RU2493361C1

RU2493361C1 - Method for controlling multimachine complex of reservoir pressure maintenance system

Info

Publication number: RU2493361C1
Application number: RU2012107206/03A
Authority: RU
Inventors: Мустафа Кярамович Велиев; Валерий Валентинович Сушков
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-20
Also published as: RU2012107206A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: method implies drawing base head-capacity and energy curves for main and charging pumps and further on while in service by comparing continuously the head-capacity and energy curves to the reference for all the pumps of all the cluster pump stations (CPS) parallel-working for high-pressure water conduit system; that is followed by specifying an optimal number of simultaneous running main pumps with their head-capacity and energy curves to be matched within an optimal efficiency by changing a rotation frequency of their electric drives thereby avoiding throttle elements to be used. Additionally, an input and output pumpage temperature is measured, and a rotation frequency of the electric drives of the low-pressure charging pumps is adjusted herewith controlling specific energy consumption for all the main pumps. If the hydraulic and energy values appear to fall outside the limits of critical values for any main pump of all the parallel working CPS to be switched to a standby pump the technical characteristics of which enable matching the head-capacity curves of the main pumps within the optimal efficiency.

EFFECT: higher controllability of the technological pressure maintenance system, expanded range of the pump adjustment and more flexible reservoir stimulation, reduced specific energy consumption if it is necessary to maintain the energy curves of the pumps within the optimal efficiency.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано для управления технологической системой поддержания пластового давления (ППД) при разработке нефтяных месторождений, в частности насосами кустовых насосных станций (КНС).The invention relates to the field of oil production and can be used to control the technological system for maintaining reservoir pressure (RPM) in the development of oil fields, in particular pumps of cluster pumping stations (SPS).

Существующая технология закачек в системе ППД представляет собой совокупность кустовых насосных станций, водоводов, нагнетательных скважин, запорно-регулирующей арматуры, работающих с изменяющимися параметрами в тесной связи с технологическими системами добычи и подготовки нефти. Большинство нефтепромысловых насосных станций построено по схеме параллельной работы 4-6 однотипных центробежных насосов с приводом от нерегулируемых электрических двигателей переменного тока, а управление производительностью КНС для обеспечения требуемой подачи сводятся к применению дроссельных элементов на выходе насосов или в применении байпасных водоводов, соединяющих выходные и входные коллекторы КНС [Нормы технологического проектирования объектов сбора, транспорта, подготовки нефти, газа и воды нефтяных месторождений. ВНТП 3-85, МНП, 1985].The existing injection technology in the RPM system is a combination of well pumping stations, water conduits, injection wells, shut-off and control valves, working with changing parameters in close connection with technological systems for oil production and treatment. Most oil pumping stations are built according to the parallel operation scheme of 4-6 identical centrifugal pumps driven by uncontrolled AC electric motors, and control of the pumping station performance to ensure the required supply is reduced to the use of throttle elements at the pump output or in the use of bypass conduits connecting the output and input collectors KNS [Norms of technological design of facilities for the collection, transport, preparation of oil, gas and water of oil fields. VNTP 3-85, MNP, 1985].

Насосы КНС изготовляются и ремонтируются в разных условиях и с разным качеством. Время и условия эксплуатации насосов также могут различаться, что влечет ухудшение их гидравлических и энергетических характеристик. Потребляемая насосом мощность определяется режимом работы насоса, зависящего, в свою очередь, от его технического состояния. При параллельной работе насосов, работающих на общую сеть водоводов, с существенно отличающимися и сниженными гидравлическими характеристиками, насосы с более низким техническим состоянием имеют повышенный удельный расход электроэнергии из-за уменьшения их производительности. Разница в удельных расходах электроэнергии по отдельным агрегатам может достигать 40-60%.KNS pumps are manufactured and repaired in different conditions and with different quality. The time and operating conditions of the pumps can also vary, which leads to a deterioration in their hydraulic and energy characteristics. The power consumed by the pump is determined by the operating mode of the pump, which, in turn, depends on its technical condition. In parallel operation of pumps operating on a common water supply network with significantly different and reduced hydraulic characteristics, pumps with a lower technical condition have an increased specific energy consumption due to a decrease in their performance. The difference in specific electricity consumption for individual units can reach 40-60%.

Указанные режимы эксплуатации насосов неизбежно приводят к нерациональному использованию и избыточному потреблению электроэнергии, а также уменьшению их межремонтного периода.The indicated operating modes of the pumps inevitably lead to irrational use and excessive consumption of electricity, as well as a decrease in their overhaul period.

Оптимизация работы технологической системы поддержания пластового давления связана с необходимостью поиска энергоэффективных способов управления кустовыми насосными станциями - комплексного подхода к системе учитывая особенности работы каждого насоса, с учетом технического состояния каждого насоса, а также технологических связей и ограничений, накладываемых технологической системой, при регулировании частоты напряжения приводов основных и подпорных насосов в области оптимального КПД с условием минимума энергетических затрат, исключая применение дроссельных элементов регулирования, для выполнения технологического задания по закачке воды в пласт.The optimization of the technological system for maintaining reservoir pressure is associated with the need to search for energy-efficient methods of controlling cluster pumping stations - an integrated approach to the system, taking into account the specifics of each pump, taking into account the technical condition of each pump, as well as the technological connections and limitations imposed by the technological system, when regulating the voltage frequency drives of main and booster pumps in the field of optimal efficiency with the condition of minimum energy costs, is Including the use of throttle control elements, to perform the technological task of pumping water into the reservoir.

Известен способ автоматического управления насосной станцией, включающий регулирование характеристики насосов путем изменения частоты вращения приводного асинхронного электродвигателя, питаемого от преобразователя, операции по включению и выключению агрегатов, осуществляющихся путем подачи управляющих сигналов от контроллера на магнитные пускатели, а регулирование частоты вращения осуществляется при помощи частотного преобразователя, получающего сигнал от контроллера, который, в свою очередь, получает сигнал от датчика давления и сравнивает его с заданным программно значением [RU 2332588 C1, F04D 15/00, 27.08.2008].A known method of automatic control of a pumping station, including controlling the characteristics of the pumps by changing the speed of the drive asynchronous electric motor supplied by the converter, the operation to turn the units on and off by applying control signals from the controller to the magnetic starters, and the speed is controlled by the frequency converter receiving a signal from a controller, which in turn receives a signal from a pressure sensor and compares it with a software-defined value [RU 2332588 C1, F04D 15/00, 08/27/2008].

Недостатками данного способа являются: отсутствие контроля технического состояния и зоны КПД работы насосов, что допускает работу насосов на участках характеристик с пониженным значением КПД и приводит к увеличению затрат электроэнергии; наличие в системе регулирования только одного частотного преобразователя, что приводит к снижению надежности системы регулирования в случае выхода из строя преобразователя частоты, а, следовательно, низкому уровню ее управляемости и отсутствию возможности оптимизации режимов насосной станции.The disadvantages of this method are: the lack of control of the technical condition and the efficiency zone of the pumps, which allows the pumps to work in areas of performance with a lower value of efficiency and leads to an increase in energy costs; the presence in the control system of only one frequency converter, which leads to a decrease in the reliability of the control system in the event of a failure of the frequency converter, and, consequently, to a low level of its controllability and the inability to optimize the pump station modes.

Известен способ непрерывного измерения и анализа в реальном масштабе времени коэффициента полезного действия насосов в насосно-трубопроводном комплексе магистрального нефтепровода, заключающийся в том, что проводят непрерывное измерение, и анализ в реальном масштабе времени базового и текущего коэффициента полезного действия каждого насоса в насосно-трубопроводном комплексе системы нефтепровода, информация о которых обеспечивает своевременное обнаружение возможных отклонений от заданного режима работы насосных агрегатов за счет падения КПД, что позволяют исключить их неэффективную работу и возможные аварийные отключения [RU 2277186 C2, F04D 15/00, 27.05.2006].The known method of continuous measurement and analysis in real time of the efficiency of the pumps in the pump and pipeline complex of the main pipeline, which consists in the fact that they conduct continuous measurement and analysis in real time of the basic and current efficiency of each pump in the pump and pipe complex oil pipeline systems, the information about which ensures the timely detection of possible deviations from a given operating mode of pumping units due to drop in efficiency, which allows to exclude their inefficient operation and possible emergency shutdowns [RU 2277186 C2, F04D 15/00, 05.27.2006].

Недостатками является то, что при осуществлении способа отсутствует возможность регулирования гидравлических и энергетических характеристик насосов, что при отличающихся указанных характеристиках приводит к нерациональному перераспределению нагрузок в системе параллельно работающих насосов и как следствие, высокий уровень затрат электроэнергии.The disadvantages are that during the implementation of the method there is no possibility of regulating the hydraulic and energy characteristics of the pumps, which with different indicated characteristics leads to irrational redistribution of loads in the system of parallel pumps and, as a result, a high level of energy consumption.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ регулировки работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке, заключающийся в том, что проводят диагностику энергопотребления при работе группы параллельно подключенных лопастных нагнетателей в условиях нестационарной нагрузки с учетом возможности регулирования подачи потребителю жидкой среды с дросселированием сети трубопроводов и ступенчатым регулированием путем включения в одновременную работу одной или нескольких групп насосных агрегатов, каждая из которых включает несколько разнотипных лопастных нагнетателей с различными характеристиками и индивидуальным управлением каждым лопастным нагнетателем в группе с обеспечением совместимости работы разнотипных нагнетателей в группе, при этом определяют минимально возможные затраты электроэнергии при условии обеспечения требуемой потребителю подачи во всем возможном диапазоне ее изменения с минимально допустимыми напорами и оптимальным значением КПД, определяют величину минимального избыточного напора во всем диапазоне изменения нагрузки в напорном коллекторе при изменении нагрузки с оптимизацией режима работы, причем в процессе управления в режиме реального времени измеряют подачу каждого нагнетателя и суммарную подачу группы одновременно работающих нагнетателей, давление в напорном коллекторе или в контрольной точке сети, частоту вращения рабочего колеса каждого нагнетателя, давление на входе в каждый насос и мощность, потребляемую электродвигателем привода каждого нагнетателя, и путем применения частотно-регулируемого привода и изменения состава насосного оборудования устанавливают величину минимального избыточного напора в напорном коллекторе [RU 2230938 C2, F04D 15/00, 20.06.2004]The closest in technical essence to the proposed method is a method of adjusting the operation of a system of paddle superchargers at variable load, which consists in the fact that they conduct energy diagnostics when a group of parallel-connected paddle superchargers is operated under unsteady load conditions, taking into account the possibility of regulating the flow of liquid to the consumer with throttling of the pipeline network and step regulation by including in the simultaneous operation of one or more groups of pumping regattas, each of which includes several different-type superchargers with different characteristics and individual control of each superchargers in a group to ensure compatibility of different types of superchargers in a group, while determining the minimum possible energy costs, provided that the supply required by the consumer in the entire possible range of its changes from the minimum allowable heads and the optimal value of efficiency, determine the value of the minimum excess head in all the range of load changes in the pressure manifold when the load changes with optimization of the operating mode, and in the process of real-time control, the flow rate of each supercharger and the total flow rate of the group of simultaneously working superchargers, the pressure in the pressure head manifold or at the control point of the network, the rotational speed of the impeller of each supercharger , the pressure at the inlet to each pump and the power consumed by the drive motor of each blower, and by applying a variable frequency drive and changing Nia pumping equipment size composition set minimum excess pressure in the pressure reservoir [RU 2230938 C2, F04D 15/00, 20.06.2004]

Недостатками данного способа являются: отсутствие контроля технического состояния и снижения КПД насосов процессе эксплуатации, что приводит к их неэффективной эксплуатации и сужает возможности частотного регулирования при оптимизации режимов системы; необходимость установки частотно-регулируемого привода на каждый насос, что приводит к значительному увеличению материальных затрат на их приобретение и увеличению производственных площадей для их размещения; проведение обрезки рабочих колес одного или нескольких насосов, в процессе оптимизации режима работы и состава насосного оборудования, что требует дополнительного вывода насосных агрегатов из работы и дополнительного задействования трудовых и технических ресурсов; отсутствие возможности контроля КПД и энергопотребления насосов смежных насосных станций параллельно работающих на общую сеть водоводов.The disadvantages of this method are: the lack of control of the technical condition and reduction of the efficiency of the pumps during operation, which leads to their inefficient operation and narrows the possibilities of frequency regulation while optimizing system conditions; the need to install a variable frequency drive on each pump, which leads to a significant increase in material costs for their acquisition and an increase in production space for their placement; trimming the impellers of one or more pumps, in the process of optimizing the operating mode and composition of pumping equipment, which requires additional decommissioning of pumping units and additional involvement of labor and technical resources; the inability to control the efficiency and energy consumption of the pumps of adjacent pumping stations operating in parallel to a common water conduit network.

Во всех указанных выше способах общим недостатком является возможность регулирования насосами только в сторону уменьшения подачи перекачиваемого агента. Также общим недостатком является то, что на выходе насосов измеряемыми параметрами являются только напор и расход и отсутствует контроль температуры перекачиваемого агента на входе и выходе насоса, что снижает качество и полноту оценки технического состояния насосов.In all of the above methods, a common drawback is the ability to control the pumps only in the direction of reducing the flow of the pumped agent. Another common drawback is that at the pump outlet, the measured parameters are only the head and flow and there is no temperature control of the pumped agent at the pump inlet and outlet, which reduces the quality and completeness of the assessment of the technical condition of the pumps.

Технической задачей, на решение которой направленно настоящее изобретение, является повышение уровня управляемости технологической системы ППД, с обеспечением возможности оптимизации режимов работы КНС по минимуму удельных затрат электроэнергии.The technical problem, the solution of which the present invention is directed, is to increase the controllability of the PPD technological system, with the possibility of optimizing the operating modes of the SPS at a minimum of specific energy costs.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении уровня управляемости технологической системы ППД, расширение диапазона регулирования насосами КНС и более маневренных воздействий на пласт, а также уменьшения удельного потребления электроэнергии при необходимости поддержания энергетических параметров насосов в зоне оптимального КПД.The problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the level of controllability of the RPM technological system, expanding the range of regulation of KPS pumps and more maneuverable effects on the formation, as well as reducing the specific energy consumption if it is necessary to maintain the energy parameters of the pumps in the zone of optimal efficiency.

Указанный технический результат достигается тем, что дополнительно измеряют температуру перекачиваемого агента на входе и выходе каждого насоса, граничные значения которой определены для хорошего, удовлетворительного и аварийного технического состояния насосов и передают в программу сбора, обработки и преставления данных на диспетчерский пункт управления, а также регулируют частоту вращения электроприводов подпорных насосов низкого давления, контролируя удельный расход электроэнергии по всем основным насосам и при выходе значений гидравлических и энергетических параметров за пределы критических, любого из основных насосов всех параллельно работающих КНС производят его переключение на резервный насос, технические характеристики которых позволяют согласовать напорно-расходные характеристики основных насосов в зоне оптимального КПД.The indicated technical result is achieved by additionally measuring the temperature of the pumped agent at the inlet and outlet of each pump, the boundary values of which are determined for a good, satisfactory and emergency technical condition of the pumps and transferred to the data collection, processing and presentation program at the control room, and also regulate the frequency of rotation of the electric drives of the low pressure booster pumps, controlling the specific energy consumption for all the main pumps and when the value hydraulic and energy parameters beyond critical, any of the primary pumps of all parallel working CND produce it switches to standby pump technical characteristics which agree allow pressure-flow characteristics of the main pumps in the zone of optimum efficiency.

Оптимальное управление многомашинным комплексом, включает подбор числа работающих насосов кустовых насосных станций, при согласовании их напорно-расходных и энергетических харктеристик, на основе непрерывного контроля технического состояния каждого, с определением величины КПД, в которой находится рабочая точка, определяемая совокупностью требуемых технических и технологических ограничений, при регулировании частоты напряжения приводов насосов высокого давления и подпорных насосов в наиболее экономичной области с оптимальным КПД.Optimal control of a multi-machine complex, includes selecting the number of running pumps of cluster pumping stations, coordinating their pressure and flow and energy characteristics, based on continuous monitoring of the technical condition of each, with the determination of the efficiency at which the operating point is located, determined by the set of required technical and technological limitations , when regulating the voltage frequency of the drives of high pressure pumps and booster pumps in the most economical area with optimal gearbox .

Наличие двух преобразователей частоты приводов насосов высокого давления, является достаточным по условиям надежности функционирования системы и позволяет согласовать работу насосов высокого давления и подпорных насосов с различными напорно-расходными и энергетическими характеристиками в зоне их оптимального КПД с возможностью выполнения ими технологического задания по закачке воды в пласт.The presence of two frequency converters for drives of high pressure pumps is sufficient for the reliability of the system and allows you to coordinate the work of high pressure pumps and booster pumps with different pressure and energy and energy characteristics in the area of their optimal efficiency with the possibility of fulfilling the technological task for water injection into the reservoir .

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображена технологическая схема системы поддержания пластового давления с предварительным сбросом воды на кустах нагнетательных скважин; на фиг.2 изображены напорно-расходные характеристики двух параллельно работающих насосов высокого давления с различными техническими характеристиками и их совместная напорно-расходная характеристика; на фиг.3 изображена совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих насосов высокого давления с частотным регулированием их электроприводов; на фиг.4 изображена совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих насосов высокого давления и подпорных насосов с частотным регулированием электроприводов, как насосов высокого давления, так и подпорных насосов.The claimed technical solution is illustrated by drawings, where: in Fig.1 shows a process diagram of a system for maintaining reservoir pressure with a preliminary discharge of water on the bushes of injection wells; figure 2 shows the pressure-flow characteristics of two parallel-running high pressure pumps with different technical characteristics and their combined pressure-flow characteristic; figure 3 shows a joint pressure-flow characteristic of two parallel-running high pressure pumps with frequency regulation of their electric drives; figure 4 shows a joint pressure-flow characteristic of two parallel-running high pressure pumps and booster pumps with frequency regulation of electric drives, both high-pressure pumps and booster pumps.

Технологическая система (фиг.1) содержит: резервуары с водой 1, водоводы низкого давления 2, электропривод 3 подпорных насосов 4 низкого давления, сборный коллектор низкого давления 5, кустовую насосную станцию 6, два преобразователя частоты 7 (6 кВ), электропривод 8 основных насосов 9 высокого давления, преобразователи частоты 10 (0,4 кВ), водоводы высокого давления 11. Представленные на фиг.1 элементы запорной арматуры 12 являются обязательными в технологической системе, однако, указанные элементы не влияют на осуществление заявляемого изобретения и достижение технического результата. Под насосами 9 высокого давления понимаются насосы основные - находящиеся в работе в определенный момент времени и резервные.The technological system (Fig. 1) contains: water tanks 1, low pressure water ducts 2, electric drive 3 booster pumps 4 low pressure, prefabricated low pressure collector 5, cluster pump station 6, two frequency converters 7 (6 kV), electric drive 8 main high pressure pumps 9, frequency converters 10 (0.4 kV), high pressure water conduits 11. The elements of shutoff valves 12 shown in FIG. 1 are mandatory in the technological system, however, these elements do not affect the implementation of the claimed invention and achieving a technical result. High-pressure pumps 9 are understood as primary pumps — being in operation at a certain point in time and standby.

На фиг.2 представлены характеристики двух параллельно работающих основных насосов 9 с различными техническими характеристиками, где ΣQ-ΣН - совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих основных насосов 9; Q₂-H₂ - напорно-расходная характеристика первого основного насоса 9 с лучшим техническим состоянием; Q₁-H₁ - напорно-расходная характеристика второго основного насоса 9 с худшим техническим состоянием в системе параллельных насосов; Q-η - характеристика КПД двух основных насосов 9; Q_c-H_c - напорно-расходная характеристика сети; Q_тр·1 - требуемый объем подачи, для выполнения технологического задания; H₁ - создаваемый напор при подаче Q_тр.Figure 2 presents the characteristics of two parallel-running main pumps 9 with different technical characteristics, where ΣQ-ΣН is the combined pressure-flow characteristic of two parallel-running main pumps 9; Q ₂ -H ₂ - pressure-flow characteristic of the first main pump 9 with the best technical condition; Q ₁ -H ₁ - pressure-flow characteristic of the second main pump 9 with the worst technical condition in a system of parallel pumps; Q-η is the efficiency characteristic of the two main pumps 9; Q _c -H _c - pressure-flow characteristic of the network; Q _{Tr · 1} - the required volume of supply, to complete the task; H ₁ - created pressure when applying Q _Tr .

На фиг.3 представлены характеристики двух параллельно работающих основных насосов 9 с напорно-расходными характеристиками, согласованными в зоне оптимального КПД путем частотного регулирования электроприводов 8, где ΣQ-ΣH - совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих основных насосов 9, при частотном регулировании их электроприводов 8; Q₁-H₁ - напорно-расходная характеристика первого основного насоса 9; Q₂-H₂ - напорно-расходная характеристика второго основного насоса 9; q-t) -характеристика КПД двух основных насосов 9; Q_с-H_c - напорно-расходная характеристика сети; Q_тр·2 - требуемый объем подачи, для выполнения технологического задания при уменьшении объема закачки воды; Н₂ - создаваемый напор при подаче Q_тр·2 Figure 3 presents the characteristics of two parallel-running main pumps 9 with pressure-flow characteristics agreed in the zone of optimal efficiency by frequency regulation of electric drives 8, where ΣQ-ΣH is the joint pressure-flow characteristic of two parallel-running main pumps 9, with their frequency regulation electric drives 8; Q ₁ -H ₁ - pressure-flow characteristic of the first main pump 9; Q ₂ -H ₂ - pressure-flow characteristic of the second main pump 9; qt) -characteristic of the efficiency of the two main pumps 9; Q _with -H _c - pressure-flow characteristic of the network; Q _{Tr · 2} - the required flow rate, to perform the task with a decrease in the volume of water injection; N ₂ - the created pressure when applying Q _{Tr · 2}

На фиг.4 представлены характеристики двух параллельно работающих основных насосов 9, с частотным регулированием их электроприводов 8 и характеристики подпорных насосов 4, с частотными регулированием их электроприводов 3, подключенных последовательно основным насосам 9, где ΣQ-ΣH - совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих основных насосов 9; Q_п1-H_п1, Q_п2-H_п2 - идентичные напорно-расходные характеристики двух подпорных насосов 4; ΣQ_п-ΣH_п - совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих подпорных насосов 4; ΣQ-ΣH+ΣQ_п-ΣH_п - совместная напорно-расходная характеристика двух параллельно работающих основных насосов 9, с частотным регулировании их электроприводов 8 и последовательно подключенных к основным насосам 9 двух подпорных насосов 4, с частотным регулированием их электроприводов 3; Q_тр·3 - требуемый объем подачи, для выполнения технологического задания при увеличении объема закачки воды; Н₃ - создаваемый напор при подаче Q_тр·3 Figure 4 presents the characteristics of two parallel working main pumps 9, with frequency regulation of their electric drives 8 and characteristics of booster pumps 4, with frequency regulation of their electric drives 3, connected in series to the main pumps 9, where ΣQ-ΣH is the combined pressure-flow characteristic of two parallel operating main pumps 9; Q _p1 -H _p1 , Q _p2 -H _p2 - identical pressure-flow characteristics of two booster pumps 4; ΣQ _p -ΣH _p - the combined pressure-flow characteristic of two parallel working booster pumps 4; ΣQ-ΣH + ΣQ _p -ΣH _p - the combined pressure-flow characteristic of two parallel working main pumps 9, with frequency regulation of their electric drives 8 and sequentially connected to the main pumps 9 of two booster pumps 4, with frequency regulation of their electric drives 3; Q _{Tr · 3} - the required volume of supply, to perform the task when increasing the volume of water injection; H ₃ - created pressure when applying Q _{Tr · 3}

Способ управления многомашинным комплексом системы поддержания пластового давления осуществляется следующим образом.The method of controlling a multi-machine complex of the reservoir pressure maintenance system is as follows.

При первом пуске основного 9 или подпорного 4 насоса в эксплуатацию, либо после проведения капитального ремонта, измеряют показания величин его основных гидравлически и энергетических параметров за некоторый промежуток времени и передают их по системе телемеханики на диспетчерский пункт управления, где с помощью программы сбора, обработки и представления данных, на основе усредненных значений зафиксированных величин, моделируют режимов работы каждого из основных 9 и подпорных 4 насосов технологической системы, с построением их напорно-расходных и энергетических характеристик, по зависимостям H=f(Q), N=f(Q), η=f(Q), где Н - напор (м), N - мощность (кВт), Q - подача (м³), η-КПД, и далее в процессе работы путем сравнения КПД по всем основным насосам конкретной кустовой насосной станции 6 и КНС (на схеме не указаны), параллельно работающих на сеть водоводов высокого давления 11, подбирают оптимальное число одновременно работающих насосов из числа основных 9, подпорных 4 и резервных, с согласованием их гидравлических и энергетических характеристик в области оптимального КПД, путем изменения частоты вращения электроприводов 8 основных 9 и электроприводов 3 подпорных насосов 4, при условии минимума совокупных удельных затрат электроэнергии на выполнение ими технологического задания по закачке агента в пласт. Контроль технического состояния также включает измерение температуры перекачиваемого агента на входе и выходе каждого из основных 9 и подпорных насосов 4, граничные значения которой определены для хорошего, удовлетворительного и аварийного технического состояния.When the main 9 or backup 4 pumps are put into operation for the first time, or after major repairs are carried out, the readings of the values of its main hydraulic and energy parameters are measured over a certain period of time and transmitted via the telemechanics system to the control center, where, using the collection, processing and data presentation, based on the averaged values of the fixed values, simulate the operating modes of each of the main 9 and backup 4 pumps of the technological system, with the construction of their pressure head consumption and energy characteristics, according to the dependencies H = f (Q), N = f (Q), η = f (Q), where N is the head (m), N is the power (kW), Q is the flow (m ³ ) , η-efficiency, and then in the process by comparing the efficiency of all the main pumps of a particular cluster pumping station 6 and KNS (not shown in the diagram), simultaneously working on a network of high-pressure pipelines 11, select the optimal number of simultaneously working pumps from among the main 9 4 and backup, with the coordination of their hydraulic and energy characteristics in the field of optimal efficiency, by changing the frequency Toty rotation actuators 8 and 9, the main electric pump 3 embankment 4, provided the specific minimum total electricity consumption for performance of the process targets for the injection agent in the reservoir. Monitoring the technical condition also includes measuring the temperature of the pumped agent at the inlet and outlet of each of the main 9 and booster pumps 4, the boundary values of which are determined for a good, satisfactory and emergency technical condition.

Количество преобразователей частоты 10 в системе регулирования насосов 9 КНС 6, не более двух, что достаточно по условиям надежности работы системы управления и минимума капитальных затрат на их приобретение и производственных площадей для размещения.The number of frequency converters 10 in the pump control system 9 KNS 6, no more than two, which is sufficient for the reliability of the control system and the minimum capital costs for their purchase and production space for accommodation.

В целях увеличения диапазона регулирования насосами 9 КНС 6, и более маневренных воздействий на пласт - возможности изменения в сторону увеличения суммарной подачи на выходе КНС, а также уменьшения удельного потребления электроэнергии, при необходимости поддержания энергетических параметров основных насосов 9 в зоне оптимального КПД и без дополнительного включения основных насосов 9, регулируют частоту вращения подпорных насосов 4, путем изменения частоты питающего электропривод 3 напряжения. Различие напорно-расходных характеристик насосов приводит к различной их производительности, при этом некоторые могут быть перегружены, а некоторые могут работать с низкой производительностью, что влечет повышенный удельный расход электроэнергии при работе КНС. Наличие преобразователей частоты 7 электроприводов 8, позволяет согласовать напорно-расходные характеристики основных насосов 9 в зоне оптимального КПД. Включение подпорных насосов 4 последовательно с основными насосами 9, позволяет увеличить суммарную подачу (Q) КНС 6, а также избежать дополнительного включения резервных насосов 9.In order to increase the range of regulation of pumps 9 of KNS 6, and more maneuverable impacts on the formation, it is possible to change towards increasing the total supply at the output of KNS, as well as reducing specific energy consumption, if necessary, maintain the energy parameters of the main pumps 9 in the zone of optimal efficiency and without additional the inclusion of the main pumps 9, regulate the speed of the booster pumps 4, by changing the frequency of the voltage supplying the electric drive 3. The difference in pressure and flow characteristics of the pumps leads to different performance, while some may be overloaded, and some may work with low productivity, which leads to increased specific energy consumption during the operation of the pump. The presence of frequency converters 7 of electric drives 8, allows you to coordinate the pressure-flow characteristics of the main pumps 9 in the zone of optimal efficiency. The inclusion of booster pumps 4 in series with the main pumps 9, allows to increase the total supply (Q) KNS 6, and also to avoid the additional inclusion of standby pumps 9.

При реализации способа управления многомашинным комплексом системы поддержания пластового давления производят постоянный контроль технического состояния основных 9 и подпорных 4 насосов всех КНС работающих параллельно на общую сеть водоводов высокого давления 11 и по системе телемеханики передаются на диспетчерский пункт управления, где на основе имитационной модели технологической системы строят напорно-расходные и энергетические всех насосов и рассчитывают уровень загрузки каждого насоса как основного 9, так и подпорного 4 и путем регулирования частоты вращения их электроприводов 3 и 8, с целью минимизации удельных затрат электроэнергии, равномерного использования моторесурса, и выполнения технологического задания на закачку, согласуют их работу в области оптимального КПД, либо в случае невозможности выполнения условия согласования производят переключение основных насосов 9 на резервные, технические характеристики которых позволяют согласовать напорно-расходные характеристики основных насосов 9 в зоне оптимального КПД.When implementing the method of controlling the multi-machine complex of the reservoir pressure maintenance system, the technical condition of the main 9 and backup 4 pumps of all pump stations operating in parallel to a common high-pressure water pipe network 11 is constantly monitored and transmitted to the control room via the telemechanics system, where they build on the basis of a simulation model of the technological system pressure and energy and energy of all pumps and calculate the load level of each pump as the main 9 and backup 4 and by regulating the rotation speed of their electric drives 3 and 8, in order to minimize the unit cost of electricity, evenly use the motor resource, and fulfill the technological task for injection, coordinate their work in the field of optimal efficiency, or if it is not possible to fulfill the coordination conditions, switch the main pumps 9 to standby ones, technical characteristics of which allow matching pressure-flow characteristics of the main pumps 9 in the zone of optimal efficiency.

В качестве примера рассмотрим работу одной КНС технологической системы ППД. На КНС 6 (фиг.1) работают параллельно 6 насосов высокого давления 9, например ЦНС 180-1422, из них два в резерве, четыре в работе. Электроприводами 8 насосов 9 являются электродвигатели с возможностью работы как через преобразователь частоты (6кВ) 7, так и напрямую с шин напряжения 6 кВ (на схеме не указаны). В качестве подпорных насосов 4, используются насосы низкого давления, например ЦНС 180-170 электроприводами 3 которых являются электродвигатели 0,4 кВ, с возможностью работы от преобразователей частоты (0,4 кВ) 10, так и от шин напряжения 0,4 кВ (на схеме не указаны).As an example, let us consider the operation of one SPS of the technological system of PPD. At KNS 6 (Fig. 1), 6 high-pressure pumps 9 operate in parallel, for example, TsNS 180-1422, of which two are in reserve and four are in operation. The electric drives of 8 pumps 9 are electric motors with the ability to work both through a frequency converter (6 kV) 7, and directly from 6 kV voltage buses (not shown in the diagram). As booster pumps 4, low-pressure pumps are used, for example, the central nervous system 180-170 of which 3 electric motors are 0.4 kV, with the ability to work from frequency converters (0.4 kV) 10, and from voltage buses 0.4 kV ( not shown on the diagram).

Рассмотрим возможность реализации способа на примере параллельной работы двух основных насосов 9 и двух подпорных насосов 4. Алгоритм управления большим количеством насосов осуществляется аналогичным образом. В качестве подпорных насосов 4 используются насосы малой мощности ЦНС 180-170, подключенные через преобразователь частоты (0,4 кВ) 10.Consider the possibility of implementing the method by the example of parallel operation of two main pumps 9 and two booster pumps 4. The control algorithm for a large number of pumps is carried out in a similar way. As booster pumps 4, low-power pumps TsNS 180-170 are used, connected through a frequency converter (0.4 kV) 10.

Потребляемая насосами 9 мощность, определяется техническим состоянием и зависящим от него режимом их работы. При параллельной работе насосов 9 с существенно отличающимися и сниженными гидравлическими характеристиками, насосы 9 с более низким техническим состоянием имеют повышенный удельный расход электроэнергии из-за снижения их производительности. Таким образом для выполнения технологического задания на закачку Q_тр1, второй из насосов 9, с лучшими техническими показателями будет обеспечивать необходимый объем подачи Q_тр1 при напоре Н_тр1 в зоне оптимального КПД, а первый, с худшими техническими показателями будет работать «вхолостую» не влияя на подачу Q_тр двух параллельных насосов, но потребляя из сети мощность, тем самым увеличивая удельный расход электроэнергии на закачку заданного объема Q_тр, при выполнении технологического задания. Таким образом, совместная напорная характеристика двух насосов 9 примет вид, представленный на фиг.2, где изображены напорно-расходные характеристики двух параллельно работающих насосов высокого давления с различными техническими характеристиками и их совместная напорно-расходная характеристика.The power consumed by the pumps 9 is determined by the technical condition and the mode of their operation depending on it. In parallel operation of pumps 9 with significantly different and reduced hydraulic characteristics, pumps 9 with a lower technical state have an increased specific energy consumption due to a decrease in their performance. Thus, to complete the technological task for the injection of Q _TP1 , the second of the pumps 9, with the best technical indicators, will provide the necessary supply volume Q _TP1 at a pressure of N _TP1 in the zone of optimal efficiency, and the first, with the worst technical indicators, will work “idle” without affecting to supply Q _{tr of} two parallel pumps, but consuming power from the network, thereby increasing the specific energy consumption for pumping a given volume of Q _tr when performing a task. Thus, the joint pressure characteristic of the two pumps 9 will take the form shown in figure 2, which shows the discharge and flow characteristics of two parallel high-pressure pumps with different technical characteristics and their combined pressure and discharge characteristic.

При необходимости увеличения подачи Q_тр2 на выходе КНС 6, на диспетчерском пункте происходит обработка полученных (с основных 9 и подпорных насосов 4) и заданных (Q_тр2) параметров с составлением имитационной модели технологической системы и выбором необходимых насосов 9, как из числа рабочих, так и резервных, для выполнения планового задания на закачку Q_тр2 по минимуму удельных затрат электроэнергии. На основе полученной модели необходимого технологического режима и на основе сформированных гидравлических и энергетических характеристик всех основных насосов 9 КНС, работающих на общую сеть водоводов высокого давления 11, с диспетчерского пункта подают управляющий сигнал на включение в работу насосов 9 из числа резервных, либо изменение частоты вращения находящихся в работе основных насосов 9, гидравлические характеристики которых обеспечат возможность реализации технологического задания Q_тр2, по минимуму удельных затрат и равномерного использования моторесурса насосов 9. В рассматриваемом примере наиболее оптимальным является изменение гидравлических характеристик Q₁-H₁ и Q₂-H₂, первого насоса 9 и второго насоса 9, соответственно. Изменяя частоту вращения привода второго насоса 9, снижая ее в пределах допустимого оптимального КПД, одновременно подают управляющие сигналы на изменениние частоты вращения электропривода 8 первого насоса 9, для приведения характеристик параллельно работающих насосов 9 к одинаковым, тем самым реализуют закачку заданного объема воды Q_тр2 при равномерной загрузке насосных агрегатов, в зоне оптимального КПД, предотвращая энергетически неэффективный режим работы. Таким образом, совместная гидравлическая характеристика двух насосов 9 примет вид, представленный на фиг.3, где представлены характеристики двух параллельно работающих основных насосов 9 с напорно-расходными характеристиками, согласованными в зоне оптимального КПД путем частотного регулирования электроприводов 8.If it is necessary to increase the supply of Q _TP2 at the output of SPS 6, at the control room, the received (from the main 9 and booster pumps 4) and specified (Q _TP2 ) parameters are _processed with a simulation model of the technological system and the selection of the necessary pumps 9, from among the workers, and reserve, to carry out the planned task for the injection of Q _TP2 to a minimum of specific energy costs. Based on the obtained model of the necessary technological regime and on the basis of the generated hydraulic and energy characteristics of all the main pumps 9 of the pump pump station operating on a common network of high-pressure pipelines 11, a control signal is supplied from the control room to turn on the pumps 9 from the number of standby ones, or to change the speed located in the main pumps 9, hydraulic characteristics of which provide the possibility of implementing the process job Q _TP2, at a minimum unit cost and ravnome Foot pump using motoresursa 9. In this example, the best is the change in hydraulic characteristics Q ₁ and Q ₁ -H ₂ -H _2, the first pump 9 and the second pump 9, respectively. Changing the rotational speed of the drive of the second pump 9, reducing it within the acceptable optimal efficiency, simultaneously supply control signals to change the frequency of rotation of the electric drive 8 of the first pump 9, to bring the characteristics of the parallel pumps 9 to the same, thereby realizing the injection of a given volume of water Q _tr2 at uniform loading of pumping units in the zone of optimal efficiency, preventing an energy-inefficient mode of operation. Thus, the joint hydraulic characteristic of the two pumps 9 will take the form shown in figure 3, which shows the characteristics of two parallel-running main pumps 9 with pressure-flow characteristics, agreed in the zone of optimal efficiency by frequency regulation of the electric drives 8.

При необходимости увеличения подачи Q_тр3 на выходе КНС 6, регулируют частоту вращения электроприводов 3 подпорных насосов 4 малой мощности, например ЦНС 180-170, подключенных последовательно с основными насосами 9, что дает возможность увеличение подачи Q_тр3 на выходе КНС 6 и более маневренных воздействий на пласт, при необходимости увеличения объема закачки Q_тр3, а также уменьшения удельного потребления электроэнергии, при необходимости поддержания энергетических параметров насосов 9 в зоне оптимального КПД, исключая включение дополнительных, из числа резервных насосов 9, и тем самым, минимизировать удельные затраты электроэнергии на закачку заданного объема воды Q_тр3. Таким образом, совместная гидравлическая характеристика основных 9 и подпорных 4 насосов примет вид, представленный на фиг.4, где представлены характеристики двух параллельно работающих основных насосов 9, с частотным регулированием их электроприводов 8 и характеристики подпорных насосов 4, с частотными регулированием их электроприводов 3, подключенных последовательно основным насосам 9.If it is necessary to increase the supply of Q _tr3 at the output of the SPS 6, the speed of the electric drives 3 of the low-pressure booster pumps 4 is regulated, for example, the central pump 180-170, connected in series with the main pumps 9, which makes it possible to increase the supply of Q _t3 at the output of the SPS 6 and more maneuverable on the formation, if necessary, increase the volume of injection Q _TP3 , as well as reduce the specific energy consumption, if necessary, maintain the energy parameters of the pumps 9 in the zone of optimal efficiency, excluding the inclusion of additional s, from among the backup pumps 9, and thereby, minimize the specific cost of electricity for the injection of a given volume of water Q _tr3 . Thus, the joint hydraulic characteristic of the main 9 and backup 4 pumps will take the form shown in Fig. 4, which shows the characteristics of two parallel working main pumps 9, with the frequency regulation of their electric drives 8 and the characteristics of the backup pumps 4, with the frequency regulation of their electric drives 3, connected in series to the main pumps 9.

Claims

A method for controlling a multi-machine complex of a reservoir pressure maintenance system, including controlling high-pressure pumps and low-pressure booster pumps, which consists in measuring the values of its main hydraulic and energy parameters during the first start-up of the main or booster pump and after major repairs are carried out. a certain period of time and transmit them through the telemechanics system to a program for collecting, processing and presenting data, where on the basis of averaged the values of the fixed values, the basic pressure and flow and energy characteristics of the pumps are built and, then, during operation, by constantly comparing the pressure and flow and energy characteristics with the base, for all pumps of a particular cluster pump station and adjacent cluster pump stations operating in parallel with the network high-pressure pipelines, they select the optimal number of simultaneously operating main pumps with coordination of their pressure-flow and energy characteristics Istik in the field of optimal efficiency with the condition of minimum energy costs, excluding the use of throttle control elements, when regulating the speed of electric drives of the main pumps at the inlet and outlet of each pump, the temperature of the pumped agent is additionally measured, the boundary values of which are determined for a good, satisfactory and emergency technical condition of the pumps and transmit to the program for the collection, processing and presentation of data, as well as adjust the speed of the electric drives a low pressure pump, thus controlling specific energy consumption for all main pumps and, when the output values of the hydraulic and energy parameters beyond the critical value, is switched to the standby pump technical characteristics which agree allow pressure-flow characteristics of the main pumps in the zone of optimum efficiency.