Автоматизація свердловини з штанговими глибинними насосами

Автоматичнеуправління насосними установками СКН здійснюється блоком управління типу БУС-1, або БУС-ЗМ рис 9.8. Станція керування верстатом-гойдалкою БУС-2 має вибухобезпечне виконання і монтується в спеціальній металевій шафі поблизу верстата-гойдалки. В БУС-2 не передбачено автоматичне керування періодичною експлуатацією малодебітних свердловин.

Інерційний магнітний вимикач ІМВ-1М розроблений спеціально для автоматичного від’єднання двигуна верстата-гойдалки при розриві штанг і полірованого штоку, поломках кривошипно-шатуного механізму і редуктора, зриву верстата-гойдалки з фундаменту.

Манометр ВЕ-16рб працює разом зі станцією БУС-2М і забезпечує автоматичне від’єднання приводу верстата-гойдалки при аварійних тисках.

1 –БУС-2, або БУС-3М; 2-а – ІВМ-1М; 3 – ВЕ-16рб; 4 – технічний манометр; 5 – колонка

Рисунок 9.8 – ФСА свердловини, обладнаної верстатом-гойдалкою

Блок управління БУС-ЗМ, схема якого приведена на рис. 9.9, складається з наступних основних частин: силової частини, призначеної для управління електродвигуном верстата-гойдалки; блоку управління і захисту (БУЗ), що забезпечує формування сигналів управління, контроль стану устаткування верстата-гойдалки і формування сигналу аварійного відключення; первинного перетворювача тиску (ППД), призначеного для формування аварійного сигналу при підвищенні або пониженні тиску у викидному трубопроводі. Структурна схема БУС-3М зображена на рис. 9.9. Вона складається з пристроїв управління, захисту і живлення.

БУЗ – блок управління і захисту верстата-гойдалки; ППТ – первинний перетворювач тиску; ФСЧ – формувач сигналів часу; ЗЧ – задавач тиску; ЛСУ – логічна схема управління; ППСУ – підсилювач потужності сигналів управління; КП – контрольований пункт системи телемеханіки; ФСМП – формувач сигналів миттєвої потужності; ФСАП – формувач сигналів активної потужності; ЧІК – числово-імпульсний код; ФЦВ – формувач циклу вимірювання; ЛП – лічильний пристрій; СП – схема порівняння; СЗВ – схема затримки відключення; СБ – схема блокування; СЗБ – схема знімання блокування; СКМП – схема контролю максимальних перевантажень; СКЦП – схема контролю циклу вимірювання; ППСА – підсилювач потужності сигналів аварії; ТС – трансформатор струму

Рисунок 9.9 – Функціональна схема автоматичного управління і захисту насосними установками СКН-БУС-3М

Пристрій управління включає: формувач сигналів часу (ФСЧ); задавач часу (3Ч); логічну схему управління (ЛСУ); підсилювача потужності сигналів управління (ППСУ). ФСЧ призначений для формування сигналів часу: затримки самозапуску від 10 до 70 с, знімання блокування від 1 до 7, роботи і зупинки від 1 до 29 год при програмному управлінні періодичною роботою верстата-гойдалки. При цьому 3В забезпечує знімання блокування, роботи і зупинки. ЛСУ забезпечує формування сигналів на включення електродвигуна при відновленні напруги в мережі після перерви в постачанні електроенергією, на включення і відключення електродвигуна в програмному режимі роботи, а також видачу сигналів блокування захисту. ППСУ призначені для формування релейних сигналів управління електродвигуном: включення від ЛСУ і від контрольованого пункту (КП) системи телемеханіки; відключення від ЛСУ, від КП системи телемеханіки і аварійного сигналу пристрою захисту.

Пристрій захисту складається з аналогового перетворювача потужності, що включає формувач сигналу миттєвої потужності (ФСМП) і формувач сигналу активної потужності (ФСАП); цифрового аналізатора потужності, в якому є: перетворювач dP/dt в число-імпульсний код (ЧІК), формувач циклу вимірювань (ФЦВ), розрахунковий пристрій (РП), схема порівняння (СП), задавач уставки перевантаження, недовантаження і цифровий індикатор; схеми затримки відключення (СЗВ); схеми блокування (СБ); схеми знімання блокування (СЗБ); схеми контролю максимальних перевантажень (СКМП); схеми контролю циклу вимірювання (СКЦВ); підсилювача потужності сигналів аварії (ППСА).

Аналоговий перетворювач потужності призначений для формування сигналу активної потужності, споживаної електродвигуном. ФСМП забезпечує аналогове перемножування струмового сигналу, що поступає з вторинної обмотки трансформатора струму, і сигналу напруги, що поступає з пристрою живлення. Вхідний сигнал напруги формується пристроєм живлення від фази трифазної мережі живлення електродвигуна, в колі якого встановлений однофазний трансформатор струму. На вході ФСМП формується сигнал миттєвої потужності у вигляді напруги частотою 100 Гц, ФСАП формує сигнал активної потужності Ра у вигляді напруги з періодом коливань, рівним часу циклу роботи СКН, шляхом виділення огинаючої сигналу миттєвої потужності.

Цифровий аналізатор потужності забезпечує контроль відхилення активної потужності протягом кожного циклу верстата-гойдалки від значення, виміряного в нормальному режимі роботи СКН, і формує сигнал аварійного відключення електродвигуна із затримкою при зміні потужності за задані уставки перевантаження (недовантаження).

Контроль відхилення потужності здійснюється шляхом перетворення dP/dt на заданих ділянках кривої потужності електродвигуна в число-імпульсний код, визначення і фіксації кількості імпульсів в нормальному режимі роботи верстата-гойдалки протягом одного циклу вимірювання. В кожному подальшому циклі вимірювання визначають поточне число імпульсів і порівнюють набуте значення із заданим, відповідним нормальному режиму роботи.

Тривалість циклу вимірювання вибирають рівною циклу роботи СКН. Перетворення dP/dt в ЧІК здійснюється порівнянням кривої потужності протягом кожного циклу вимірювання з двома уставками по рівню U_A і U_B, визначенням тривалості проміжків часу знаходження ділянок кривої потужності між двома заданими рівнями і вимірюванням цих тривалостей шляхом заповнення їх імпульсами частотою 100 Гц.

На виході перетворювача dP/dt в ЧІК за один цикл вимірювання формуються послідовно чотири, серії імпульсів. Рівні Uа і Uв встановлюються такої величини, щоб при нормальному режимі роботи СКН за цикл вимірювання на рахунковий пристрій приходило 100±5 імпульсів. Лічильний пристрій рахує імпульси з виходу перетворювача dP/dt в ЧІК, і в кінці циклу вимірювання на виході його формується число Δ n=100— п, де п — поточна кількість імпульсів з виходу перетворювача в ЧІК за один цикл вимірювання. Після закінчення циклу вимірювання формувач циклу вимірювання формує сигнал «Синхронізація», за яким в схемі порівняння виявляється відхилення числа Δ n від заданої уставки перевантаження (недовантаження). Якщо число Δ n більше цих уставок, то на виході СП формується аварійний сигнал, по якому в схемі затримки запам'ятовується ступінь перевантаження або недовантаження електродвигуна шляхом запам'ятовування цифри старшого розряду числа Δ n. Після закінчення сигналу «Синхронізація» ФЦМ формує сигнал «Вуст. 100», по якому РП встановлюється в початковий стан для підрахунку імпульсів в наступному циклі вимірювання. В тому випадку, якщо аварійні сигнали на виході СП формуються в кожному подальшому циклі вимірювання, на виході СЗВ формується аварійний сигнал через час затримки, обернено пропорційний ступеню перевантаження або недовантаження електродвигуна, тобто числу Δ n.

Схема блокування забезпечує блокування захисту в перехідному режимі роботи верстата-гойдалки до відновлення сталого режиму. Введення сигналу блокування здійснюється автоматично при пуску верстата-гойдалки по сигналу «Блокування 1», а також по сигналу «Блокування 2» — при зупинці верстата-гойдалки. Введення сигналу блокування при пуску забезпечує включення електродвигуна СКН за наявності перехідного режиму роботи СКН після тривалих простоїв, що викликають тимчасове відхилення режиму роботи СКН від нормального. Схема об'єму блокування забезпечує автоматичне знімання блокування при встановленні нормального режиму роботи СКН після пуску його або через встановлений задавачем час, якщо нормальний режим не відновлюється (наприклад, при виникненні аварії під час перехідного режиму роботи).

Автоматичне знімання блокування здійснюється наступним чином. Якщо після пуску СКН через певний час, характерний для кожної свердловини, встановлюється нормальний режим роботи, то з виходу СП припиняється надходження сигналів в СЗБ і по мітці часу 0, 01 Г на виході СЗБ формується сигнал «Зняття блокування».

Схема контролю максимальних перевантажень забезпечує захист електродвигуна верстата-гойдалки при максимальних перевантаженнях. Час затримки відключення при цьому рівний 1 с. Схема контролю циклу вимірювання формує аварійний сигнал при обриві фази А електродвигуна і обриві ременів. При цьому крива активної потужності Ра опускається нижче заданої уставки U в, припиняється формування імпульсних сигналів по рівню U в, що поступають на вхід СКЦВ, і по мітці часу 0, 01 Г на виході СКЦВ формується аварійний сигнал через час затримки, рівний 30 с. Аварійні сигнали з виходу СЗВ, СКМП і СКЦВ поступають в підсилювач потужності сигналів аварії, який формує релейний сигнал аварійного відключення на вхід ППСУ, і в систему телемеханіки, а також забезпечує запам'ятовування аварії і її індикацію. Знімання аварії здійснюється від кнопки «Знімання аварії», розташованої в блоці БУЗ, або від кнопки, розташованої на БУС-ЗМ. Первинний перетворювач тиску формує сигнал в ППСА при відхиленні тиску у викидному трубопроводі за задані уставки.

Силова частина призначена для комутації кіл електродвигуна верстата-гойдалки і захисту його від струмів короткого замикання.. Силова частина складається з пристрою управління, що включає магнітний пускач і кнопки управління, перемикача режиму роботи, трансформатора струму (ТС), автоматичного вимикача S, що забезпечує захист від струмів короткого замикання, комутаційних силових елементів.