По мере роста затрат на рабочую силу и развития технологий промышленной автоматизации производители нефти и газа сталкиваются с всё более строгими требованиями к эффективности производства, безопасности оборудования и эксплуатационной надёжности.

Электрические погружные насосы (ESP) являются критически важным оборудованием в современной добыче нефти. Заменив традиционный ручной мониторинг на месте интеллектуальным и автоматизированным управлением, системы управления ESP помогают операторам повысить эффективность производства, снизить операционные риски и поддерживать стабильное производство нефти в сложных условиях скважин.

Обзор электрической погружной насосной системы

Электрический погружный насос (ESP) — это многоступенчатая центробежная подъёмная система, предназначенная для работы глубоко внутри скважины и полного погружения в скважинные жидкости. Полная система ESP обычно состоит из трёх основных секций: скважинного узла, системы ESP кабеля и оборудования для управления поверхностью.

Сверху вниз в скважину обычно входят двигатель ESP, протектор, газосепаратор и многоступенчатый центробежный насос. На поверхности специализированные шкафы управления и трансформаторы обеспечивают питание, регулирование скорости, сбор данных и защиту оборудования.

Во время работы система управления поверхностью подаёт правильно кондиционированную электроэнергию через кабель ESP для привода в действие мотора в скважине. Двигатель приводит в движение многоступенчатые крыльчатые механизмы, которые постепенно увеличивают давление смеси масла и воды внутри скважины. Затем жидкость поднимается на поверхность при воздействии гидростатического давления и сопротивления трубопровода.

В то же время система управления постоянно отслеживает рабочие параметры, такие как температура в скважине, давление и ток двигателя. Основываясь на данных о работе в реальном времени, система осуществляет управление замкнутым контуром с переменной частотой и активирует защитные функции при обнаружении аномальных условий.

01 | Сборка скважины

Скважинная конструкция состоит преимущественно из двигателя ESP, защитного устройства, газосепаратора и многоступенчатого центробежного насоса. Вместе эти компоненты обеспечивают движущую силу и гидравлическую подъемную способность, необходимые для добычи нефти.

Герметичный двигатель ESP обеспечивает механическую энергию всей системы. Его внутреннее изолирующее и смазочное масло помогает изолировать двигатель от коррозийных скважинных жидкостей.

Протектор соединяет двигатель и насос, балансируя внутреннее и внешнее давление. Он также компенсирует тепловое расширение и сжатие изоляционного масла, помогая предотвратить попадание скважинной жидкости в двигатель и вызвать электрические отказы.

Газовый сепаратор удаляет свободный газ из жидкости скважины до его попадания в насос, помогая уменьшить помехи газа и предотвратить газовый замок или ухудшение характеристик, связанное с кавитацией.

Многоступенчатый центрифужный насос использует несколько рабочих колесок для непрерывного повышения давления жидкости шаг за ступенем, преодолевая гидростатическое давление и поднимая образуемую жидкость к поверхности.

Вся скважинная конструкция должна выдерживать тяжёлые условия, включая высокие температуры, высокое давление, высокую солёность и коррозионные жидкости скважин. Он служит основным физическим элементом исполнения для подъёма жидкости.

02 | Кабельная система ESP

Кабель ESP закрепляется по внешней стороне производственной трубы и опускается в скважину вместе с трубочной колонной.

Кабельная система обычно включает силовые кабели и интегрированные сигнальные кабели для мониторинга температуры и давления.

Силовой кабель подаёт стабильную электроэнергию от системы управления поверхностью к мотору ESP в скважине. Он спроектирован так, чтобы выдерживать высокие температуры, давление, масло, воду и другие суровые подводные условия.

Сигнальные кабели передают критически важные рабочие данные с оборудования в систему управления поверхностью в реальном времени, включая температуру двигателя, давление впуска насоса и другие параметры работы.

Это создаёт надёжный канал передачи данных между оборудованием в скважине и устройством управления поверхностью, обеспечивая мониторинг в реальном времени и интеллектуальное управление.

03 | Оборудование для управления поверхностью

Система управления поверхностью построена вокруг отдельного шкафа управления ESP и обычно оснащается ступенчатыми или понижающими трансформаторами, а также компонентами первичного распределения питания.

Трансформатор соответствует доступному напряжению в сети электрическим требованиям оборудования для скважины и обеспечивает соответствующее питание.

Шкаф управления интегрирует привод с переменной частотой, блок управления ПЛК, модули дискретизации напряжения и тока, а также несколько защитных схем.

Он позволяет:

• Управление запуском и стопом ESP

• Регулирование скорости с переменной частотой

• Динамическая регулировка нагрузки

• Защита от перегрузки

• Защита от подгрузки

• Защита от фазовых потерь

• Защита от откачивания и сухого запуска

• Защита от протечек

• Защита от перегрева

При обнаружении аномального рабочего состояния система может немедленно выполнить соответствующую логику отключения и блокировки, обеспечивая комплексную электрическую защиту для стабильной и надёжной работы ESP.

Основные преимущества станции управления FGI FD3300 ESP

Интеллектуальная система управления переменной частотой FGI FGI FD3300 разработана для решения сложных эксплуатационных условий, возникающих в современном нефтедобыче. Его интеллектуальные функции управления и защиты помогают повысить надёжность ESP, сократить незапланированные простои и поддерживать стабильное производство нефти.

01 | Шесть режимов работы для сложных условий скважины

FD3300 поддерживает шесть режимов работы:

• Периодическая работа

• Автоматическое управление переменной частотой

• Переключение частот

• Поддержание параметров

• Снятие газового замка

• Задержанный старт

  

Различные режимы работы можно автоматически выбирать и координировать в соответствии с заранее установленными параметрами.

Это позволяет системе эффективно реагировать на меняющиеся условия скважины, включая колебания уровня жидкости, накопление газа, нестабильное подачу жидкости и начальное попадание.

Гибкая логика работы особенно подходит для суровых нефтяных месторождений, характеризующихся высокими температурами в скважинах, нефтегазовыми смесями и постоянно меняющимися условиями добычи.

В результате FD3300 помогает поддерживать безопасную, стабильную и эффективную работу ESP на протяжении длительного времени.

02 | Три интеллектуальных режима запуска

Система управления предлагает три стартовые стратегии:

• Мягкий старт

• Push Start

• Начало колебаний

  

Мягкий стартуменьшает стартовый ток и минимизирует электрическое и механическое воздействие на оборудование.

Push Startобеспечивает высокий стартовый крутящий момент для преодоления сопротивления, вызванного высоковязкими жидкостями и другими сложными условиями запуска.

Начало колебанийИспользуется контролируемое движение обратного движения для снятия закупорки насоса, вызванных накоплением песка, ошелушением или механическим заеданием песка.

Эти три стартовые стратегии позволяют FD3300 адаптироваться к различным условиям скважин и повысить безопасность и надёжность запуска ESP.

03 | Система иерархической защиты из шести категорий

FD3300 включает архитектуру защиты из шести категорий, охватывающую:

• Защита сети

• Моторная защита

• Защита датчиков скважины

• Защита аналогового сигнала

• Цифровая защита сигнала

• Защита от устойчивости к изоляции

  

Каждая функция защиты может быть настроена с такими параметрами, как:

• Задержка защиты после старта

• Задержка действия защиты

• Заново запустить время ожидания

• Максимальное количество попыток рестарта

• Время сброса счётчика перезапуска
   

Сочетание иерархических задержек защиты и ограниченных попыток автоматического перезапуска помогает отличить временные нарушения от постоянных неисправностей оборудования.

При краткосрочных колебаниях напряжения, помех сигнала или других временных возмущений система может избежать ненужных остановок и поддерживать непрерывность производства.

Если возникает постоянный аппаратный сбой, система может заблокировать оборудование в состоянии отключения, чтобы предотвратить повторные перезагрузки, причиняющие дополнительный ущерб.

Эта стратегия защиты особенно ценна в суровых подводных условиях, где высокие температуры, сложные жидкости и помехи сигналов могут влиять на работу оборудования.

04 | Автоматический расчет и настройка параметров

FD3300 поддерживает автоматический расчет и настройку ключевых рабочих параметров, включая многоточечные параметры V/F и рекомендуемые настройки напряжения трансформатора.

Функции расчёта и настройки параметров интегрированы в интерфейс человека и машины шкафа управления.

Это упрощает ввод в эксплуатацию и снижает ошибки, вызванные ручными расчётами, позволяя более точно настраивать блок питания ESP и параметры управления переменной частотой.

В результате стало более эффективное ввод в эксплуатацию и более точное управление двигателем, что помогает мотору работать в соответствующем диапазоне работы.

05 | Программное обеспечение для надзора и быстрая передача параметров через USB

FD3300 оснащён специализированным программным обеспечением для долгосрочного хранения и анализа исторических операционных данных.

Пользователи могут получать доступ и анализировать операционные записи за несколько дней для поддержки мониторинга оборудования, устранения неисправностей и оптимизации эксплуатации.

Когда нужно заменить существующий блок управления, исходные параметры конфигурации можно быстро скопировать на новое устройство через USB-накопитель.

Миграция параметров может быть завершена примерно в течение5–10 минутчто значительно упрощает ввод в эксплуатацию на месте и сокращает время замены оборудования.

06 | Мониторинг изоляции ESP в реальном времени в сложных связанных условиях

Электродвигатели, кабели, датчики и другие критически важные компоненты ESP работают на тысячи метров под землёй в условиях высокой температуры, высокого давления и высокой коррозии.

В таких условиях эффективность изоляции со временем может постепенно ухудшаться. Поэтому непрерывный мониторинг изоляции является важной частью обеспечения безопасной, надёжной и эффективной работы ESP.

Мониторинг изоляции — это не просто одноразовая проверка оборудования. Это превентивная мера, напрямую связанная с непрерывностью производства, затратами на обслуживание и безопасностью эксплуатации в скважине.

FGI разработала специальную плату обнаружения сопротивления изоляции на основеМетод инжекции низкочастотных частот.

Система позволяет в реальном времени измерять и рассчитывать сопротивление изоляции в сложных условиях, включая системы с питанием постоянного тока с сигналами, связанными с переменным током. Анализируя условия изоляции и выявляя возможные места неисправности, система помогает предотвратить неожиданные перебои в производстве и эскалацию поломок оборудования.

Это обеспечивает дополнительный уровень защиты для безопасной, эффективной и интеллектуальной добычи нефтяных месторождений.

Применение на месторождениях в европейской нефтяной компании

Станция управления FGI FD3300 серии ESP успешно развернута на нефтедобывающей площадке, управляемой европейской нефтяной компанией.

FD3300 заменил прежнее оборудование для управления ESP от другого поставщика, что помогло повысить операционную эффективность и поддержало цели заказчика по снижению эксплуатационных затрат и улучшению производительности производства.

Для этого FGI Suzhou предоставила оборудование в диапазонах мощности 315 кВт и 200 кВт, а также полноценное решение по системе привода.

Во время реализации проекта заказчик требовал от системы:

• Читайте данные с европейского энергосчётчика

• Продолжайте работу автоматически после отключения и восстановления электроснабжения

• Сохранять рабочие параметры и состояние системы во время аномальных питательных событий

Для удовлетворения этих требований FGI адаптировала протокол связи для указанного клиентом измерителя мощности и разработала специальную функцию удержания рабочего состояния.

Эти индивидуальные функции позволили системе FD3300 лучше соответствовать требованиям клиента к полевой эксплуатации и максимизировать доступность системы.

、

01 | Сократить отключения, вызванные временными условиями площадки

Когда возникают временные аномалии из-за колебаний условий работы на поле, FD3300 оснащён механизмом, предназначенным для предотвращения ненужных мгновенных отключений.

Система не запускает последовательность защиты от выключения сразу при обнаружении временной аномалии. Вместо этого соответствующая задержка защиты применяется до выполнения команды выключения.

Это помогает снизить ложные отключения, вызванные временными нарушениями, и поддерживает непрерывную и стабильную работу системы.

Минимизируя ненужные остановки и перезапуски, система также может снизить производственные потери и нагрузку на оборудование.

02 | Автоматический перезагрузка после восстановления по неисправности

FD3300 поддерживает автоматическую перезагрузку после устранения исправных неисправностей.

Когда блок ESP отключается из-за аномального положения на удалённом нефтяном месторождении, система ждёт заранее установленного интервала перезапуска. После возвращения неисправности в норму оборудование может автоматически перезапуститься и возобновить работу без необходимости немедленного ручного вмешательства.

Эта функция особенно ценна для удалённых и неприсмотренных скважин, где отправка персонала на площадку при каждой незначительной неисправности может увеличить время обслуживания и эксплуатационные расходы.

Настраиваемое ограничение попыток перезапуска также помогает предотвратить повторное повреждение оборудования при повторном перезапуске.

03 | Изменения производительности формации матчей для стабильной добычи нефти

Автоматический режим работы с переменной частотой использует обратную связь в реальном времени от давления в скважине, тока нагрузки двигателя и потока в головке для создания стратегии управления с замкнутым контуром.

В зависимости от реальных условий подачи жидкости FD3300 автоматически регулирует частоту и скорость двигателя.

Когда подачи жидкости достаточно, система может увеличить рабочую частоту и скорость для увеличения подъёмной способности ESP.

Когда уровень жидкости снижается или подача жидкости становится недостаточной, система автоматически снижает частоту, чтобы предотвратить чрезмерное снижение жидкости.

Динамически согласуя работу ESP с изменяющейся производительностью пласта, система помогает поддерживать уровень жидкости в скважине в соответствующем рабочем диапазоне и снижает риск откачки, сухой эксплуатации, чрезмерной нагрузки или накопления давления.

Это обеспечивает более стабильную долгосрочную работу ESP и поддерживает надёжную добычу нефти.
 

Интеллектуальная система управления ESP FGI FGI FD3300

FGI FD3300 сочетает в себе управление переменной частотой, интеллектуальные режимы работы, автоматическую защиту, мониторинг в реальном времени, управление параметрами и адаптивное управление в интегрированное решение для управления ESP.

Решая проблемы, связанные с колебаниями в состоянии скважин, удалённой эксплуатацией месторождений, сложными подводными условиями и изменяющейся производительностью пластов, FD3300 помогает нефтяным производителям повысить надёжность оборудования, сократить незапланированные простои, упростить ввод в эксплуатацию месторождений и добиться более стабильной и эффективной добычи нефти.