14 00:00 15.02.14
Рис. 4. Автоматическое поддержание заданного режима эксплуатации скважины №73: а) заполнение насоса (эффективный ход плунжера); б) частота качаний
оказался практически одинаковым - 2,35 м3/ сут. На скважине № 74 средний дебит с ИСУ оказался выше - 18,23 м3/сут с ИСУ против 16,80 м3/ сут с СУПП (вырос на 9%).
Одной из основных функций ИСУ является возможность автоматически поддерживать заданный режим эксплуатации. На скважине №73 был проведен эксперимент, в ходе которого ставилась задача автоматически поддерживать заданное заполнение насоса (сначала 60%, затем 55%). Графики изменения заполнения насоса и частоты качаний приведены на рис. 4.
Как видно из рис. 4, контроллер ИСУ способен, изменяя частоту качаний балансира, эффективно поддерживать заданное заполнение насоса: с 10 по 13 февраля 2014 г эффективный ход плунжера был задан 60%, с 13 по 15 февраля 2014 г. - 55%. Частота качаний изменялась при этом от 1,7 до 5,6 в минуту.
Сравнение параметров эксплуатации скважин под управлением СУПП и ИСУ произведено в табл.
Таким образом, дебит скважины при переходе на ИСУ остается на прежнем уровне, а в отдельных случаях и увеличивается. Кроме этого, наблюдаются значительное снижение удельного потребления электроэнергии, снижение износа оборудования и увели-
чение межремонтного периода скважин. Следует отметить, что при необходимости контроллер ИСУ может быть запрограммирован как на получение от скважины максимального дебита, так и на оптимизацию других параметров: удельного энергопотребления, динамического уровня и так далее.
Другим перспективным направлением развития систем управления электроприводами ШГН является обеспечение работы в «без-датчиковых» режимах, в которых для управления не требуются сигналы с датчиков динамометрирования, а вся необходимая информация получается путем анализа мгновенных значений потребляемой мощности. Достоинствами такого подхода являются снижение стоимости оборудования и его обслуживания, повышение надежности систем автоматики.
Специалистами ОАО ПНП-ПК и компании Уасоп (Финляндия) разработано программно-алгоритмическое обеспечение для ИСУ ШГН с возможностью автоматического управления установкой на основе энергетических характеристик асинхронного двигателя. С помощью математического анализа графика потребляемой мощности за цикл работы установки ШГН обеспечиваются определение «мертвых» точек и поддержание заданного баланса нагрузки при возвратно-поступательном движении полированного штока, т.е. бездатчиковое управление. Станция обеспечивает раздельное управление скоростью движения вверх и вниз с коррекцией при каждом цикле, исключая ситуацию низкого заполнения плун
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.