ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ СКВАЖИНОЙ С ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Полезная модель относится к частотно-регулируемому электроприводу в нефтедобыче, автоматизации скважин и может быть использована для управления электроприводами скважин, эксплуатируемых глубиннонасосным способом.
Известна система для контроля станка-качалки («Reciprocating pump control system», патент США №6890156 от 10.05.2005), содержащая пользовательский интерфейс, контроллер и преобразователь частоты. Система позволяет пользователю управлять динамикой работы штанговой насосной установки, в контроллере заложено математическое описание геометрии станка-качалки. Система позволяет осуществлять внутриходовую модуляцию, регулируя скорость вращения электродвигателя таким образом, чтобы перемещение точки подвеса штанг происходило с постоянной скоростью.
К недостаткам системы относятся отсутствие датчиков технологических параметров, по информации с которых можно бы было осуществлять автоматическое регулирование электропривода, а также отсутствие блока радиоканала для передачи данных на диспетчерский пункт и телеуправления.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно указать устройство для анализа и контроля режима работы станка-качалки по динамограммам («Apparatus for analysis and control of a reciprocating pump system by determination of a pump card», патент США №8036829 от 11.10.2011), содержащее датчики усилия и положения, скважинный контроллер, преобразователь частоты и блок радиоканала. Система предназначена для управления вертикальными и наклонными скважинами, эксплуатируемыми штанговыми глубинными насосами. По измеренной с помощью датчиков усилия и перемещения устьевой динамограмме в контроллере осуществляется вычисление плунжерной динамограммы, по результатам анализа которой производится управление электроприводом скважины.
Недостатками устройства являются отсутствие датчиков угла поворота ротора электродвигателя и угла поворота кривошипа, что снижает качество управления электроприводом, а также отсутствие контроля потребляемой электродвигателем электроэнергии.
Задачей полезной модели является повышение качества управления электроприводом скважины, а также повышение информационной обеспеченности процесса эксплуатации скважины.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем датчик усилия, датчики устьевого и затрубного давления, скважинный контроллер, преобразователь частоты и радиопередатчик дополнительно установлены датчик угла поворота кривошипа станка-качалки, датчик угла поворота ротора электродвигателя и датчики ваттметрирования.
На фиг.1 приведена схема интеллектуальной станции управления скважиной с частотно-регулируемым электроприводом, содержащей датчик 1 усилия, датчик 2 устьевого давления, датчик 3 затрубного давления, скважинный контроллер 4, преобразователь 5 частоты, радиопередатчик 6, датчик 7 угла поворота кривошипа станка-качалки, датчик 8 угла поворота ротора электродвигателя и датчики 9 ваттметрирования. Схема установки датчиков и элементов интеллектуальной станции управления показана на фиг.2.
На фиг.3 показано устройство датчиков угла поворота ротора электродвигателя и кривошипа станка-качалки. Оба датчика имеют одинаковую конструкцию и представляют собой устанавливаемый на вал 10 хомут 11 с выступающими металлическими метками 12. При вращении вала 10 метки 12 проходят мимо индуктивного датчика 13 положения, при этом вырабатываются электрические импульсы. Для определения начала отсчета угла первая метка 14 имеет большую длину, чем остальные. Использование такого датчика позволяет не просто фиксировать начало нового оборота вала, как это происходит в существующих системах, а определять угол внутри каждого оборота. Это дает возможность более точно определять положение штока станка-качалки и повысить качество регулирования.
Устройство работает следующим образом. При эксплуатации скважины с датчиков технологических параметров, а именно датчика 1 усилия, датчика 2 устьевого давления, датчика 3 затрубного давления поступает информация в скважинный контроллер 4. Дополнительно установлены датчик 7 угла поворота кривошипа станка-качалки, датчик 8 угла поворота ротора электродвигателя и датчики 9 ваттметрирования. По информации с датчика 7 угла поворота кривошипа станка-качалки, используя геометрические размеры элементов станка-качалки, вычисляется положение штока и угол наклона балансира. По информации с датчиков технологических параметров скважинный контроллер 4 вычисляет динамограмму и ваттметрограмму, анализируя которые определяет оптимальную скорость вращения электропривода и подает управляющий сигнал на преобразователь 5 частоты. Радиопередатчик 6 используется для передачи на диспетчерский пункт информации с технологических датчиков и дистанционного управления электроприводом. Использование датчика 7 угла поворота кривошипа станка-качалки и датчика 8 угла поворота ротора электродвигателя позволяет повысить точность определения положения штока и угла поворота ротора электродвигателя, что дает возможность улучшить качество процесса регулирования электропривода.