Отечественные контроллеры ШГН

 

Рассмотрим функциональные возможности контроллеров управления ШГН отечественной разработки. В данный обзор не вошли некоторые уже морально устаревшие контроллеры, а также контроллеры, не получившие широкого распространения и оставшиеся опытными образцами.

Станция управления «Интел-СУС» (ЗАО «Линт», Казань), изображенная на рис. 2.6, в комплекте с контроллером «Телебит» и датчиками динамометрирования ДДС – 04 имеет практически аналогичные импортным системам функциональные возможности и представляет собой законченное изделие. Система комплектуется программным обеспечением на всех уровнях.

Помимо датчиков динамометрирования к контроллеру подключаются датчики ваттметрирования для контроля энергетических параметров: токов и напряжений по каждой фазе, активной и реактивной мощности, коэффициента мощности, проведения технического учета электроэнергии и построения ваттметрограмм.

 

Рис. 2.6. Контроллер «Телебит» в составе станции управления «Интел-СУС»

производства ЗАО «Линт» (Казань)

 

 

Широкое применение на промыслах Татарстана получили контроллеры «Мега» (НПФ «Интек», Уфа), рис. 2.7. Настоящие контроллеры работают как с датчиками динамометрирования собственной разработки, так и с ДДС-04.

 

Рис. 2.7. Контролируемый пункт скважины «Мега» (НПФ «Интек», Уфа)

 

Функционально контроллер аналогичен описанным выше, система комплектуется собственным программным обеспечением. Часть скважин не оборудована датчиками положения, определение начала хода штока производится путем математического анализа графика изменения усилия.

На рис. 2.8 показан контроллер телемеханики скважины КTC.1 (НПО «Интротест», Екатеринбург). Контроллер телемеханики скважины предназначен для телемеханизации посредством радиоканала отдельно стоящих нефтедобывающих скважин, расположенных в радиусе до 6 км от кустовых площадок. При этом кустовой контроллер системы телемеханики будет являться управляющим контроллером.

Контроллер телемеханики скважины состоит из трех блоков:

 

1) микроконтроллер А812-01;

 

2) радиомодем "Невод - 5";

 

3) блок питания БП24В/20W/DIN.

 

Контроллер комплектуется антенной диапазона 433 МГц, тип которой выбирается в зависимости от условий применения.

К контроллеру подключается динамограф СДА-10-ШГН производства НПО «Интротест», устанавливаемый между траверсами канатной подвески и имеющий форму замкнутого кольца. Выходные сигналы динамографа по каналам измерения усилия и ускорения заводится в контроллер как аналоговые токовые сигналы 4-20 мА.

Следует отметить, что используемый в контроллере микропроцессор ADuC812 на сегодняшний день морально устарел, и его мощность не позволяет в достаточной степени реализовать на месте какие-либо функции анализа режима работы и управления ШГН.

Рис. 2.8. Контроллер телемеханики скважины КTC.1

(НПО «Интротест», Екатеринбург)

 

Определенных успехов достигли и разработчики контроллера «Орион» («Аякс», Ульяновск). Указанные контроллеры на сегодняшний день наиболее приспособлены для совместной работы с элементами системы ДДС-04 в плане сбора и представления информации. Формирование массива динамограммы происходит непосредственно в самом датчике динамографа, контроллеру нужно лишь периодически считывать массив из памяти датчика по цифровому протоколу «Modbus-RTU». В датчике реализована функция сравнения динамограмм, и если форма динамограммы не изменилась, передача массива не требуется, что освобождает каналы связи.

Программное обеспечение системы телемеханики позволяет отправлять измеренные динамограммы и рассчитанные данные по дебиту в корпоративную систему «Армитс», охватывающую все нефтегазодобывающие предприятия ОАО «Татнефть».

Примером законченной отечественной системы автоматизации установки ШГН является станция управления АСУС-02 НПФ «Экос» (рис. 2.9). Автоматизированная станция АСУС-02 имеет силовую часть, специализированный контроллер, выполненный на 16-ти разрядном RISC-процессоре, и радиостанцию, обеспечивающую связь с диспетчерским пунктом.

 

Рис.2.9. Станция управления АСУС-02 производства НПФ «Экос» (Уфа)

 

Отличительной особенностью станции управления АСУС-02 является то, что в ней реализовано ваттметрирование с отлаженным алгоритмом определения таких характеристик как: перегрузка по току, отклонение напряжения от нормы, перекос фаз, отклонение частоты питающего напряжения, коэффициента гармоник, коэффициента мощности, обрыв и проскальзывание ремней, биение в редукторе, разбаланс противовесов, и других. Станция укомплектовывается также элементами систем динамометрирования ДДС-04. Возможность станции управления АСУС-02 совмещать функции ваттметрирования и динамометрирования является важным достоинством, поскольку повышает достоверность диагностики режима работы установки и выявления неисправностей.

Кроме перечисленных выше, станция управления АСУС-02 обладает следующими возможностями:

 

- точная автоматизированная балансировка станка-качалки;

- подсчет потребленной электроэнергии;

 

- определение производительности скважинной установки по динамограмме;

- оценка динамики изменения дебита скважины;

- часовой (за последние 24 часа) и суточный (за последние 30 суток) архивы дебита;

- автоматическое управление откачкой в периодическом режиме;

- программируемая задержка автоматического включения при пропадании напряжения в сети;

- автоматическое выключение при аварийных ситуациях;

- построение динамограмм расчетным и экспериментальным способами;

- графики изменения во времени параметров (тренды);

- отчеты текущего состояния и последнего аварийного отключения;

- интеграция в SCADA-системы.

 

Дополнительно в станцию может быть установлен контроллер расширения с 16 цифровыми и 8 аналоговыми входами, что позваляет подключать к станции дополнительную измерительную, исследовательскую, контрольную аппаратуру скважины и других обьектов и передавать всю эту информацию на диспетчерский пункт. В станцию управления может устанавливаться программируемая панель отображения с графическим жидкокристаллическим индикатором (320х240 точек) и 18-ти кнопочной клавиатурой. Обмен данными и загрузка специализированного программного обеспечения происходит через порт RS-485 по протоколу MODBUS.

На рис. 2.10 и 2.11 показаны соответственно ваттметрограмма сбалансированного станка-качалки и расчетная динамограмма. Данные получены на одной из скважин НГДУ «Арланнефть» в 2003 году. С помощью АСУС-02 разбаланс станков-качалок удалось снизить с 23-30% до 1%.

В таблице 2.2 делается сравнение характеристик отечественных контроллеров ШГН. По итогам сравнения можно сделать следующие выводы:

1. Большинство отечественных контроллеров работают с цифровыми датчиками динамометрирования ДДС-04 производства НПП «Грант».

2. Во многих системах предусмотрен контроль ваттметрограмм.

3. Практически все контроллеры не поддерживают управление частотным преобразователем.

4. В отечественных контроллерах отсутствуют встроенные средства ввода/вывода информации непосредственно на скважине – дисплеи и клавиатуры.

 

Рис. 2.10. Ваттметрограмма сбалансированного станка-качалки,

полученная с помощью АСУС-02 НПФ «Экос» (Уфа)

 

Рис. 2.11. Расчетная динамограмма,

полученная с помощью АСУС-02 НПФ «Экос» (Уфа)

Таблица 2.2

Сравнивая зарубежные и отечественные системы автоматизации ШГН можно заключить:

1. Выполняемые функции анализа динамограмм зарубежных и отечественных систем аналогичны, отличаются лишь алгоритмы их реализации.

2. В импортных системах используются пассивные датчики усилия. Практически все отечественные контроллеры работают с современными датчиками, имеющими цифровой либо токовый выходной сигнал.

3. В большинстве отечественных систем помимо динамометрирования производится еще контроль электрических параметров – ваттметрирование, тогда как в зарубежные контроллерах (например, фирмы Lufkin) эта функция, как правило, отсутствует.

4. В зарубежных контроллерах в большинстве случаев есть средства ввода и отображения информации непосредственно на объекте – графические дисплеи с клавиатурой. В отечественных разработках для настройки предусматривается подключение ноутбука (в станции управления АСУС-02 возможна установка специальной панели отображения информации).

5. В зарубежных контроллерах предусмотрена функция управления частотным регулятором – есть соответствующий выходной сигнал и заложены необходимые алгоритмы управления. Из отечественных разработчиков только фирма «Шатл» имеет опыт управления частотнорегулируемым электроприводом цепной установки. Очевидно, это объясняется тем, что в настоящее время стоимость частотных регуляторов является слишком высокой для массового оснащения ими всего фонда скважин.

6. Стоимость импортных систем существенно выше, чем стоимость отечественных разработок. Кроме того, при использовании отечественных станций управления все проблемы с ремонтом и модернизацией оборудования будут решаться значительно быстрее.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислитьрежимы работы контроллера SAM Well Manager фирмы Lufkin.

2. Совместно с какими датчиками динамометрирования работает контроллер SAM Well Manager.

3. Какие технологические параметры определяет контроллер SAM Well Manager по формируемой динамограмме?

4. Где устанавливается контроллер iBEAM?

5. Привести пример зарубежных «бездатчиковых» контроллеров?

 

ЗАДАНИЕ 3