3. Датчик деформации типа kg-03

Рисунок 23 - Датчик деформации KG-03

Датчик данного типа будет использоваться в данной системе. Выбор пал на него потому, что он обладает высокой степенью защиты и отлично подходит к данной системе.

Достоинства:

• Относительно низкая стоимость

• Относительная простота устройства

• Приемлемая точность в большинстве нетребовательных приложений

Недостатки:

• Чувствительность к температуре (может быть скомпенсирована)

• Чувствительность к ЭМ-излучению

• Недостаточная чувствительность для некоторых прецизионных приложений.

Параметры, на которые следует обратить внимание при выборе датчиков деформации

• Диапазон измерения. Этот параметр накладывает ограничение на максимальную величину деформации, которую способен зафиксировать датчик. Выход из допустимого диапазона измерения в некоторых случаях может привести к разрушению прибора.

• Разрешение. Основной параметр, характеризующий точность датчиков деформации.

• Чем выше разрешение датчика, тем, как правило, уже его диапазон измерения и выше его цена. У РДД в качестве параметра оценки точности также может быть использованы сведения о процентной погрешности измерения.

• Напряжение выходного сигнала. Необходимо знать величину выходного напряжения для того, чтобы правильно согласовать экстензометр(датчики деформации) с блоками обработки данных, системами контроля и другими устройствами.

• Способ установки. Как правило, экстензометры устанавливаются на поверхность твёрдых тел, для этого их конструкция может иметь специальные приспособления и крепёж. В некоторых случаях (например, ВОДД) чувствительный участок датчика может быть погружен в объём твёрдого тела (например, забетонирован) с целью определения параметров деформации строительных конструкций.

• Степень защиты. Поскольку экстензометры могут использоваться в неблагоприятных и агрессивных условиях, необходимо обратить внимание на параметры их защиты.

• Это может быть индекс IP/IK коды или другие характеристики, указывающие на меру защищённости датчика деформации от внешних воздействий (влаги, давления и пр.).

• Температурный диапазон. Выход за границы температурного диапазона приводит к увеличению погрешности измерения и может послужить причиной выхода измерительного прибора из строя. [8]

Таблица 9 - Основные характеристики резистивного датчика давления

KG-03

Диапазон измерения, мм
Погрешность, %	1…2
Напряжение питания, В	5…10
Рабочая температура,	-40…+80
Степень защиты	Высокая

2. Станция управления шерп-6000 для станков –качалок

Станция управления штанговыми глубинно-насосными установками (СУШГНУ) любых типов. Предназначена для управления приводным электродвигателем станка-качалки, автоматического регулирования режима работы и защиты приводного и технологического оборудования ШГНУ. Основана на базе преобразователя частоты РЭН2Н. Мощность 5,5 - 75 кВт.

Рисунок 24 – Станция управления типа ШЕРП

Впервые в технологии нефтедобычи возможность качественного улучшения экономических, технологических и эксплуатационных показателей предприятий, использующих штанговые глубинно насосные установки.

Увеличение нефтедобычи до полной (или - целесообразной) реализации добычных возможностей скважины. Рост продуктивности обеспечивается увеличением заполнения плунжера пластовой жидкостью до максимального значения путем автоматического формирования оптимального закона изменения частоты качания в пределах цикла при автоматически устанавливаемой частоте качания,

а также за счет увеличения коэффициента подачи насоса на 5¸6%. Коэффициент заполнения достигает 75¸90% против существующего 40¸50%.

Исключение аварий наземного и подземного скважинного оборудования - наличие полной информации о режиме работы оборудования позволяет максимально быстро реагировать на превышение нагрузки на балансире, зависание штанг, обрыв штанг в нижней части колонны, изменение динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, возникновение парафиновых пробок в НКТ, а также защищать приводное оборудование ШГНУ от любых нештатных ситуаций.

Увеличение срока службы механического оборудования скважины за счет автоматического снижения динамической составляющей и ограничения суммарной нагрузки на балансире, как следствие, нагрузки узлов и механизмов скважинного оборудования, исключение многих потенциальных аварий; исключения ударов в механическом оборудовании при каждом пуске и самозапуске двигателя и при проведении пуско-наладочных работ.

Снижение удельного энергопотребления - до 40% и более за счет увеличения общего КПД ШГНУ при увеличении коэффициента заполнения насоса, а также полного отсутствия потребления реактивной мощности из питающей сети при любой нагрузке на электродвигатель, что, к тому же, позволит отказаться от использования косинусных конденсаторных батарей компенсации cosφ.

Упрощение и снижение объема эксплуатационных и ремонтных работ нефтедобывающих предприятий на скважинном оборудовании за счет значительного упрощения монтажных и пусконаладочных работ, исключения или значительного сокращения потребности в обследованиях, резкого уменьшения объема работ по контролю и настройке режимов работы ШГНУ в процессе эксплуатации скважины с остановкой работающего оборудования, исключение необходимости в регулярном выезде бригад осмотра и контроля - в случае установки в РЭН2Н канала передачи данных, что в совокупности обеспечивает сокращение эксплуатационных затрат на 30¸50%.

Любой уровень автоматизации - от наиболее простых (для одной скважины) вплоть до организации АСУТП нефтепромыслов по радиоканалу.

Таблица 10 - Сравнение станций управления ШГНУ по функциональным возможностям

Параметр сравнения	Стандартная станция управления станкомкачалкой без преобразователя частоты;		Станция управления с общепромышленным преобразователем частоты;	Станция управления ШЕРП-6000 со специализированным преобразователем частоты
Диапазон мощностей приводных двигателей, кВт	5,5...55		5,5...55	5.5...55
Диапазон изменения частоты вращения приводного двигателя, %
	нет		10...100	5...200
Вид торможения в течение одного цикла качания	нет		динамическое	рекуперация в сеть

Типы входных/выходных сигналов и интерфейсов	нет, релейные	аналоговые, RS-232/485, релейные	аналоговые, RS-232/485, релейные
Конструктивное исполнние/степень защиты Станции Управления	УХЛ1/IP54	УХЛ1/IP43	УХЛ1/IP54
Диапазон рабочих температур преобразователя частоты	нет	0..+40 °С (макс.-10..+50 °С)	-60..+60 °С

Таблица 11 - Сравнение станций управления ШГНУ по диагностическим функциям

Ваттметрирование	нет	есть	есть
Динамометрирование	нет	есть	есть
Определение изменения динамического уровня	нет	есть	есть
Определение момента редуктора	нет	нет	есть
Определение заполнения насоса	нет	нет	есть
Определение коэффициента хода насоса	нет	нет	есть
Определение деформации штанг	нет	нет	есть
Определение неуравновешенности	нет	есть	есть

Таблица 12 - Сравнение станций управления ШГНУ по технологическим функциям

Автоматическая самонастройка	нет	нет	есть
Снижение динамических усилий в механизме станка	нет	есть	есть
Плавный пуск/стоп и каждый самозапуск	нет	есть	есть
Плавное изменение частоты качания	нет	есть	есть

Дистанционное управление ШГНУ	нет	есть	есть
Автоматизированное управление по ваттметрограмме	нет	нет	есть
Управление по технологическому параметру	нет	есть	есть
Управление по совокупности технологических параметров	нет	нет	есть
Доступность точной балансировки механизма станкакачалки	нет	есть	есть
Наращивание функциональных возможностей	нет	нет	есть

Таблица 13 - Сравнение станций управления ШГНУ по защитным функциям

От зависания штанг	нет	нет	есть
От обрыва штанг у насоса	нет	нет	есть
От обрыва подвески штанг	нет	есть	есть
От обрыва ремней	нет	есть	есть
От обрыва шатуна	нет	есть	есть
От заклинивания штанг	нет	есть	есть
От превышения давления	есть	есть	есть
От перегрева ЭД4 и станции управления	нет	есть4	есть
От короткого замыкания в нагрузке	нет	есть	есть
От обрыва/перекоса фаз в нагрузке	нет	есть	есть
Максимально-токовая от перегрузки приводного ЭД	есть	есть	есть

Функциональные возможности.

• плавный безударный запуск приводного электродвигателя станка-качалки с программируемым временем разгона;

• плавный безударный самозапуск с программируемым временем задержки самозапуска после пропадания напряжения;

• бесступенчатое изменение числа качаний станка-качалки в автоматическом и ручном режиме от 0 до 200% номинального числа качаний;

• автоматическая самонастройка режима откачки с обеспечением максимального заполнения плунжерного насоса;

• регулирование скорости движения штанговой колонны от цикла к циклу и внутри цикла по любому заданному закону;

• автоматическая стабилизация динамического уровня скважины;

• автоматическое ограничение динамических усилий в станке-качалке и штанговой колонне;

• регулятор (ограничитель) нагрузки на балансире с широкими возможностями настройки;

• возможность реализации автоматической системы управления каждой ШГНУ, замкнутой по любому технологическому параметру (или по их совокупности);

• возможность точной балансировки (уравновешивания) кривошипно-балансирного механизма станка-качалки;

• возможность дистанционного управления режимом работы ШГНУ;

• обеспечение энергосберегающих функций;

• повышение энергетических показателей приводного оборудования (повышение cosj);

• возможность установки электродвигателя любого типа (в том числе высокоскоростных, с повышенным скольжением);

• возможность значительного снижения установленной мощности устанавливаемого электродвигателя;

• наращивание функциональности станции управления путем установки датчиков технологического параметра и смены программного обеспечения.

Защитные функции СУШГНУ.

Станция управления ШЕРП-6000 обладает наиболее широким набором защитных функций:

• максимальная токовая защита;

• защита от короткого замыкания в нагрузке;

• защита от обрыва/перекоса фаз питающего напряжения;

• защита от перегрева двигателя и станции управления;

• защита от обрыва или проскальзывания ремней;

• защита от превышения давления в выкидном трубопроводе;

• защита от заклинивания редуктора;

• защита от обрыва штанговой подвески;

• защита от обрыва штанг, в том числе в нижней части колонны;

• защита от зависания штанг (исключение зависания штанг);

• защита от недопустимого снижения динамического уровня.

Диагностические возможности. Во время работы СУШГНУ ШЕРП-6000 доступна следующая информация о состоянии и режиме работы ШГНУ:

• состояние ШГНУ (работает/не работает);

• частота (длительность цикла) качания;

• текущий ток электродвигателя станка-качалки;

• текущая мощность электродвигателя станка-качалки;

• потребление электроэнергии за заданный период времени;

• текущий момент на валу кривошипа;

• текущая нагрузка на балансире (динамограмма);

• текущая коэффициент заполнения и хода насоса;

• текущее значение подачи штангового насоса (расчетное);

• определение неуравновешенности станка-качалки (коэффициент неуравновешенности).

Опционально в ШЕРП-6000 может быть установлен канал передачи данных (проводной или радиоканал). При этом появляется возможность использования ШЕРП-6000 в качестве нижнего звена АСУ ТП, что делает доступным всю информацию удаленным пользователям.

Коммуникационные возможности:

1. Входные сигналы пользователя:

• дискретные 0..24 В, гальванически развязанные - 8 шт.;

• аналоговые 0(4)..±20 мА, 0..±10 В, гальванически развязанные - 2 шт.

1. Выходные сигналы пользователя:

• дискретные 0..24 В, гальванически развязанные - 4 шт.;

• аналоговые 0(4)..±20 мА, 0..±10 В, гальванически развязанные - 2 шт.

Цифровые сигналы:

• RS232, стандартный СОМ-порт, гальванически развязанные ‑ 2 канала;

• RS485, шинная реализация, гальванически развязанные ‑ 3 канала, интерфейс Modbus RTU;

• CAN (опционально).

Таблица 14- Технические характеристики станции управления станками-качалками ШЕРП-6000

Ряд номинальных мощностей	5.5, 7.5, 11, 15, 22, 37, 55 и 75 кВт
Номинальное входное напряжение питающей сети	трехфазное регулируемое 380В, 50 (60)Гц
Выходное напряжение	трехфазное 0...380В, 0...100Гц
Допустимые отклонения амплитуды входного напряжения	от -25%Uн до +15%Uн
Допустимые отклонения частоты входного напряжения	от -5 Гц до +10 Гц
Допустимая кратность перегрузки по выходному току	2Iн
Форма выходного тока	синусоидальная

Коэффициент полезного действия	не ниже 0.97
Входной коэффициент мощности	не ниже 0.96
Режим работы	длительный, непрерывный
Алгоритм управления приводным двигателем	векторное управление
Группа механических воздействий по ГОСТ 17516.1-90	М2, М6
Климатические исполнения по ГОСТ 15150-69	У, УХЛ, ХЛ, Т
Категория размещения по ГОСТ 15150-69	1
Конструктивное исполнение по ГОСТ 14254-80	герметичный шкаф IP54

Конструктивные особенности.

Станция управления ШЕРП-6000 конструктивно выполнена в виде шкафа (оболочки) напольного размещения. Шкаф ШЕРП-6000 разделен на два независимых отсека - коммутационный и силовой. В коммутационном отсеке размещается контакторная и коммутационная силовая аппаратура, токоограничивающий реактор (при необходимости). В силовом отсеке расположен преобразователь частоты, система управления и модуль контроля климата СУШГНУ.

Конструктивно составляющие силового отсека выполнены в виде съемных блоков. Во время замены блоков силового отсека двигатель станка-качалки может работать в нерегулируемом режиме с ручным управлением, выполняя все функции стандартного нерегулируемого блока управления. Места подключения штатных датчиков и проводной стыковки с АСУТП расположены в нижней части коммутационного отсека. Органы управления ШЕРП-6000 (кнопки, разъемы стыковки с ПК, разъемы подключения диагностического оборудования) и сигнализации (индикаторные лампы) вынесены на внешнюю часть двери силового отсека.

Таблица 15- Габаритно-установочные размеры СУШГНУ ШЕРП-6000

ШЕРП-6000,по мощности	5.5, 7.5, 11 кВт	15, 22, 37 кВт	55, 75 кВт
Высота шкафа, мм	1550	1800	2060
Длина шкафа, мм	800	800	900
Глубина шкафа, мм	480	540	620

В комплект поставки СУШГНУ ШЕРП-6000 входит:

• Шкаф СУШГНУ ШЕРП-6000 соответствующего типоразмера;

• Датчик положения ротора и кривошипа;Динамограф (1 шт. на партию 10-20 шт.);

• Переносное устройство управления (1 шт. на партию 10-20 шт.);

• Комплект программного обеспечения для платформы Windows;

• Комплект документации на ШЕРП-6000;

Рисунок 8– Станция управления типа ШЕРП

Процесс монтажа ШЕРП-6000 аналогичен монтажу стандартного блока управления без регулируемого электропривода. Процесс наладки максимально автоматизирован - производится автоматически средствами станции управления перед вводом в эксплуатацию на протяжении 10-15 минут. При выходе из строя модуля силовой части или системы управления замена на новый модуль может быть произведена на протяжении 20-30 минут силами неквалифицированного обслуживающего персонала.

Увеличение нефтедобычи до полной (или - целесообразной) реализации добычных возможностей скважины. Рост продуктивности обеспечивается увеличением заполнения плунжера пластовой жидкостью до максимального значения путем автоматического формирования оптимального закона изменения частоты качания в пределах цикла при автоматически устанавливаемой частоте качания, а также за счет увеличения коэффициента подачи насоса на 5-6%. Коэффициент заполнения достигает 75-90% против существующего 40-50%.

Исключение аварий наземного и подземного скважинного оборудования - наличие полной информации о режиме работы оборудования позволяет максимально быстро реагировать на превышение нагрузки на балансире, зависание штанг, обрыв штанг в нижней части колонны, изменение динамического уровня жидкости в затрубном пространстве, возникновение парафиновых пробок в НКТ, а также защищать приводное оборудование ШГНУ от любых нештатных ситуаций

Увеличение срока службы механического оборудования скважины за счет автоматического снижения динамической составляющей и ограничения суммарной нагрузки на балансире.

Как следствие, нагрузки узлов и механизмов скважинного оборудования, исключение многих потенциальных аварий; исключения ударов в механическом оборудовании при каждом пуске и самозапуске двигателя и при проведении пуско-наладочных работ.

Снижение удельного энергопотребления - до 40% и более за счет увеличения общего КПД ШГНУ при увеличении коэффициента заполнения насоса, а также полного отсутствия потребления реактивной мощности из питающей сети при любой нагрузке на электродвигатель, что, к тому же, позволит отказаться от использования косинусных конденсаторных батарей компенсации cos(f)

Упрощение и снижение объема эксплуатационных и ремонтных работ нефтедобывающих предприятий на скважинном оборудовании за счет значительного упрощения монтажных и пусконаладочных работ, исключения или значительного сокращения потребности в обследованиях, резкого уменьшения объема работ по контролю и настройке режимов работы ШГНУ в процессе эксплуатации скважины с остановкой работающего оборудования, исключение необходимости в регулярном выезде бригад осмотра и контроля - в случае установки в РЭН2Н канала передачи данных, что в совокупности обеспечивает сокращение эксплуатационных затрат на 30-50%.

Любой уровень автоматизации - от наиболее простых (для одной скважины) вплоть до организации АСУТП нефтепромыслов по радиоканалу. [7]