2.2 Станция управления ШЕРП-6000 для станков-качалок

Станция управления штанговыми глубинно-насосными установками (СУШГНУ) любых типов. Предназначена для управления приводным электродвигателем станка-качалки, автоматического регулирования режима работы и защиты приводного и технологического оборудования ШГНУ. Основана на базе преобразователя частоты РЭН 2Н. Мощность 5,5 - 75 кВт.

Рисунок 18 - Станция управления типа ШЕРП

Впервые в технологии нефтедобычи возможность качественного улучшения экономических, технологических и эксплуатационных показателей предприятий, использующих штанговые глубинно насосные установки.

Увеличение нефтедобычи до полной (или - целесообразной) реализации добычных возможностей скважины. Рост продуктивности обеспечивается увеличением заполнения плунжера пластовой жидкостью до максимального значения путем автоматического формирования оптимального закона изменения частоты качания в пределах цикла при автоматически устанавливаемой частоте качания,

а также за счет увеличения коэффициента подачи насоса на 5ё6%. Коэффициент заполнения достигает 75ё90% против существующего 40ё50%.

Исключение аварий наземного и подземного скважинного оборудования - наличие полной информации о режиме работы оборудования позволяет максимально быстро реагировать на превышение нагрузки на балансире, зависание штанг, обрыв штанг в нижней части колонны, изменение динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, возникновение парафиновых пробок в НКТ, а также защищать приводное оборудование ШГНУ от любых нештатных ситуаций.

Увеличение срока службы механического оборудования скважины за счет автоматического снижения динамической составляющей и ограничения суммарной нагрузки на балансире, как следствие, нагрузки узлов и механизмов скважинного оборудования, исключение многих потенциальных аварий; исключения ударов в механическом оборудовании при каждом пуске и самозапуске двигателя и при проведении пуско-наладочных работ.

Снижение удельного энергопотребления - до 40% и более за счет увеличения общего КПД ШГНУ при увеличении коэффициента заполнения насоса, а также полного отсутствия потребления реактивной мощности из питающей сети при любой нагрузке на электродвигатель, что, к тому же, позволит отказаться от использования косинусных конденсаторных батарей компенсации cosц.

Упрощение и снижение объема эксплуатационных и ремонтных работ нефтедобывающих предприятий на скважинном оборудовании за счет значительного упрощения монтажных и пусконаладочных работ, исключения или значительного сокращения потребности в обследованиях, резкого уменьшения объема работ по контролю и настройке режимов работы ШГНУ в процессе эксплуатации скважины с остановкой работающего оборудования, исключение необходимости в регулярном выезде бригад осмотра и контроля - в случае установки в РЭН 2Н канала передачи данных, что в совокупности обеспечивает сокращение эксплуатационных затрат на 30ё50%.

Любой уровень автоматизации - от наиболее простых (для одной скважины) вплоть до организации АСУТП нефтепромыслов по радиоканалу.

Таблица 8 - Сравнение станций управления ШГНУ по функциональным возможностям

Таблица 9 - Сравнение станций управления ШГНУ по диагностическим функциям

Таблица 10 - Сравнение станций управления ШГНУ по технологическим функциям

Таблица 11 - Сравнение станций управления ШГНУ по защитным функциям

Функциональные возможности.

- плавный безударный запуск приводного электродвигателя станка-качалки с программируемым временем разгона;

- плавный безударный самозапуск с программируемым временем задержки самозапуска после пропадания напряжения;

- бесступенчатое изменение числа качаний станка-качалки в автоматическом и ручном режиме от 0 до 200% номинального числа качаний;

- автоматическая самонастройка режима откачки с обеспечением максимального заполнения плунжерного насоса;

- регулирование скорости движения штанговой колонны от цикла к циклу и внутри цикла по любому заданному закону;

- автоматическая стабилизация динамического уровня скважины;

- автоматическое ограничение динамических усилий в станке-качалке и штанговой колонне;

- регулятор (ограничитель) нагрузки на балансире с широкими возможностями настройки;

- возможность реализации автоматической системы управления каждой ШГНУ, замкнутой по любому технологическому параметру (или по их совокупности);

- возможность точной балансировки (уравновешивания) кривошипно-балансирного механизма станка-качалки;

- возможность дистанционного управления режимом работы ШГНУ;

- обеспечение энергосберегающих функций;

- повышение энергетических показателей приводного оборудования (повышение cosj);

- возможность установки электродвигателя любого типа (в том числе высокоскоростных, с повышенным скольжением);

- возможность значительного снижения установленной мощности устанавливаемого электродвигателя;

- наращивание функциональности станции управления путем установки датчиков технологического параметра и смены программного обеспечения.

Защитные функции СУШГНУ.

Станция управления ШЕРП-6000 обладает наиболее широким набором защитных функций:

- максимальная токовая защита;

- защита от короткого замыкания в нагрузке;

- защита от обрыва/перекоса фаз питающего напряжения;

- защита от перегрева двигателя и станции управления;

- защита от обрыва или проскальзывания ремней;

- защита от превышения давления в выкидном трубопроводе;

- защита от заклинивания редуктора;

- защита от обрыва штанговой подвески;

- защита от обрыва штанг, в том числе в нижней части колонны;

- защита от зависания штанг (исключение зависания штанг);

- защита от недопустимого снижения динамического уровня.

Диагностические возможности.

Во время работы СУШГНУ ШЕРП-6000 доступна следующая информация о состоянии и режиме работы ШГНУ:

- состояние ШГНУ (работает/не работает);

- частота (длительность цикла) качания;

- текущий ток электродвигателя станка-качалки;

- текущая мощность электродвигателя станка-качалки;

- потребление электроэнергии за заданный период времени;

- текущий момент на валу кривошипа;

- текущая нагрузка на балансире (динамограмма);

- текущая коэффициент заполнения и хода насоса;

- текущее значение подачи штангового насоса (расчетное);

- определение неуравновешенности станка-качалки (коэффициент неуравновешенности).

Опционально в ШЕРП-6000 может быть установлен канал передачи данных (проводной или радиоканал). При этом появляется возможность использования ШЕРП-6000 в качестве нижнего звена АСУ ТП, что делает доступным всю информацию удаленным пользователям.

Коммуникационные возможности:

1. Входные сигналы пользователя:

- дискретные 0..24 В, гальванически развязанные - 8 шт.;

- аналоговые 0(4)...±20 мА, 0..±10 В, гальванически развязанные - 2 шт.

2. Выходные сигналы пользователя:

- дискретные 0..24 В, гальванически развязанные - 4 шт.;

- аналоговые 0(4)..±20 мА, 0..±10 В, гальванически развязанные - 2 шт.

Цифровые сигналы:

- RS232, стандартный СОМ-порт, гальванически развязанные - 2 канала;

- RS485, шинная реализация, гальванически развязанные - 3 канала, интерфейс Modbus RTU;

- CAN (опционально).

Таблица 12 - Технические характеристики станции управления станками-качалками ШЕРП-6000

Конструктивные особенности.

Станция управления ШЕРП-6000 конструктивно выполнена в виде шкафа (оболочки) напольного размещения. Шкаф ШЕРП-6000 разделен на два независимых отсека - коммутационный и силовой. В коммутационном отсеке размещается контакторная и коммутационная силовая аппаратура, токоограничивающий реактор (при необходимости). В силовом отсеке расположен преобразователь частоты, система управления и модуль контроля климата СУШГНУ.

Конструктивно составляющие силового отсека выполнены в виде съемных блоков. Во время замены блоков силового отсека двигатель станка-качалки может работать в нерегулируемом режиме с ручным управлением, выполняя все функции стандартного нерегулируемого блока управления. Места подключения штатных датчиков и проводной стыковки с АСУТП расположены в нижней части коммутационного отсека. Органы управления ШЕРП-6000 (кнопки, разъемы стыковки с ПК, разъемы подключения диагностического оборудования) и сигнализации (индикаторные лампы) вынесены на внешнюю часть двери силового отсека.

Таблица 13 - Габаритно-установочные размеры СУШГНУ ШЕРП-6000

В комплект поставки СУШГНУ ШЕРП-6000 входит:

- Шкаф СУШГНУ ШЕРП-6000 соответствующего типоразмера;

- Датчик положения ротора и кривошипа; Динамограф (1 шт. на партию 10-20 шт.);

- Переносное устройство управления (1 шт. на партию 10-20 шт.);

- Комплект программного обеспечения для платформы Windows;

- Комплект документации на ШЕРП-6000;

Рисунок 19- Станция управления типа ШЕРП

Процесс монтажа ШЕРП-6000 аналогичен монтажу стандартного блока управления без регулируемого электропривода. Процесс наладки максимально автоматизирован - производится автоматически средствами станции управления перед вводом в эксплуатацию на протяжении 10-15 минут. При выходе из строя модуля силовой части или системы управления замена на новый модуль может быть произведена на протяжении 20-30 минут силами неквалифицированного обслуживающего персонала.

Увеличение нефтедобычи до полной (или - целесообразной) реализации добычных возможностей скважины. Рост продуктивности обеспечивается увеличением заполнения плунжера пластовой жидкостью до максимального значения путем автоматического формирования оптимального закона изменения частоты качания в пределах цикла при автоматически устанавливаемой частоте качания, а также за счет увеличения коэффициента подачи насоса на 5-6%. Коэффициент заполнения достигает 75-90% против существующего 40-50%.

Исключение аварий наземного и подземного скважинного оборудования - наличие полной информации о режиме работы оборудования позволяет максимально быстро реагировать на превышение нагрузки на балансире, зависание штанг, обрыв штанг в нижней части колонны, изменение динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, возникновение парафиновых пробок в НКТ, а также защищать приводное оборудование ШГНУ от любых нештатных ситуаций

Увеличение срока службы механического оборудования скважины за счет автоматического снижения динамической составляющей и ограничения суммарной нагрузки на балансире.

Как следствие, нагрузки узлов и механизмов скважинного оборудования, исключение многих потенциальных аварий; исключения ударов в механическом оборудовании при каждом пуске и самозапуске двигателя и при проведении пуско-наладочных работ.

Снижение удельного энергопотребления - до 40% и более за счет увеличения общего КПД ШГНУ при увеличении коэффициента заполнения насоса, а также полного отсутствия потребления реактивной мощности из питающей сети при любой нагрузке на электродвигатель, что, к тому же, позволит отказаться от использования косинусных конденсаторных батарей компенсации cos(f)

Упрощение и снижение объема эксплуатационных и ремонтных работ нефтедобывающих предприятий на скважинном оборудовании за счет значительного упрощения монтажных и пусконаладочных работ, исключения или значительного сокращения потребности в обследованиях, резкого уменьшения объема работ по контролю и настройке режимов работы ШГНУ в процессе эксплуатации скважины с остановкой работающего оборудования, исключение необходимости в регулярном выезде бригад осмотра и контроля - в случае установки в РЭН 2Н канала передачи данных, что в совокупности обеспечивает сокращение эксплуатационных затрат на 30-50%.

Любой уровень автоматизации - от наиболее простых (для одной скважины) вплоть до организации АСУТП нефтепромыслов по радиоканалу.[7]