Система управления гидравлическим приводом штангового глубинного насоса (ШГН)

Данный проект был реализован компанией ООО «Интеллектуальный дом» для ОАО «Оренбургнефть».

Применение штанговых глубинных насосов является основным методом при механизированной добыче нефти на месторождениях с высокой степенью выработки. При этом возвратно-поступательное вертикальное движение насоса в призабойной зоне скважины осуществляется через колонну штанг наземным приводным механизмом, наиболее распространенными типами которого на сегодняшний день являются балансирные станки-качалки, качалки с цепным приводом, а также гидравлический привод. Гидравлический привод штангового насоса представляет собой гидроцилиндр, соединенный с устьевым штоком скважинного насоса, и гидростанцию с интеллектуальной системой управления, которая управляет подачей гидравлического масла под давлением в рабочую полость гидроцилиндра для приведения в движение колонны штанг. Конструкция гидропривода с интеллектуальной системой управления позволяет операторам-технологам устанавливать оптимальную производительность ШГН в широком диапазоне регулировок (длина хода цилиндра, количество качаний в минуту), тем самым обеспечивая высокий дебит нефти со скважины.

Требования к системе автоматизации

В настоящее время к станциям управления ШГН предъявляются достаточно широкие функциональные требования: Обеспечение автоматического пуска ШГН с выходом на заданный рабочий режим. Возможность плавной регулировки производительности ШГН (числа качаний в минуту). Снятие и анализ динамограмм (диаграмма нагрузки на штоке колонны штанг). Возможность их архивирования с заданной периодичностью. Обеспечение удаленного доступа к параметрам станции управления из центральной диспетчерской НГДУ. Ведение локальных архивов событий и нештатных ситуаций. Контроль и защита оборудования ШГН при обнаружении предаварийных ситуаций.

Структура и характеристики системы автоматизации

Система управления гидропривода ШГН состоит из шкафа управления с контроллером, сенсорной панелью оператора и преобразователем частоты с коммутационной аппаратурой. Сигналы от контрольно-измерительных приборов, установленных на гидроцилиндре и маслостанции, поступают в ПЛК Mitsubishi FX3G, который на основании обработанных данных производит расчет, регистрацию и архивирование параметров работы установки, отрабатывает алгоритмы защитных блокировок, выполняет построение и архивирование динамограммы. Достижение требуемой производительности ШГН (количество качаний в минуту) осуществляется путем плавного регулирования оборотами асинхронного двигателя главного маслонасоса при помощи ПЧ Mitsubishi серии FR-A741-55кВт.

Шкаф управления оснащен сенсорной панелью оператора Mitsubishi серии GT14, при помощи которой возможно по месту осуществлять контроль за работой установки, просматривать динамограммы, снимать на USB-накопитель архивные данные. Система управления имеет возможность передачи данных по протоколу Modbus в АСУТП нефтепромысла. Основные функции системы управления: Обеспечение требуемого количества качаний в минуту путем плавной регулировки производительности насоса гидросистемы при помощи преобразователя частоты. Построение, отображение и архивирование динамограмм по показаниям датчика давления масла и сигналов от концевиков гидроцилиндра. Расчет и архивирование основных технологических параметров работы скважины (расчетный дебит, кол-во качаний, моточасов). Управление работой системы подогрева масла при необходимости работы при низкой температуре окружающей среды. Обеспечение защитных блокировок для предотвращения заклинивания колонны штанг, от превышения пороговых значений в гидросистеме. Передача информации в систему диспетчеризации нефтепромысла.

Отличительные особенности

Исходя из конструкции гидропривода ШГН, во время цикла опускания штока гидроцилиндра под действием сил тяжести, действующих на колонну штанг, электродвигатель главного насоса гидросистемы переходит в генераторный режим и начинает возвращать электроэнергию в преобразователь частоты. Благодаря тому, что в системе управления используется преобразователь частоты серии Mitsubishi FR-A741 со встроенным звеном рекуперации, данная электроэнергия возвращается обратно в сеть и перераспределяется на другие потребители. При этом отпадает необходимость рассеивать электроэнергию на тормозных резисторах, а эффект энергосбережения может достигать до 40 %.

Эффект от внедрения системы

Благодаря внедрению системы управления гидроприводом на базе контроллера FX3G, разработанной компанией ООО «Интеллектуальный дом», специалисты заказчика получили возможность эксплуатировать фонд скважин в оптимальном с технологической точки зрения режиме. При этом регулировка числа качаний в минуту осуществляется оперативно как по месту через сенсорную панель оператора, так и удаленно через систему диспетчеризации. Применение рекуперативного преобразователя частоты FR-A741 в системе управления гидросистемой позволило получить эффект по энергосбережению до 40 % по сравнению с обычными балансирными станками-качалками, работающими в периодическом режиме эксплуатации.