Оптимизация множественных ограничений

В течение жизненного цикла скважины существуют ограничения, которые определяют предел добычи.

Однако в любой момент времени, добычу можно максимизировать, не уменьшая эффективности или надежности, принуждая систему работать на пределе добычи. Определение подходящих пределов областей работы и гладкое, равномерное переключение между ними в реальном времени — это ключевое преимущество системы Unico.

Моделирование всех системных элементов выполняется в реальном времени на устье скважины для определения подходящих пределов и осуществления взаимодействующей стратегии управления.

В разные моменты времени, система может быть ограничена: потреблением электроэнергии, крутящим моментом  колонны, давлением  на выкидной линии, уровнем  жидкости  или притоком  в скважину, а также напряжением, силой тока, скоростью вращения, крутящим  моментом редуктора, теплоемкостью  электромотора.

Оптимизация множественных ограничений особенно полезна для использования в режимах с изменчивыми притоками нефти, в таких как на метановых угольных пластах, в скважинах с высоким газовым фактором и при добычи с тепловым воздействием на скважину.

Сложное моделирование

Встроенные  математические модели привода, электромотора, забивной головки обсадной трубы, колонны, насоса, линии  текучести, насосно-компрессорной колонны, обсадной трубы, жидкости и резервуара используют спецификации компонентов и информацию об освоении скважины вместе с настроенными параметрами нефтяного месторождения для наблюдения над работой насосной системы. Процедура идентификации автоматически определяет системные параметры, зависящие от конкретной машины, включающие в себя электромотор, колонну и насос.

Модели собирают данные о термических, механических, электрических и гидравлических характеристиках системы, что позволяет более точно, чем когда либо, управлять работой  насосной системы.


Работа без датчиков

СУ приводом использует несколько уникальных методов для точного определения  эксплуатационных параметров моделей насосных элементов, не требуя наличия ни скважинных, ни внешних датчиков. Переменные бездатчиковый системы  включают: скорость и крутящий момент штанги, скорость и крутящий момент насоса, поток жидкости, уровень жидкости, давление всасывания, давление нагнетания и дифференциальное давление.

Все переменные можно наблюдать на дисплее привода или сохранить в виде круговой диаграммы или как диаграмму, зависящую от времени. Уровень жидкости, подача насоса и общая добыча могут отображаться в различных инженерных единицах.

Управление скоростью насоса

Станция управления предоставляет целый ряд опций для регулирования скорости насоса.

Команды скорости могут быть выбраны из нескольких источников, включая регулировки потенциометра, предварительные настройки клавиатуры, последовательную передачу данных и внутренние экстремальные регуляторы.

Параметры одно-, двух- и трехскоростного регулятора насоса позволяют самостоятельно настраивать движения вверх, ход вниз  и угловую скорость.

Изменения скорости могут быть также запрограммированы при правильно подобранном угле поворота коленчатого вала и позиции штанги. Регулятор угловой скорости Rotaflex автоматически вычисляет тормозной путь, получаемый от прямой до угловой скорости, а также точки для увеличения углов. Двигатель может работать с удвоенной скоростью при постоянной мощности.

Это позволяет полностью увеличить передаточное число, тем самым увеличить малооборотный крутящий момент, и вместе с тем выравнивая крутящий момент редуктора при высоких скоростях насоса.

Контроль Заполнения Насоса

Станция управления точно определяет и регулирует процент заполнения насоса без необходимых отдельных датчиков или контрольного оборудования.

Вместо того, чтобы полностью остановить насос во время неполадок, СУ устанавливает скорость подъема и спуска таким образом, чтобы поддерживать заданное значение заполнения и максимизировать производительность. Это позволяет насосу автоматически приспосабливаться к изменению параметров притока скважины.

Этот регулятор исключает удар насоса по жидкости, уменьшает пиковую нагрузку штанги, защищает от проникновения песка, устраняет нагрузки связанные с циклом старт/стоп и улучшает продуктивность насоса за счет уменьшения вязкого трения.

Датчик отключения позволяет насосу делать перерыв для программируемого периода в скважинах с низким притоком. Длительность минимальной скорости насоса может быть оптимизирована, для того чтобы избежать попадания песка в скважину.

Контроль Нагрузки Штанги

Вычислитель колонны насосных штанг устанавливает нагрузку штанги и параметры резонанса для различных конфигураций штанг: непрерывных, сдвоенных, прямых и  конических.

Нагрузка штанги корректируется для скважин с отклонениями и автоматически определяется для трения штанг. Мониторы штанги и насоса непрерывно измеряют и показывают нагрузки полированного штока и забойного насоса, скорости и положения.

Усилие штанги может быть измерено непосредственно датчиком напряжений или с использованием внутреннего компьютера, без необходимости измерения внешними приборами.

Ограничители нагрузки штанги автоматически регулируют скорость движения вниз, чтобы избежать всплытия штанги,  поддерживая минимальную нагрузку штанги и максимизируя производительность. Чтобы уменьшить нагрузку на штангу, можно заранее задать независимые ограничители минимальной и максимальной нагрузки штанги.

Чтобы сдерживать колебательные изменения силы движения штанги и улучшить эффективность насосной системы можно использовать гашение нагрузки на  штангу без необходимости использования специальных предельных нагрузок на штангу.

Контроль Разделительной Подвески Насосных Штанг

Ограничитель разделительной подвески насосных штанг предотвращает всплывание штанги при помощи автоматической установки скорости движения вниз при минимальной нагрузке штанги.

Ограничительный выключатель может быть использован для определения разделительной подвески насосных штанг для автоматической коррекции скорости насоса и записи событий.

Генератор динамограммы

Определитель крутящего момента двигателя и конфигурация насосной установки используются вместо датчиков напряжений для вычерчивания фактических динамометрических графиков поверхности, используя как персональный компьютер, так и компьютеры типа Palm. Нет необходимости во внешних датчиках напряжения.

Станция управления также подсчитывает число ходов поршня забойного насоса и подачи насоса.

Расчетная площадь и динамометрические графики  могут применяться для диагностики скважин и неисправностей насоса на рабочей площадке.

Мониторинг и Контроль Мощности

Станция управления предоставляет подробную информацию по использованию энергии в насосной системе, включая входную мощность системы, выходную мощность двигателя, мощность полированного штока и мощность подъема насоса.

Измеритель входной мощности отображает потребление кумулятивной энергии, в то время как дисплей продуктивности насосной системы показывает эффективность использования подводимой энергии для производства полезной подъемной работы.

Пиковые и регенеративные ограничители мощности позволяют сохранять максимальную и регенеративную мощность, подаваемую приводом.

Можно использовать регулятор потока мощности, чтобы выравнивать поток мощности, уменьшить механическое напряжение коробки передач и увеличить продуктивность насосной системы, без особых ограничений мощности насоса.

Оптимизатор потока мощности может быть использован, чтобы увеличить до предела производительность в условиях с переменным притоком при максимальной теплоемкости привода и двигателя.

Специальные условия оптимизируют работу от генератора и солнечных батарей.

Мониторы Продуктивности

Монитор подачи насоса предоставляет постоянный подсчет подачи без необходимости дополнительных приборов.

Скорость насоса и фактический объем насоса используются для подсчета фактической нормы выработки. Подача насоса суммируется в восстанавливающемся аккумуляторе продуктивности.

Подсчитанная продуктивность скважины отображается для оператора и доступна для мониторинга с отдаленных скважин посредством ряда коммуникационных портов.

Контроль уровня жидкости

Контроль уровня жидкости обеспечивает непрерывную оценку уровня напора насоса, характеристики жидкости, давление колонны и давление обсадной трубы.

При относительно неизменных давлениях, давления колонны и обсадной трубы выставляются как параметры и при значительных колебаниях давления параметры считываются с аналоговых датчиков.

Мониторинг редуктора и ограничители

Мониторинг положения кривошипа обеспечивает непрерывное чтение угла коленчатого вала. Угол поворота коленчатого вала определяется датчиком приближения, ограничителем, или инклинометром. Крутящий момент редуктора отслеживается и может быть ограничен для защиты от повреждения при условиях перегрузки.

Монитор пояса скольжения определяет и сообщает о чрезмерном соскальзывании или поломке ременного привода.

Контроллер пускового момента устраняет пусковые токи и продлевает срок службы системы за счет уменьшения воздействия, связанного с запуском насоса.

Монитор Противовеса

Монитор противовеса определяет имеющийся показатель противовеса и предупреждает проблемы, связанные с противовесом.

Помощник позволяет легко настроить противовесы, чтобы минимизировать стресс на редукторе и потребление энергии.

Автоматический перезапуск

Для обеспечения беспрерывной работы отдаленных скважин, станция управления способна автоматически восстанавливать систему после сбоя и скачкообразного нарушения энергоснабжения.

События Запуск/Стоп автоматически регистрируются в журнале для дальнейшего изучения.

Сбор данных

Устройство взятия замеров собирает данные в режиме реального времени и генерирует графики характеристик мотора, штанги и насоса, а также чертит диаграмму производительности.

В журнал автоматически записываются предупреждения, сообщения о сбоях, событиях с привязкой по времени для последующего их считывания через клавиатурный блок и дисплей, сетевой сервер, а также возможна загрузка в персональный компьютер.

Типичные события включают: старт, стоп, изменение режима работы, повышение/понижение мощности, перенапряжение, сверхток и др. Периодически записываются наполнение и скорость насоса.

Обмен данными

Несколько стандартных серийных протоколов обеспечивают связь с распространенными программируемыми контроллерами, персональными компьютерами и сетевыми серверами.

Среди доступных протоколов имеется ANSI, Modbus RTU, Modbus Plus, ControlNet, Profibus and Ethetnet. Дополнительное программное обеспечение(ПО) доступно для мониторинга насосных систем, используя портативные устройства типа Palm, персональные компьютеры и сетевые серверы на базе оперативной системы Windows.

Возможность беспроводного интерфейса позволяет дистанционный мониторинг работы системы и контроль над работой насоса.

Программируемые пользователем отчеты могут быть созданы при помощи ПО,  связывающего системные параметры с электронной таблицей Excel.

Системное Моделирование

Симулятор насосной системы позволяет задать фактические или гипотетические параметры настройки насосной системы, которые будут оцениваться в широком диапазоне условий эксплуатации. Моделирование может работать на месторождении с помощью драйвера без фактического запуска  двигателя или с помощью эмулятора на компьютере Unico.

По материалам сайта: http://www.unicorus.com