Электротехнические комплексы нефтегазодобычи (стр. 12 )

106. Sobol' I. M., Myshetskaya E. E. Convergence Estimates for Crude Approximations of a Pareto puters&Maths with Applies, 2002. Vol.44. - Pp.877-886.

107. Statnikov R. B., Bordetsky A., Statnikov A. Multicriteria Analysis of Real-Life Engineering Optimization Problems: Statement and Solution // Nonlinear Analysis. 2005. - № 63. - Pp. e 685-e 696.

Системы и алгоритмы энергосберегающего управления частотно-регулируемыми электроприводами штанговых скважинных насосных установок

Цель работы:

Разработать методы, систем и алгоритмов энерго - и ресурсосберегающего управления системой «частотно-регулируемый электропривод — станок-качалка — штанговая скважинная насосная установка», обеспечивающих повышение энергетической эффективности и ресурса работы оборудования.

В работе требуется решить следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ современных типов электроприводов ШСНУ и систем их управления.

2. Разработать математическую модель системы «частотно-регулируемый электропривод - станок-качалка - штанговая скважинная насосная установка», описывающую кинематические, динамические и электромеханические процессы, происходящие в элементах системы.

3. Определить законы движения точки подвеса колонны штанг, обеспечивающие снижение максимальных значений усилий в элементах ШСНУ.

4. Разработать и исследовать систему управления частотно-регулируемым электроприводом ШСНУ, обеспечивающую требуемый закон движения ТПКШ с целью снижения максимальных значений усилий в элементах установки, а также поддержание динамического уровня нефти в скважине, на заданном уровне с целью согласования производительности насоса с дебитом скважины.

5. Разработать датчик параметров движения ТПКШ и датчик угла наклона балансира станка-качалки для организации обратной связи в системе управления по положению ТПКШ.

6. Разработать метод определения динамического уровня нефти в скважине по ваттметрограмме для организации обратной связи в системе управления по технологическому параметру.

Методы исследования, используемые в работе:

При решении поставленных в работе задач использовались методы математического моделирования электрических машин, кинематики и динамики механизмов, а также систем с распределенными параметрами; методы электромеханических и электрогидравлических аналогий; аналитические и численные методы прикладной математики. В работе широко использовались методы имитационного компьютерного моделирования электротехнических и механических систем, а также экспериментальные исследования в лабораторных и промысловых условиях.

Актуальность работы:

Современное состояние нефтедобывающей промышленности Российской Федерации характеризуется тем, что большинство нефтяных месторождений находятся в завершающей стадии разработки, отличительной особенностью которой являются низкие темпы добычи нефти и ее высокая себестоимость. Снижение темпов добычи нефти обуславливает увеличение числа скважин, эксплуатируемых штанговыми скважинными насосными установками, доля которых на отдельных нефтепромыслах достигает 80%, а в среднем составляет около 50% от общего числа нефтедобывающих скважин. В структуре затрат на добычу нефти с использованием ШСНУ амортизационные отчисления составляют 30%, а расходы на электроэнергию - от 20 до 25%. Поэтому одним из важнейших факторов развития нефтедобывающей промышленности в условиях современной рыночной экономики является повышение энергетической эффективности и ресурса работы оборудования ШСНУ, что в настоящее время является крайне актуальной проблемой.

Перспективным направлением решения указанной выше проблемы является совершенствование электротехнической части системы «электропривод — станок-качалка — штанговая скважинная насосная установка», а также разработка новых методов и систем управления электроприводами ШСНУ, обеспечивающих снижение энергопотребления установки и повышение срока службы оборудования. Этому вопросу посвящены труды многих ведущих ученых, таких как Ершов М. С., Зюзев A. M., , Парфенов А. Н., ,Чаронов В. Я., , и других.

В настоящее время большинство ШСНУ оснащаются нерегулируемыми электроприводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, применяются электроприводы по системе «тиристорный преобразователь напряжения - односкоростной АД» и по системе «тиристорный преобразователь напряжения - двухскоростной АД». Однако указанные типы электроприводов обладают низкими энергетическими показателями и не обеспечивают требуемого диапазона регулирования производительности насоса в непрерывном режиме работы установки, что существенно ограничивает возможности оптимизации технологического процесса. Кроме того, электроприводы на основе тиристорных преобразователей напряжения ограничены в возможностях обеспечения энерго - и ресурсосбережения ШСНУ.

В этих условиях становится целесообразным применение частотно-регулируемых электроприводов ШСНУ, которые обладают возможностью плавно регулировать среднюю и мгновенную скорости вращения вала кривошипа станка-качалки в широком диапазоне скоростей и, таким образом, обладают наилучшими возможностями по обеспечению энерго - и ресурсосбережения установки. Однако, несмотря на все преимущества, частотно-регулируемые электроприводы до настоящего времени не получили широкого применения в качестве приводов ШСНУ, что объясняется, главным образом, отсутствием комплексных исследований кинематических, динамических и энергетических процессов, происходящих в системе «частотно-регулируемый электропривод — станок-качалка - штанговая скважинная насосная установка» с целью разработки новых методов, систем и алгоритмов энерго - и ресурсосберегающего управления ЧРЭП ШСНУ.

Рекомендации по содержанию работы (содержание теоретической и экспериментальной частей корректируется по указанию научного руководителя или по заданию предприятия-заказчика при выдаче задания на выполнение работы):

Введение

Глава 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

1.1 Обзор существующих способов эксплуатации нефтедобывающих скважин

1.2 Обзор современного состояния электроприводов штанговых скважинных насосных установок

1.3 Постановка задач для исследований

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ «ЭЛЕКТРОПРИВОД — СТАНОК-КАЧАЛКА - ШТАНГОВАЯ СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА»

2.1 Структурная схема математической модели системы «электропривод - станок-качалка - штанговая скважинная насосная установка»

2.2 Математическая модель электропривода станка-качалки

2.3 Математическая модель кинематики станка-качалки

2.3.1 Определение параметров движения кривошипа станка-качалки при заданных законах движения точки подвеса колонны штанг (решение обратной задачи кинематики)

2.3.1.1 Решение обратной задачи кинематики для угла поворота кривошипа станка-качалки

2.3.1.2 Решение обратной задачи кинематики для скорости вращения кривошипа станка-качалки

2.3.1.3 Решение обратной задачи кинематики для углового ускорения кривошипа станка-качалки

2.3.1.4 Результаты решения обратной задачи кинематики станка-качалки

2.3.2 Определение параметров движения точки подвеса колонны штанг при заданном законе движения кривошипа станка-качалки (решение прямой задачи кинематики)

2.4 Математическая модель динамики станка-качалки

2.5 Математическая модель системы «колонна штанг - плунжерный насос - столб жидкости - колонна насосно-компрессорных труб»

2.6 Оценка адекватности разработанных математических и имитационных моделей системы «электропривод — станок-качалка —штанговая скважинная насосная установка»

Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ТОЧКИ ПОДВЕСА КОЛОННЫ ШТАНГ

3.1 Классификация усилий, зависящих от параметров движения точки подвеса колонны штанг

3.2 Закон движения точки подвеса колонны штанг при равенстве сил инерции, сил трения и сил, возникающих в результате продольных колебаний

3.3 Закон движения точки подвеса колонны штанг, обеспечивающий снижение максимальных значений сил инерции

3.4 Закон движения точки подвеса колонны штанг, обеспечивающий снижение максимальных значений сил трения

3.5 Закон движения точки подвеса колонны штанг, обеспечивающий снижение максимальных значений сил, возникающих в результате продольных колебаний

Глава 4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ШТАНГОВОЙ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

4.1 Структурная схема системы автоматического управления частотно-регулируемым электроприводом штанговой скважинной насосной установки

4.2 Система автоматического регулирования мгновенной скорости вращения

4.3 Экспериментальные исследования системы автоматического регулирования мгновенной скорости вращения

4.4 Система автоматического регулирования средней скорости вращения

Глава 5. РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ШТАНГОВОЙ СКВАЖИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

5.1 Датчик параметров движения точки подвеса колонны штанг

5.1.1 Анализ погрешностей акселерометра

5.1.2 Разработка методов определения параметров движения точки подвеса колонны штанг

5.1.3 Экспериментальные исследования датчика параметров движения

5.2 Датчик угла наклона балансира станка-качалки

5.3 Система определения динамического уровня нефти в скважине по ваттметрограмме на основе нейронных сетей Заключение

Расширенный список рекомендуемой литературы:

1. Агагусейнов  автоматического контроля работы штанговых глубиннонасосных установок: автореф. дис. . канд. техн. наук / . Баку, 1986. - 16 с.

2. Адонин  нефти штанговыми насосами / . М.: Недра, 1979. - 213 с.

3. Адонин  глубиннонасосной нефтедобычи / . М.: Недра, 1964. -264 с.

4. Аливердизаде  индивидуальные приводы глубиннонасосной установки (станки-качалки) / . Баку, Гостопиздат, 1951. — 216 с.

5. Аливердизаде  штангового глубинного насоса / . М.: Недра, 1973.- 192 с.