Система управления гидравлическим приводом штангового глубинного насоса (ШГН)

Заказчик: ОАО “Оренбургнефть”

Объект: Добывающие скважины Пронькинского месторождения ЦДНГ№1 ОАО “Оренбургнефть”

Описание технологического объекта

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 программируемый логический контроллер 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 преобразователя частоты серии FR-A741-55кВт. Шкаф управления оснащен сенсорной панелью оператора 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 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.