RU2604473C1 - Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией - Google Patents

Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией Download PDF

Info

Publication number
RU2604473C1
RU2604473C1 RU2015122827/06A RU2015122827A RU2604473C1 RU 2604473 C1 RU2604473 C1 RU 2604473C1 RU 2015122827/06 A RU2015122827/06 A RU 2015122827/06A RU 2015122827 A RU2015122827 A RU 2015122827A RU 2604473 C1 RU2604473 C1 RU 2604473C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
proportional
centrifugal pump
output
cluster
input
Prior art date
Application number
RU2015122827/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Владимирович Стариков
Дмитрий Юрьевич Полежаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет"
Priority to RU2015122827/06A priority Critical patent/RU2604473C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2604473C1 publication Critical patent/RU2604473C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/10—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use adapted for use in mining bore holes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы, а также в процессе длительной эксплуатации скважины. Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией содержит блок (1) задания динамического уровня жидкости, блок (2) задания частоты вращения, задатчик (3) интенсивности, пропорционально-интегральные регуляторы (4) и (5), частотные преобразователи (6) и (7), погружной электроцентробежный насос (8), кустовую насосную станцию (9), датчик (10) динамического уровня жидкости. Изобретение направлено на упрощение технической реализации системы управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией. 4 ил.

Description

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы, а также в процессе длительной эксплуатации скважины.
Наиболее близкой по технической сущности является система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией (см. патент Российской Федерации №2501980, опубл. 20.12.2013, Бюл. №35), содержащая блок задания динамического уровня жидкости, блок задания частоты вращения, два апериодических фильтра, два пропорционально-интегральных регулятора, два частотных преобразователя, погружной электроцентробежный насос, кустовую насосную станцию и датчик динамического уровня жидкости.
Недостатком наиболее близкой системы управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией является сложность технической реализации.
Технический результат достигается тем, что система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией, содержащая блок задания динамического уровня жидкости, блок задания частоты вращения, первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы, первый и второй частотные преобразователи, погружной электроцентробежный насос, кустовую насосную станцию и датчик динамического уровня жидкости, причем выход первого пропорционально-интегрального регулятора соединен с входом первого частотного преобразователя, выход которого подключен к погружному электроцентробежному насосу, выход блока задания частоты вращения соединен с первым входом второго пропорционально-интегрального регулятора, выход которого соединен с входом второго частотного преобразователя, выход первого пропорционально-интегрального регулятора соединен с вторым входом второго пропорционально-интегрального регулятора, к выходу второго частотного преобразователя подключена кустовая насосная станция, снабжена задатчиком интенсивности, причем блок задания динамического уровня жидкости соединен с входом задатчика интенсивности, выход которого соединен с первым входом первого пропорционально-интегрального регулятора, а выход датчика динамического уровня жидкости соединен с вторым входом первого пропорционально-интегрального регулятора.
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 кустовой насосной станцией.
На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией; на фиг. 2 изображена расчетная модель системы управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией; на фиг. 3 приведен график изменения динамического уровня жидкости в скважине при работе предлагаемой системы управления; на фиг. 4 представлен график производительности погружного электроцентробежного насоса при работе предлагаемой системы.
Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией (фиг. 1) содержит блок 1 задания динамического уровня жидкости, блок 2 задания частоты вращения, задатчик 3 интенсивности, пропорционально-интегральные регуляторы 4 и 5, частотные преобразователи 6 и 7, погружной электроцентробежный насос 8, кустовую насосную станцию 9, датчик 10 динамического уровня жидкости.
Выход пропорционально-интегрального регулятора 4 соединен с входом частотного преобразователя 6, выход которого подключен к погружному электроцентробежному насосу 8. Выход блока 2 задания частоты вращения соединен с первым входом пропорционально-интегрального регулятора 5, выход которого соединен с входом частотного преобразователя 7. Выход пропорционально-интегрального регулятора 4 соединен с вторым входом пропорционально-интегрального регулятора 5. К выходу частотного преобразователя 7 подключена кустовая насосная станция 9. Блок 1 задания динамического уровня жидкости соединен с входом задатчика 3 интенсивности, выход которого соединен с первым входом пропорционально-интегрального регулятора 4. Выход датчика 10 динамического уровня жидкости соединен с вторым входом пропорционально-интегрального регулятора 4.
Блок 1 задания динамического уровня жидкости, блок 2 задания частоты вращения, задатчик интенсивности 3, пропорционально-интегральные регуляторы 4 и 5 и частотные преобразователи 6 и 7 могут быть реализованы, например, на устройствах MICROMASTER 430 с помощью их внутренних функциональных возможностей. Для передачи информации с выхода пропорционально-интегрального регулятора 4 на вход пропорционально-интегрального регулятора 5 может быть применен, например, программируемый контроллер S7-200. В качестве погружного электроцентробежного насоса 8 может быть применена, 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. В качестве кустовой насосной станции 9 может быть использована, например, станция типа ППД400-200. В качестве датчика 10 динамического уровня жидкости может быть применен, например, стационарный эхолот Микон-801.
Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией работает следующим образом. После включения системы управления на входе частотного преобразователя 6 начинает формироваться сигнал в соответствии с сигналом, поступающим с выхода блока 1 задания динамического уровня жидкости через задатчик 3 интенсивности, и передаточной функцией пропорционально-интегрального регулятора 4. Частотный преобразователь 6 заставляет вращаться асинхронный электродвигатель погружного электроцентробежного насоса 8, в результате чего происходит отбор жидкости из затрубного пространства скважины, и динамический уровень начинает изменяться. Датчик 10 динамического уровня измеряет фактическую величину уровня жидкости в скважине и подает сигнал, пропорциональный этой величине, на вход обратной связи пропорционально-интегрального регулятора 4. Пропорционально-интегральный регулятор 4 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 со стабилизацией динамического уровня жидкости в нефтяной скважине. Одновременно с названными выше элементами блок 2 задания частоты вращения формирует на входе пропорционально-интегрального регулятора 5 сигнал, соответствующий требуемой частоте вращения асинхронного электродвигателя погружного насоса 8. Сигнал с выхода пропорционально-интегрального регулятора 4, характеризующий фактическую частоту вращения (за вычетом падения скорости под нагрузкой), подается на вход обратной связи пропорционально-интегрального регулятора 5. Пропорционально-интегральный регулятор 5 вычисляет разность сигнала с блока 2 задания и сигнала с выхода пропорционально-интегрального регулятора 4 и в соответствии с параметрами своей настройки формирует сигнал на входе частотного преобразователя 7, который регулирует скорость вращения асинхронного электродвигателя, входящего в состав кустовой насосной станции 9. Если частота вращения погружного электроцентробежного насоса 8 не соответствует заданной величине, то давление воды, создаваемое кустовой насосной станцией и подаваемое в нагнетательную скважину, начнет изменяться. В частности, при падении пластового давления давление в нагнетательной скважине начнет увеличиваться. В результате происходит стабилизация дебита нефтяной скважины при одном и том же значении динамического уровня жидкости, также стабилизируемом предлагаемой системой управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией.
Подтверждением сказанного могут служить результаты компьютерного моделирования процессов, протекающих, например, в скважине 67 Кудиновского месторождения при оснащении ее кустовой насосной станцией. Скважина, погружной электроцентробежный насос, частотные преобразователи, кустовая насосная станция, например, обладают следующими параметрами: kсп=1 (коэффициенты передачи частотных преобразователей); kДУ=6,28 рад/Гц (коэффициент передачи асинхронных электродвигателей); kнас1=2,949·10-6 м3/рад (коэффициент передачи погружного насоса); kнас2=63694 Нс/м2рад (коэффициент передачи насоса кустовой станции); kпр=1,0275·10-10 м3/с·Па (коэффициент продуктивности нефтяного пласта); ρ=900 кг/м3 (плотность добываемой жидкости); g=9,81 м/с2 (ускорение свободного падения); dк=0,126 м (внутренний диаметр колонны обсадных труб); dнкт=0,073 м (диаметр насосно-компрессорных труб); Sз=0,0083 м2 (площадь затрубного пространства); Нст=200 м (статический уровень жидкости в скважине). Задатчик интенсивности, например, формирует темп изменения заданного динамического уровня со скоростью 3,026 м/с, причем заданное значение динамического уровня, формируемого блоком 1 задания, равно 935 м. Параметры настройки пропорционально-интегральных регуляторов 4 и 5, например, выбраны следующим образом: kn1=0,164 (коэффициент передачи регулятора 4); Tu1=55729 с (постоянная времени регулятора 4); kn2=9,149 (коэффициент передачи регулятора 5); Tu1=10000 с (постоянная времени регулятора 5). Тогда расчетная модель предлагаемой системы управления примет вид, приведенный на фиг. 2. На расчетной схеме учтено ограничение скорости вращения асинхронного электродвигателя погружного насоса и давления на выходе кустовой насосной станции. Искусственно смоделировано изменение пластового давления со скоростью 5 Н/м2с через 10000 с после запуска системы. Несмотря на заданные изменения, предлагаемая система управления стабилизирует динамический уровень жидкости в скважине на значении 935 м (фиг. 3). В то же время стабилизируется и дебит нефтяной скважины (фиг. 4) на уровне 6,53·10-4 м3/с (≈57 м3/сут), что соответствует заданной в блоке 1 частоте 35 Гц. В системе управления погружным электроцентробежным наосом и кустовой насосной станцией, взятой за прототип, достигается такой же результат, но более сложными средствами. Действительно, в предлагаемой системе отпадает необходимость в двух апериодических фильтрах, что позволяет применить более простые и менее дорогие частотные преобразователи, а задатчик интенсивности есть в любом современном частотном преобразователе. Кроме того, поскольку регуляторы 4 и 5 могут быть реализованы на внутренних технологических регуляторах частотных преобразователей, то возможно применение и более простого программируемого логического контроллера, который служит только для передачи информации из одного частотного преобразователя в другой.
Таким образом, предложенная система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией обладает более простой технической реализацией.

Claims (1)

  1. Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией, содержащая блок задания динамического уровня жидкости, блок задания частоты вращения, первый и второй пропорционально-интегральные регуляторы, первый и второй частотные преобразователи, погружной электроцентробежный насос, кустовую насосную станцию и датчик динамического уровня жидкости, причем выход первого пропорционально-интегрального регулятора соединен с входом первого частотного преобразователя, выход которого подключен к погружному электроцентробежному насосу, выход блока задания частоты вращения соединен с первым входом второго пропорционально-интегрального регулятора, выход которого соединен с входом второго частотного преобразователя, выход первого пропорционально-интегрального регулятора соединен с вторым входом второго пропорционально-интегрального регулятора, к выходу второго частотного преобразователя подключена кустовая насосная станция, отличающаяся тем, что она снабжена задатчиком интенсивности, причем блок задания динамического уровня жидкости соединен с входом задатчика интенсивности, выход которого соединен с первым входом первого пропорционально-интегрального регулятора, а выход датчика динамического уровня жидкости соединен с вторым входом первого пропорционально-интегрального регулятора.
RU2015122827/06A 2015-06-15 2015-06-15 Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией RU2604473C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122827/06A RU2604473C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015122827/06A RU2604473C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2604473C1 true RU2604473C1 (ru) 2016-12-10

Family

ID=57776754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015122827/06A RU2604473C1 (ru) 2015-06-15 2015-06-15 Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2604473C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716786C1 (ru) * 2019-03-11 2020-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Устройство для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167965B1 (en) * 1995-08-30 2001-01-02 Baker Hughes Incorporated Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores
US7558699B2 (en) * 2002-09-27 2009-07-07 Unico, Inc. Control system for centrifugal pumps
RU2370673C1 (ru) * 2008-03-19 2009-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2442024C2 (ru) * 2010-05-05 2012-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2501980C1 (ru) * 2012-08-13 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167965B1 (en) * 1995-08-30 2001-01-02 Baker Hughes Incorporated Electrical submersible pump and methods for enhanced utilization of electrical submersible pumps in the completion and production of wellbores
US7558699B2 (en) * 2002-09-27 2009-07-07 Unico, Inc. Control system for centrifugal pumps
RU2370673C1 (ru) * 2008-03-19 2009-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2442024C2 (ru) * 2010-05-05 2012-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2501980C1 (ru) * 2012-08-13 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716786C1 (ru) * 2019-03-11 2020-03-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Устройство для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20130004337A1 (en) System and method for driving a pump
AU2011239051B2 (en) Phase shift controller for a reciprocating pump system.
AU2013405486B2 (en) Well control system
CA2442973A1 (en) Control system for centrifugal pumps
US11566625B2 (en) Method for operating an electronically controlled pump assembly
US11401938B2 (en) Motor drive system and method
RU2370673C1 (ru) Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2604473C1 (ru) Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией
US9920603B2 (en) Method of operating a well using a pump assembly with a variable-frequency drive
CN104251202A (zh) 抵消波动注入方法和装置以及泵的控制系统
AU2014241404B2 (en) Enhanced oil production using control of well casing gas pressure
RU2501980C1 (ru) Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией
RU2442024C2 (ru) Система управления погружным электроцентробежным насосом
US9835160B2 (en) Systems and methods for energy optimization for converterless motor-driven pumps
JP2019213381A (ja) 水力発電所の運転支援システム
Zagirnyak et al. The optimal control of dynamic loads in a pump complex with adjustable pipeline valves
RU2250357C2 (ru) Способ эксплуатации скважины погружным электронасосом с частотно-регулируемым приводом
AU2019101451B4 (en) Control system
RU2362011C1 (ru) Устройство регулирования забойного давления бурового раствора
RU2165037C2 (ru) Способ эксплуатации скважины с погружным центробежным насосом и устройство для его осуществления
RU2605871C1 (ru) Система управления погружным электроцентробежным насосом
RU2322611C1 (ru) Способ динамической эксплуатации скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом
RU2554692C1 (ru) Электрооборудование для подъема пластовой жидкости на кусте скважин и способ управления им
RU2322571C1 (ru) Способ динамической эксплуатации скважины электронасосом с частотно-регулируемым приводом
US20190128268A1 (en) Rate control for an injection pump

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180616