СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫМ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАСОСОМ
SUBMERSIBLE ELECTRIC-CENTRIFUGAL PUMP CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы.
Наиболее близкой по технической сущности является система управления электроцентробежным насосом (см. патент Российской Федерации №2370673, опубл. 20.10.2009, бюл. №29.), содержащая блок задания динамического уровня жидкости, первый и второй апериодические фильтры, датчик динамического уровня жидкости, пропорционально-интегральный регулятор, частотный преобразователь и погружной электроцентробежный насос.
Недостатком наиболее близкой системы управления погружным электроцентробежным насосом является сложность ее технической реализации.
Технический результат достигается тем, что в систему управления погружным электроцентробежным насосом, содержащую блок задания частоты, частотный преобразователь, погружной электроцентробежный насос, причем выход частотного преобразователя подключен к погружному электроцентробежному насосу, введены мультиплексор и таймер, причем первый и второй выходы блока задания частоты соединены соответственно с первым и вторым входами мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом таймера, выход мультиплексора соединен с входом частотного преобразователя.
Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между блоками устройства. Указанная совокупность связей позволяет упростить техническую реализацию системы управления погружным электроцентробежным насосом.
На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления погружным электроцентробежным насосом; на фиг. 2 изображен график изменения заданной частоты на входе частотного преобразователя; на фиг. 3 приведена расчетная схема системы управления погружным электроцентробежным насосом; на фиг. 4 представлен график изменения динамического уровня жидкости в скважине.
Система управления (фиг. 1) погружным электроцентробежным насосом содержит блок 1 задания частоты, мультиплексор 2, частотный преобразователь 3, погружной электроцентробежный насос 4, таймер 5.
Первый и второй выходы блока 1 задания частоты соединены соответственно с первым и вторым входами мультиплексора 2, выход которого соединен с входом частотного преобразователя 3. Выход частотного преобразователя 3 подключен к погружному электроцентробежному насосу 4. Третий вход мультиплексора 2 соединен с выходом таймера 5.
Блок 1 задания частоты, мультиплексор 2, частотный преобразователь 3 и таймер 5 могут быть реализованы, например, на преобразователе MICROMASTER 430 фирмы Siemens с помощью его внутренних функциональных возможностей и BICO-технологии программирования. В частности, например, с помощью параметров Р1000, Р1001, Р1002, Р1016 и Р1017 может быть реализован блок 1 задания частоты. С помощью параметров, например, Р1020 и Р1021, может быть выполнен мультиплексор 2, а с помощью параметров Р2800, Р2850 и Р2851 - таймер 5. Связи между блоками 1, 2, 5 и собственно частотным преобразователем 3 осуществляются, например, с помощью BICO-технологии программирования. 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.
1зтр
Система управления погружным электроцентробежным насосом работает следующим образом. После включения системы управления блоки 1 задания частоты мультиплексор 2 и таймер 5 формируют сигнал на входе частотного преобразователя 3 в соответствии с графиком, приведенным на фиг. 2. Значение f определяется, например, по формуле
дин.тр.
дин.тр.
ст
дин.тр.
ст
скв
сп
ду
нас
пр
где ΔH=H-H;  H и H - требуемый динамический и статический уровни жидкости в скважине (измеряемые от устья скважины); k, k, k и k - коэффициенты передачи скважины, силового (частотного) преобразователя, электродвигателя и насоса соответственно; k - коэффициент продуктивности скважины (нефтяного пласта); ρ - плотность добываемой жидкости; g - ускорение свободного падения.
1зmax
1
2
Величина f, например, выбирается либо номинальной, либо несколько большей исходя из возможностей установки электроцентробежного насоса. Время t определятся допустимой перегрузкой по току (пусковыми токами) и может находиться, например, в пределах 10÷30 с. Время t находится, например, из решения уравнения
дин3
2
дин.тр
з
з
1зmax
1зтр
3
3
2
3
где Н - желаемая величина динамического уровня жидкости в скважине в момент времени t, например, меньше требуемого значения Н на 1 метр;  - постоянная времени скважины; S - площадь затрубного пространства; Δt - время снижения задающего сигнала со значения f до f с заданным темпом, например, 1 Гц за 10 с. Время t определяется как сумма t=t+Δt.
Частотный преобразователь 3 по сигналу задающего воздействия, сформированного в соответствии с графиком, приведенным на фиг. 2, заставляет вращаться асинхронный электродвигатель погружного электроцентробежного насоса 4, в результате чего происходит отбор жидкости из затрубного пространства скважины и динамический уровень начинает изменяться вплоть до требуемого значения.
сп
ду
нас
пр
з
дин.тр
ст
1
2
3
1зmax
1зтр
-6
3
-10
3
3
2
2
Например, скважина 67 Кудиновского месторождения, оснащенная установкой электроцентробежного насоса УЭЦНМ5-80-1200, имеет следующие параметры: k=1; k=6,28 рад/с·Гц; k=2,949·10 м/рад; k=1,0275·10 м/с·Па; ρ=900 кг/м; g=9,81 м/с; S=0,0083 м; Н=935 м; H=200 м. Для этой скважины рассчитаны и заданы следующие параметры графика изменения частоты: t=20 с, t=9620 с, t=189,5 с, f=55 Гц, f=36,05 Гц.
Моделирование предлагаемой системы управления погружным электроцентробежным насосом в программной среде «MATLAB SIMULINK» (фиг. 3) и построение графика изменения динамического уровня жидкости в скважине (фиг. 4) показывают, что в конечном итоге динамический уровень жидкости в скважине придет к требуемому значению - 935 м.
дин
дин.тр
1зтр
Вариация в процессе длительной эксплуатации коэффициента продуктивности пласта или пластового давления приведет к изменению установившегося значения Н. Но если выбирать с соответствующим запасом величину Н и, соответственно, f, то предлагаемая система управления погружным электроцентробежным насосом обеспечит вывод скважины на стационарный режим работы и позволит длительно и бесперебойно ее эксплуатировать.
Таким образом, предложенная система управления погружным электроцентробежным насосом позволяет значительно упростить техническую реализацию.