УДК 642.245

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ С ЗАБОЙНЫМ ЭЛЕКТРОПАРОГЕНЕРАТОРОМ ДЛЯ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Зырин Вячеслав Олегович
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
канд. тех. наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики,электромеханики

Аннотация
В статье рассмотрены вопросы реализации основных режимов работы электротермического комплекса с забойным элетропарогенератором, приведены рекомендации по построению многоуровневой системы управления как отдельным комплексом, так и всем добычным участком.

Ключевые слова: алгоритм управления, забойный электропарогенератор, импульсно-дозированное тепловое воздействие, паротепловое воздействие, электротермический комплекс


CONTROL SYSTEM FOR ELECTROTHERMAL COMPLEXES WITH DOWNHOLE HEATING DEVICE FOR ENHANCED OIL RECOVERY

Zyrin Viacheslav Olegovich
National mineral resources university (university of mines)
Ph.D., Assistant of the Electrotechnical, electroenergtic, electromechanic department

Abstract
Article shows the main electrothermal complexes main operating modes, the recommendation to building up a multilevel control system, which could manage so the one electrothermal complex, as a whole production unit are given.

Keywords: control algorithm, downhole heating device, electrothermal complex, impulse-dozed heating treatment, thermal steam treatment


Библиографическая ссылка на статью:
Зырин В.О. Система управления электротермическим комплексом с забойным электропарогенератором для добычи высоковязкой нефти // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3645 (дата обращения: 28.05.2017).

Электротермический комплекс, разработанный в горном институте, предназначен для теплового воздействия на продуктивные пласты высоковязкой нефти.   В Санкт-Петербургском государственном горном институте на кафедре «Электротехники и электромеханики» разработан скважинный электродный нагреватель (СЭН) [1] , на основе которого совместно с кафедрой «Техники и технологии бурения скважин» спроектирован электротермический комплекс для теплового воздействия на продуктивные пласты.

Комплекс (рис.1) позволяет выполнять технологические операции по ПТВ, импульсно-дозированному тепловому воздействию (ИДТВ) и термогидродинамическому воздействию. Для этого в состав электротермического комплекса включены устройство тепловой обработки призабойной зоны, насос  с регулируемым электроприводом, ёмкость с котловой водой, насосно-компрессорные трубы (НКТ), водоподающий узел с обратным клапаном. Автоматическое поддержание заданных технологических параметров (напряжение U, ток I, расход котловой воды q, частота вращения насоса ) обеспечивается системой управления СУ [2,3].

Каждому значению часовой мощности Рэ (кВт) при работе скважинного нагревателя должна соответствовать вполне определенная производительность питательного насоса Qводы3/час). В режиме горячей воды скважинный электронагреватель должен работать с максимальным током Imax и питательный насос должен работать с максимальной производительностью Qmax. То есть этот режим является предельным для установленного оборудования. В режиме холодной воды скважинный электронагреватель отключен от источника электроэнергии (тиристоры тиристорного регулятора напряжения полностью закрыты). Ток нагревателя равен нулю, а питательный насос должен по-прежнему работать с максимальной производительностью Qmax.

Функциональная схема управления режимами приведена на рис.2.

Рис.2. Функциональная схема управления электротермическим комплексом

Основу системы управления комплексом составляет программируемое вычислительное и управляющее микропроцессорное устройство (МПСУ), которое собирает, обрабатывает информацию датчиков тока ДТ, напряжения ДН, скорости ДС, давления ДД, расхода ДР, релейной защиты БРЗ и обеспечивает через блок связи БСД  двухстороннюю связь с диспетчерским пунктом.

МПСУ формирует в соответствии с заданным режимом управляющие воздействия для двух взаимосвязанных систем: системы управления током (РТ) забойного электротермического устройства и системы частотного управления скоростью электропривода питательного насоса (ПЧ). В свою очередь эти системы имеют свои локальные системы стабилизации заданных режимов через обратные связи по току и по скорости соответственно.

Задание режимов работы комплекса может выполняться с местного пульта управления (ПУ), размещенного в технологическом контейнере у обрабатываемой скважины, а также дистанционно с пульта управления диспетчера.

Система управления комплексом реализует следующие режимы работы:

1.Задание независимых друг от друга величин тока I   и расхода нагнетаемой воды Q.

2.Режим циклического паротеплового воздействия (ПТВ) – задаются ток забойного электротермического устройства и степень сухости пара на забое.  В этом  режиме МПСУ по току и напряжению вычисляет электрическую мощность, по параметрам таблицы состояний «вода-пар», сохраняемым в памяти устройства, и по заданной степени сухости пара на заданной глубине залегания продуктивного пласта и давлении нагнетания пара вычисляет потребное количество подаваемой воды при вычисленной мощности и формирует управляющие воздействия для регулятора тока и для преобразователя  частоты, обеспечивающие  требуемые значения параметров.

3.Режим периодического теплового воздействия (импульсивно дозированное тепловое воздействие (ИДТВ) – чередующиеся режимы ПТВ и подачи горячей (РГВ) или холодной (РХВ). Задаются параметры ПТВ и параметры РГВ и РХВ с указанием длительности каждого режима.

4.Режим термогидродинамического воздействия – периодическая подача количества воды приблизительно равного объему изолированного пакером призабойного интервала скважины без отключения забойного электронагревателя, прогрев призабойной зоны до полного выкипания поданного количества воды, время которого вычисляется МПСУ.

Управление электротермическим участком представляет многоуровневую систему, все компоненты которой взаимодействуют между собой.

На рисунке 3 показана система управления участком, состоящая из трех уровней.

Верхний уровень представляет собой головной офис добывающей компании. Здесь ведется вся аналитика уровней добычи, схем разработки, объемов закачки, режимов теплового воздействия.

В зависимости от уровня подготовки скважин и ожидаемого уровня нефтеотдачи вырабатываются указания для кустовых ПЛК.

Рисунок 3 – Схема управления электротермическим участком

Со среднего уровня поступают данные о нефтеотдаче, о протекании процесса теплообработки.

Средний уровень управления представляет собой кусты скважин. Здесь учитываются схема разработки скважин, распределение функций скважин – нагнетательная или добывающая, объем закачки для каждой из скважин.

Ведется мониторинг и контроль рабочих параметров для всех скважин, обобщаются данные для представления на верхний уровень.

Задаются:

- для режима ВГВ: объем нагнетания, температура теплоносителя

- для режима ИДТВ: соотношение объемов пара и холодной воды для создания эффективной температуры, время импульсов.

- для режима ПТВ: объем закачки, температуру пара на выходе.

Нижний уровень представляет собой непосредственно скважину и всю установленную автоматику.

Для каждого ПЛК разработан алгоритм управления процессом.

Ведется контроль за всеми рабочими параметрами для правильного функционирования устройства.

При современном уровне беспроводных технологий, контроль и управление всеми процессами внутри скважины осуществляется    дистанционно. Контроллер на скважине осуществляет расчет рабочих параметров режима по заданным параметрам.

Для режима ВГВ:

  1. В памяти контроллера заложена таблица состояний «вода-пар» для выбора соответствующих параметров теплоносителя. По глубине залегания определяется давление, температура кипения, энергия нагрева до температуры кипения, удельный объем воды.
  2. Рассчитывается расход  насоса
  3. Измеряется электропроводность закачиваемой воды
  4. Рассчитывается необходимое значение удельного сопротивления жидкости для реализации заданного значения мощности
  5. Изменением солесодержания достигается необходимое расчетное значение удельного сопротивления
  6. Устанавливается максимальное значение тока
  7. Устройство включается в работу
  8. Производится контроль за параметрами: расходом питательной воды, температурой жидкости в трех точках (на входе,  корпусе ЭПГ, на выходе), давление, уровень воды.

Для режима ИДТВ:

  1. По заданному соотношению рассчитывается объем пара и холодной воды
  2. Рассчитывается  производительность насоса для парообразования
  3. Определяется объем пара за цикл, количество циклов для заданного объема
  4. Устанавливается максимальная величина тока
  5. Устройство включается в работу
  6. Счетчик пара на выходе определяет расход теплоносителя на выходе. Если процесс проходит дольше обычного увеличивается ток.
  7. Когда полностью закачан заданный объем пара, электрод отключают от источника.
  8. Устанавливается максимальная производительность и закачивается рассчитанный объем холодной воды.
  9. Осуществляется контроль за параметрами: расходом питательной воды, температурой жидкости в трех точках (на входе,  корпусе ЭПГ, на выходе), давление, уровень воды, контроль за температурой пласта, близостью ее значения к «эффективной»

Паротепловое воздействие.

  1. Расчет производительности насоса;
  2. Распределение мощности по интервалам;
  3. Измерение проводимости и кривой изменения от температуры;
  4.  Объем пара за цикл, количество циклов за час
  5. Устанавливается максимальный ток;
  6. Устройство включается в работу.

Разработанные алгоритмы управления позволяют осуществлять различные режимы работы электротеплового генератора.


Библиографический список
  1. Пат. 2169830 РФ, МПК Е21B36/04. Электронагревательное устройство тепловой обработки призабойной зоны скважины / Э.А. Загривный, А.Н. Сиротский – №2001100134/03; опубл. 27.06.01, приоритет 05.01.00.
  2. Загривный, Э.А. Экологические и экономические перспективы применения электротермических комплексов для добычи высоковязкой нефти/ Э.А.Загривный, О.Б. Лакота, В.И. Маларев, В.О.Зырин // Нефтяное хозяйство.-2012.-№11- С.118-122.
  3. Пат. РФ. №2451158. Устройство тепловой обработки призабойной зоны скважин – электропарогенератор. Патент на изобретение/ Э.А.Загривный, В.И.Маларев, О.Б. Лакота, Зырин В.О. – 2010147607/03 заявл.22.11.2010; опубл. 20.05.2012.


Все статьи автора «Зырин Вячеслав Олегович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: