RU2370673C1 - System to control submerged electrically driven centrifugal pump - Google Patents
System to control submerged electrically driven centrifugal pump Download PDFInfo
- Publication number
- RU2370673C1 RU2370673C1 RU2008110593/06A RU2008110593A RU2370673C1 RU 2370673 C1 RU2370673 C1 RU 2370673C1 RU 2008110593/06 A RU2008110593/06 A RU 2008110593/06A RU 2008110593 A RU2008110593 A RU 2008110593A RU 2370673 C1 RU2370673 C1 RU 2370673C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- centrifugal pump
- dynamic
- filter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы после проведения подземного ремонта.The invention relates to oil production control systems and can be used to output wells equipped with an electric centrifugal pump installation to a stationary mode of operation after an underground repair.
Наиболее близкой по технической сущности является система управления электроцентробежным насосом, реализующая способ вывода скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса с частотно-регулируемым приводом, на стационарный режим работы (см. патент Российской Федерации №2181829, опубл. 27.04.2002, Бюл. №12), содержащая блок задания диаграммы динамического уровня жидкости в скважине, блок сравнения, блок расчета частоты питающего напряжения, частотный преобразователь, погружной электроцентробежный насос и датчик динамического уровня жидкости в скважине.The closest in technical essence is the control system of an electric centrifugal pump, which implements a method for outputting a well equipped with an electric centrifugal pump with a variable frequency drive, to a stationary mode of operation (see patent of the Russian Federation No. 2181829, publ. 04/27/2002, Bull. No. 12) comprising a block for specifying a dynamic fluid level diagram in a well, a comparison unit, a unit for calculating the frequency of the supply voltage, a frequency converter, a submersible electric centrifugal pump, and a dynamic sensor ovnya fluid downhole.
Недостатком наиболее близкой системы управления погружным электроцентробежным насосом является то, что для технической реализации блока задания диаграммы динамического уровня, блока сравнения и блока расчета частоты питающего напряжения необходимо использовать программируемый контроллер. Это усложняет техническую реализацию и, как следствие, снижает надежность системы управления погружным электроцентробежным насосом.A drawback of the closest submersible electric centrifugal pump control system is that it is necessary to use a programmable controller for the technical implementation of the dynamic level diagram setting unit, the comparison unit and the unit for calculating the supply voltage frequency. This complicates the technical implementation and, as a result, reduces the reliability of the control system of a submersible electric centrifugal pump.
Сущность изобретения заключается в том, что в систему управления погружным электроцентробежным насосом, содержащую блок задания динамического уровня жидкости, датчик динамического уровня жидкости, частотный преобразователь, погружной электроцентробежный насос, причем выход частотного преобразователя подключен к погружному электроцентробежному насосу, введены первый и второй апериодические фильтры и пропорционально-интегральный регулятор, причем выход блока задания динамического уровня жидкости соединен с входом первого апериодического фильтра, выход которого соединен с первым входом пропорционально-интегрального регулятора, выход датчика динамического уровня жидкости соединен с входом второго апериодического фильтра, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-интегрального регулятора, выход которого соединен с входом частотного преобразователя.The essence of the invention lies in the fact that in the control system of a submersible electric centrifugal pump, comprising a unit for setting a dynamic liquid level, a sensor of a dynamic liquid level, a frequency converter, a submersible electric centrifugal pump, the output of the frequency converter being connected to a submersible electric centrifugal pump, the first and second aperiodic filters are introduced and proportional-integral controller, and the output of the unit for setting the dynamic fluid level is connected to the input of the first aperiod Cesky filter whose output is connected to a first input of a proportional-integral regulator, the dynamic fluid level sensor output is connected to the input of the second aperiodic filter whose output is connected to a second input of a proportional-integral regulator, whose output is connected to the input of the inverter.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между блоками устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить техническую реализацию системы управления погружным электроцентробежным насосом и повысить надежность ее работы.Significant differences are expressed in the new set of connections between the blocks of the device. The specified set of connections allows us to simplify the technical implementation of the control system of a submersible electric centrifugal pump and increase the reliability of its operation.
На фиг.1 представлена функциональная схема системы управления погружным электроцентробежным насосом; на фиг.2 изображен примерный график изменения динамического уровня жидкости в скважине; на фиг.3 приведен график переходного процесса в предлагаемой системе управления погружным электроцентробежным насосом.Figure 1 presents a functional diagram of a control system for a submersible electric centrifugal pump; figure 2 shows an exemplary graph of changes in the dynamic fluid level in the well; figure 3 shows a graph of the transition process in the proposed control system of a submersible electric centrifugal pump.
Система управления (фиг.1) погружным электроцентробежным насосом содержит блок 1 задания динамического уровня жидкости, апериодические фильтры 2 и 3, датчик 4 динамического уровня жидкости, пропорционально-интегральный регулятор 5, частотный преобразователь 6, погружной электроцентробежный насос 7.The control system (Fig. 1) of a submersible electric centrifugal pump contains a unit 1 for setting a dynamic liquid level, aperiodic filters 2 and 3, a sensor 4 for a dynamic liquid level, a proportional-integral controller 5, a frequency converter 6, a submersible electric centrifugal pump 7.
Выход блока 1 задания динамического уровня жидкости соединен с входом апериодического фильтра 2, выход которого соединен с первым входом пропорционально-интегрального регулятора 5. Выход датчика 4 динамического уровня жидкости соединен с входом апериодического фильтра 3, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-интегрального регулятора 5. Выход пропорционально-интегрального регулятора 5 соединен с входом частотного преобразователя 6, к выходу которого подключен погружной электроцентробежный насос 7.The output of the dynamic fluid level setting unit 1 is connected to the input of the aperiodic filter 2, the output of which is connected to the first input of the proportional-integral controller 5. The output of the dynamic fluid level sensor 4 is connected to the input of the aperiodic filter 3, the output of which is connected to the second input of the proportional-integral controller 5 The output of the proportional-integral controller 5 is connected to the input of the frequency converter 6, the output of which is connected to a submersible electric centrifugal pump 7.
Блок 1 задания динамического уровня жидкости, апериодические фильтры 2 и 3, пропорционально-интегральный регулятор 5 и частотный преобразователь 6 могут быть реализованы, например, на преобразователе MICROMASTER 440 фирмы Сименс с помощью его внутренних функциональных возможностей. В частности, параметром Р2200 может быть разрешено использование, например, пропорционально-интегрального регулятора, параметрами Р2201 и Р2253 формируется фиксированное задание регулятору, параметром Р2261 - постоянная времени фильтра задания, параметром Р2264 - источник обратной связи для регулятора, например аналоговый вход, параметром Р2265 - постоянная времени фильтра обратной связи, параметром Р2280 - коэффициент усиления регулятора, параметром Р2285 - постоянная времени интегрирования регулятора. В качестве датчика 4 динамического уровня жидкости может быть использован, например, стационарный эхолот Микон-801. В качестве погружного электроцентробежного насоса 7 может быть использована, например, установка УЭЦНМ5-80-1200 с повышающим трансформатором, согласующим выходное напряжение частотного преобразователя с напряжением на статорных обмотках погружного электродвигателя, входящего в состав электроцентробежного насоса.The unit 1 sets the dynamic fluid level, aperiodic filters 2 and 3, proportional-integral controller 5 and frequency converter 6 can be implemented, for example, on the MICROMASTER 440 converter from Siemens using its internal functionality. In particular, parameter P2200 can allow the use of, for example, a proportional-integral controller, parameters P2201 and P2253 form a fixed reference for the controller, parameter P2261 - the time constant of the reference filter, parameter P2264 - the feedback source for the controller, for example, an analog input, parameter P2265 - feedback filter time constant, parameter P2280 - controller gain, parameter P2285 - controller integration time constant. As a sensor 4 of the dynamic liquid level, for example, the stationary Micon-801 echo sounder can be used. As a submersible electric centrifugal pump 7, for example, a UETSNM5-80-1200 installation with a step-up transformer matching the output voltage of the frequency converter with the voltage on the stator windings of the submersible electric motor that is part of the electric centrifugal pump can be used.
Система управления погружным электроцентробежным насосом работает следующим образом. По результатам предыдущего освоения данной скважины строят график изменения динамического уровня жидкости в скважине (фиг.2). На фиг.2 представлен график изменения динамического уровня жидкости скважины 67 Кудиновского месторождения внутренним диаметром 126 мм, оборудованной установкой УЭЦН5-80-1200, спущенной на насосно-компрессорных трубах наружным диаметром 73 мм. На вход пропорционально-интегрального регулятора 5 через апериодический фильтр 2 подают сигнал, соответствующий требуемой величине динамического уровня жидкости в скважине. Для рассматриваемого примера динамический уровень жидкости должен застабилизироваться на отметке 935 м. Этот задающий сигнал выполняет функцию блока 1 задания динамического уровня жидкости. После включения системы управления на входе частотного преобразователя 6 начинает формироваться сигнал в соответствии с передаточными функциями апериодического фильтра 2 и пропорционально-интегрального регулятора 5. Частотный преобразователь 6 заставляет вращаться асинхронный электродвигатель погружного электроцентробежного насоса 7, в результате чего происходит отбор жидкости из затрубного пространства скважины, и динамический уровень начинает изменяться. Датчик 4 динамического уровня измеряет фактическую величину уровня жидкости в скважине и подает сигнал, пропорциональный этой величине, на вход обратной связи пропорционально-интегрального регулятора 5 через апериодический фильтр 3. Пропорционально-интегральный регулятор 5 вычисляет разность входного сигнала и сигнала обратной связи и в соответствии с параметрами своей передаточной функции опять же формирует сигнал управления частотному преобразователю 6. Далее работа системы управления погружным электроцентробежным насосом продолжается, и скважина автоматически выходит на стационарный режим работы.The control system of a submersible electric centrifugal pump operates as follows. According to the results of the previous development of this well, a graph of the change in the dynamic level of the liquid in the well is constructed (Fig. 2). Figure 2 presents a graph of the dynamic fluid level of the well 67 of the Kudinovskoye field with an internal diameter of 126 mm, equipped with a UETsN5-80-1200 installation, lowered on tubing with an external diameter of 73 mm. At the input of the proportional-integral controller 5 through an aperiodic filter 2, a signal corresponding to the required value of the dynamic fluid level in the well is supplied. For the considered example, the dynamic liquid level should stabilize at around 935 m. This driving signal serves as a unit 1 for setting the dynamic liquid level. After turning on the control system at the input of the frequency converter 6, a signal begins to form in accordance with the transfer functions of the aperiodic filter 2 and the proportional-integral controller 5. The frequency converter 6 causes the induction motor of the submersible electric centrifugal pump 7 to rotate, as a result of which fluid is taken from the annulus of the well, and the dynamic level starts to change. The dynamic level sensor 4 measures the actual value of the liquid level in the well and sends a signal proportional to this value to the feedback input of the proportional-integral controller 5 through an aperiodic filter 3. The proportional-integral controller 5 calculates the difference between the input signal and the feedback signal and, in accordance with the parameters of its transfer function again generates a control signal to the frequency converter 6. Next, the operation of the control system of a submersible electric centrifugal pump continues aetsya and well automatically goes to stationary mode.
Для того чтобы фактический график изменения динамического уровня жидкости при выводе скважины на стационарный режим совпал с желаемым, например, приведенным на фиг.2, параметры передаточных функций апериодических фильтров 2 и 3 и пропорционально-интегрального регулятора 5 должны выбираться из следующих соотношений. Постоянные времени апериодических фильтров 2 и 3In order for the actual schedule of changes in the dynamic fluid level when the well is brought to a stationary mode to coincide with the desired one, for example, shown in Fig. 2, the parameters of the transfer functions of the aperiodic filters 2 and 3 and the proportional-integral controller 5 should be selected from the following relations. Time constants of aperiodic filters 2 and 3
где коэффициенты а0 и а1 находятся, например, из решения системы уравненийwhere the coefficients a 0 and a 1 are found, for example, from the solution of the system of equations
Первая 
где Т - период между соседними измерениями динамического уровня. Установившееся значение Нуст динамического уровня жидкости и его значение в i-момент времени H(i) также определяются из графика. Коэффициент передачи, пропорциональной части регулятора 5, определяется по формулеwhere T is the period between adjacent measurements of the dynamic level. The steady -state value of H mouth of the dynamic liquid level and its value at the i-moment of time H (i) are also determined from the graph. The transmission coefficient, proportional to the part of the regulator 5, is determined by the formula
Постоянную времени интегрирования регулятора 5 вычисляют из соотношенияThe integration time constant of controller 5 is calculated from the relation
Здесь g - ускорение свободного падения. Коэффициенты передачи силового преобразователя kcn и асинхронного электродвигателя k∂у3 принимаются равными единице. Коэффициент передачи центробежного насоса kнас рассчитывается по его гидравлической характеристике. Коэффициент продуктивности пласта knp и усредненная плотность ρ жидкости в скважине определяются по результатам предыдущего освоения. Площадь затрубного пространства вычисляется по формулеHere g is the acceleration of gravity. The transmission coefficients of the power converter k cn and the induction motor k ∂u3 are taken to be equal to unity. The gear ratio of a centrifugal pump k us is calculated by its hydraulic characteristic. The reservoir productivity coefficient k np and the average density ρ of the fluid in the well are determined by the results of the previous development. The area of the annulus is calculated by the formula
где dк - внутренний диаметр эксплуатационной колонны; dнкт - наружный диаметр насосно-компрессорных труб.where d to - the inner diameter of the production casing; d tubing - the outer diameter of the tubing.
Для рассматриваемого примера скважины 67 Кудиновского месторождения и фиг.2 рассчитаны все приведенные выше параметры: kcn=1; kДУ3=1; kнас=2,949·10-6 м3/рад;For the considered example of well 67 of the Kudinovskoye field and figure 2, all the above parameters are calculated: k cn = 1; k DN3 = 1; k us = 2.949 · 10 -6 m 3 / rad;
knp=1,0275·10-10 м3/с·Па; ρ=900 кг/м3; g=9,81 м/с2; dк=0,126 м; dнкт=0,073 м; Sз=0,0083 м2;k np = 1.0275 · 10 -10 m 3 / s · Pa; ρ = 900 kg / m 3 ; g = 9.81 m / s 2 ; d k = 0.126 m; d tubing = 0.073 m; S s = 0.0083 m 2 ;
Нуст=935 м; Н(3)=470 м; Н(4)=573 м; 
Отсюда следуют требуемые настройки апериодических фильтров 2 и 3 и пропорционально-интегрального регулятора 5: Тф=618 с; kn=1,031; Тu=8874 с.From here follow the required settings of the aperiodic filters 2 and 3 and the proportional-integral controller 5: T f = 618 s; k n = 1,031; T u = 8874 s.
Моделирование системы управления погружным электроцентробежным насосом в программной среде «MATLAB SIMULINK» и построение графика переходного процесса (фиг.3) показывает, что в системе наблюдается изменение динамического уровня жидкости, близкое к требуемому, представленному на фиг.2. Максимальная динамическая погрешность составляет 4,2% от установившегося значения. Статическая точность определяется только погрешностью датчика динамического уровня, поскольку в системе применен астатический пропорционально-интегральный регулятор, компенсирующий все помехи, действующие после его выхода.Modeling the control system of a submersible electric centrifugal pump in the MATLAB SIMULINK software environment and constructing a transient graph (Fig. 3) shows that a change in the dynamic level of the liquid is observed in the system, close to the required one, shown in Fig. 2. The maximum dynamic error is 4.2% of the steady-state value. Static accuracy is determined only by the error of the dynamic level sensor, since the system uses an astatic proportional-integral controller that compensates for all the interference that occurs after its output.
Таким образом, предложенная система управления погружным электроцентробежным насосом позволяет упростить техническую реализацию и повысить надежность работы за счет соответствующего использования функциональных возможностей серийно выпускаемых частотно-регулируемых электроприводов.Thus, the proposed control system of a submersible electric centrifugal pump makes it possible to simplify the technical implementation and increase the reliability of operation due to the corresponding use of the functionality of the commercially available frequency-controlled electric drives.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008110593/06A RU2370673C1 (en) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | System to control submerged electrically driven centrifugal pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008110593/06A RU2370673C1 (en) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | System to control submerged electrically driven centrifugal pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2370673C1 true RU2370673C1 (en) | 2009-10-20 |
Family
ID=41263002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008110593/06A RU2370673C1 (en) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | System to control submerged electrically driven centrifugal pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2370673C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487290C1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Oil air cooling device control system |
| RU2501980C1 (en) * | 2012-08-13 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System of control of submersible electric centrifugal pump and group pumping station |
| RU2525040C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System for controlling oil air cooling apparatus |
| RU2532090C2 (en) * | 2013-02-22 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Adaptive control system of oil air cooling unit |
| RU2604473C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | System for controlling submersible centrifugal pump and cluster pump station |
| RU2605871C1 (en) * | 2015-06-08 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Submersible electric-centrifugal pump control system |
| RU2825919C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-09-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Submersible centrifugal pump control system |
-
2008
- 2008-03-19 RU RU2008110593/06A patent/RU2370673C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2487290C1 (en) * | 2012-01-18 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Oil air cooling device control system |
| RU2501980C1 (en) * | 2012-08-13 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System of control of submersible electric centrifugal pump and group pumping station |
| RU2525040C1 (en) * | 2012-12-14 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | System for controlling oil air cooling apparatus |
| RU2532090C2 (en) * | 2013-02-22 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Adaptive control system of oil air cooling unit |
| RU2605871C1 (en) * | 2015-06-08 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | Submersible electric-centrifugal pump control system |
| RU2604473C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" | System for controlling submersible centrifugal pump and cluster pump station |
| RU2825919C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-09-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Submersible centrifugal pump control system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2370673C1 (en) | System to control submerged electrically driven centrifugal pump | |
| AU2012283132C1 (en) | Estimating fluid levels in a progressing cavity pump system | |
| US8080950B2 (en) | Induction motor torque control in a pumping system | |
| EP2255066B1 (en) | Cable loss compensation in an electrical submersible pump system | |
| RU2341004C1 (en) | System of electroloading centrifugal pump control | |
| WO2014147118A1 (en) | Method and system for damping vibrations in a tool string system | |
| CN104251202B (en) | Offset the control system of fluctuation method for implanting and device and pump | |
| CN103219940A (en) | Suppression method of electromotor vibration | |
| US9920603B2 (en) | Method of operating a well using a pump assembly with a variable-frequency drive | |
| RU2442024C2 (en) | Electrical submersible pump control system | |
| AU2009258025B2 (en) | System, method and program product for cable loss compensation in an electrical submersible pump system | |
| US9835160B2 (en) | Systems and methods for energy optimization for converterless motor-driven pumps | |
| RU2380521C2 (en) | Method of oil withdrawal from high gas content well and electroloading equipment for it | |
| RU2250357C2 (en) | Method for operating well by electric down-pump with frequency-adjusted drive | |
| RU2303715C1 (en) | Submersible electric pumping unit | |
| RU2604473C1 (en) | System for controlling submersible centrifugal pump and cluster pump station | |
| RU2285155C1 (en) | Oil-well pumping unit | |
| RU2501980C1 (en) | System of control of submersible electric centrifugal pump and group pumping station | |
| RU2677313C1 (en) | Oil well operation method by the electric centrifugal pump unit | |
| RU2825919C1 (en) | Submersible centrifugal pump control system | |
| RU2322571C1 (en) | Method for dynamic well operation with the use of electric pump with variable-frequency drive | |
| RU2299973C1 (en) | Well operation regime control method for well with pumping plant provided with electric drive | |
| RU2605871C1 (en) | Submersible electric-centrifugal pump control system | |
| RU2540204C2 (en) | Electrically driven pump | |
| RU2064194C1 (en) | Device to model system "motor-pump-pipe-line" |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100320 |