Материал: Автоматизация электроцнтробежного насоса кустовой площадки Салымского месторождения нефти

Автоматизация электроцнтробежного насоса кустовой площадки Салымского месторождения нефти

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Уфимский государственный нефтяной технический университет"

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

УДК 681.5:622.276.054.23

Рецензент к защите допущен

Зав. кафедрой АТПП,

проф. А.П. Веревкин

Дипломный проект

Автоматизация электроцнтробежного насоса кустовой площадки Салымского месторождения нефти

Студент гр. АГз 06-01

Е.Ю. Чарыкова

Руководитель

канд. техн. наук, доц.

С.В. Светлакова

Консультанты:

С.В. Светлакова, А.А. Гилязов,

Е.В. Астафьев, М.Ю. Прахова

Уфа, 2012

Реферат

автоматизация насос электроцентробежный нефть

Дипломный проект 105 с., 24 рисунка, 21 таблица, 15 формул, 34 использованных источников, 1 приложение.

Электрический центробежный насос, автоматизация, станция управления, телеметрия, система погружной телеметрии, насос, погружной электрический двигатель, датчик, скважина, "Электрон-ТМС-3"

Объектом исследования является система автоматизации электрического центробежного насоса.

В процессе исследования рассмотрено устройство и технология ЭЦН, выполнен патентный анализ аналогов СУ ЭЦН и ТМС, произведен сравнительный анализ ТМС, изучена возможность применения СПТ в рассматриваемой системе автоматизации ЭЦН.

Цель работы - анализ существующего уровня автоматизации ЭЦН скважины кустовой площадки Салымского месторождения нефти и модернизация системы автоматизации ЭЦН.

В результате исследования рекомендована к применению система погружной телеметрии "Электон-ТМС-3".

Технико-экономические показатели свидетельствуют об ожидаемом снижении затрат на обслуживание в размере 346,250 тыс. руб./год.

Внедрение отсутствует.

Эффективность проекта основывается на повышении эффективности работы и снижении трудоемкости обслуживания оборудования.

Содержание

Определение, обозначения и сокращения

Введение

. Описание технологического объекта ЭЦН

.1 Описание кустовой площадки Салымского месторождения

.2 Компоненты ЭЦН

.3 Преимущества и недостатки ЭЦН

.4 Описание технологии ЭЦН

. Патентная проработка

2.1 Выбор и обоснование предмета поиска

.2 Регламент патентного поиска

.3 Результаты поиска

.4 Анализ результатов поиска

3. Описание и работа системы автоматизации ЭЦН

3.1 Структура автоматизации ЭЦН

.2 Описание и работа станции управления "ЭЦН-8"

3.2.1 Общие принципы работы "ЭЦН-8" в составе системы АСУТП

3.2.2 Описание интерфейса "ЭЦН-8"

3.2.3 Использование СУ ЭЦН

3.2.4 Техническое обслуживание "ЭЦН-8"

3.2.5 Монтаж и подключение "ЭЦН-8"

.3 Станция управления общекустовая

3.3.1 Устройство и работа общекустовой станции "ДСКМ.421415.001"

3.3.2 Работа СУ общекустовой в составе АСУТП

3.3.3 Взаимодействие СУ общекустовой с локальной сетью куста скважин

3.3.4 Описание интерфейса обмена с ДП

3.3.5 Монтаж и подключение

.4 Пункт управления АСУТП

.5 Система телеметрии

.6 Система телекоммуникаций

.7 Система противоаварийной защиты ЭЦН

. Анализ систем погружной телеметрии ЭЦН

.1 Анализ неисправностей ЭЦН

.2 Обоснование необходимости модернизации ЭЦН

.3 Сравнительный анализ ТМС

.4 Описание выбранной СПТ "Электон-ТМС-3"

. Охрана труда и техника безопасности

.1 Анализ потенциальной опасности и производственной вредности при автоматизации скважин ЭЦН

5.1.1 Характеристики добываемой нефти с точки зрения взрывопожароопасности, токсичности и вредности

5.1.2 Опасности, возникающие при обслуживании электрооборудования ЭЦН

5.2 Мероприятия по обеспечению промышленной безопасности и без вредных условий труда при автоматизации ЭЦН

5.2.1 Мероприятия по технике безопасности при автоматизации ЭЦН

5.2.2 Мероприятия по промышленной санитарии

5.2.3 Мероприятия по пожарной безопасности

.3 Расчет заземления электрооборудования УЭЦН

. Оценка экономической эффективности проекта ТМС

.1 Краткое описание предложения модернизации системы автоматизации ЭЦН

.2 Методика расчета экономической эффективности

.3 Исходные данные для расчета эффективности проекта ТМС

.4 Расчет экономического эффекта проекта ТМС

Заключение

Список использованных источников

Приложение А (обязательное)

Определения, обозначения и сокращения

Введение

Нефтегазодобывающая промышленность с открытием новых месторождений нуждалась в насосах для отбора из скважины большого количества жидкости. Широкое применение получили скважинные центробежные насосы с электроприводом. При больших отборах жидкости из скважины установки ЭЦН наиболее экономичные и наименее трудоемки при обслуживании, по сравнению с компрессорной добычей и подъемом жидкости насосами других типов [1].

На нефтяных промыслах в настоящее время находятся в эксплуатации несколько десятков типоразмеров отечественных и импортных погружных центробежных электронасосов с двигателями погружного типа. С помощью этих насосов получают свыше 70% общего количества нефти, добытого механизированным способом. Разработан и находится в эксплуатации широкий ряд оборудования для автоматизации управления УЭЦН: СУ, тиристорные станции плавного пуска, выходные фильтры, СПТ и т.д.

АСУТП кустов скважин предназначена для управления общекустовым оборудованием добычи нефти на кусте, при которой обеспечивается наибольшая производительность с наименьшими затратами ресурсов, экономия которых является актуальной проблемой.

Большинство АСУТП состоят из следующих объектов ТП:

первичные средства автоматизации;

оборудование с локальными системами автоматизации;

общекустовая СУ: сбор и первичная обработка информации; реализация алгоритмов автоматического регулирования, программно-логического управления, защит и блокировок; обмен данными с вышестоящим уровнем и реализация команд вышестоящего уровня;

многофункциональный АРМ оператора (ДП);

сервер базы данных.

Цель данного дипломного проекта - совершенствование существующей системы автоматизации ЭЦН кустовой площадки Салымского месторождения.

Задачами дипломного проекта являются:

изучение технологии автоматизации ЭЦН;

патентный анализ аналогов СУ ЭЦН и ТМС;

описание устройства и принципа работы СУ ЭЦН, СУ общекустовой, СПТ ЭЦН, систем телеметрии и телекоммуникаций;

проведение анализа и выбор оборудования для модернизации системы автоматизации ЭЦН;

расчет эффективности проекта.

Рассматриваемая система автоматизации ЭЦН расположена на кусту №100 Лемпинской площади Салымского месторождения Ханты-Мансийского автономного округа.

При работе над проектом были использованы материалы ООО "РН-УфаНИПИнефть".

1. Описание технологического объекта ЭЦН

1.1 Описание кустовой площадки Салымского месторождения

Рассматриваемая в данном дипломном проекте система автоматизации ЭЦН расположена на кусту №100 Лемпинской площади Салымского месторождения Ханты-Мансийского автономного округа.

В 1990 году началась промышленная разработка месторождений Лемпинской площади Салымского месторождения. Более 20 лет осуществляется разработка по добыче углеводорода. План по добыче нефти растет с каждым годом. Запасы месторождения очень велики.

Вблизи от федеральной трассы Тюмень - Ханты-Мансийск находится село Лемпино. Именно населенный пункт дал название Лемпинской площади Салымского месторождения, на котором ведутся разработки по добыче нефти.

Лемпинская площадь была открыта еще в 1965 году, но промышленная разработка началась лишь в 1990-м.

За эти годы здесь добыто более 11 млн. т. нефти. На Лемпинской площади расположены дожимная насосная станция, кустовая насосная станция по закачке рабочего агента в пласт, 18 кустовых площадок. Действующий фонд - 191 нефтяная скважина. Самой первой из них 22 года.

Согласно статистике, показатели добычи в 2002 году составляли 620 тыс. т., в 2003-м - 840 тыс. Затем произошел небольшой спад, а с 2007-го вновь начался ее рост: в 2007 году - 815 тыс. т., в 2008-м - 887 тыс. т., в 2009-м - 873 тыс. т., в 2010-м - 931 тыс. т., в 2012 году запланировано добыть около 1 млн. т. нефти.

Каждое из месторождений имеет свои особенности [3]. Северо-Салымское - более старое, чтобы увеличить объемы добычи нефти, необходимо постоянно проводить геолого-технологические мероприятия. На Салымском месторождении изначально разработка велась фонтанным способом, а теперь - механизированным способом добычи. Лемпинская площадь - одна из самых молодых территорий по сроку эксплуатации. После построенных двух административно-бытовых корпуса, сюда переехала опорная база цеха, ранее располагавшаяся на Салымском месторождении, где был вахтовый поселок. В цехе работают 55 человек, на Лемпинской площади задействованы 37 - инженерно-технический персонал и сварочное звено. На месторождении трудятся две бригады операторов добычи. С 2006 года темпы бурения на Лемпинской площади начали расти. Так в 2006 году были введены в строй 7 новых скважин, в 2007-м - 14, в 2008-м - 3, в 2009-м - 10, в 2010-м году - 16 скважин, а на 2012 год запланирован ввод еще 20 скважин. Прирост добычи идет по большей части за счет запуска в строй сотого куста, там пробурено уже 15.

В 2008-2009 годах на Лемпинской площади была произведена забурка боковых стволов на пяти скважинах. Средний дебит по скважинам составляет 83 тонны. В 2011 году пробурены три скважины со средним дебитом 79,1 тонны.

1.2 Компоненты ЭЦН

Система ЭЦН состоит из нескольких компонентов, которые вращают последовательно соединенные центробежные насосы для повышения давления скважинной жидкости и подъема ее на устье. Энергия для вращения насоса обеспечивается высоковольтным (от 3 до 5 кВ) источником переменного тока, который приводит в действие специальный двигатель, способный работать при высоких температурах до 150°C и высоких давлениях до 34 MПa в скважинах глубиной до 3,7 км с потребляемой мощностью до 750 кВт. В ЭЦН применяется центробежный насос, который соединен с электродвигателем и работает при погружении в скважинную жидкость. Герметично изолированный электродвигатель вращает серию рабочих колес. Каждое рабочее колесо в серии подает жидкость через отвод во входное отверстие рабочего колеса расположенного над ним. На рисунке 1.1 изображено устройство и компоненты ЭЦН [2].

В типовом 10-и сантиметровом ЭЦН, каждое рабочее колесо дает прибавку давления примерно 60 кПа. Например, типичный 10-ти секционный насос создает давление около 600 кПа на выходе. Лифт и производительность насоса зависят от диаметра рабочего колеса и ширины лопатки рабочего колеса.

- гидрозащита; 2 - насос; 3 - кабельная линия; 4 - НКТ; 5 - пояс; 6 - оборудование устья скважины; 7 - СУ; 8 - трансформатор

Рисунок 1.1 - Устройство установки ЭЦН

Давление насоса является функцией количества рабочих колес. В качестве примера, 7-ми секционный насос с мощностью 0,37 кВт может откачивать большой объем воды при низком давлении, тогда как 14-ти секционный насос с мощностью 0,37 кВт откачает меньший объем, но при более высоком давлении. Как во всех центробежных насосах, увеличение глубины скважины или давления на выходе приводит к снижению производительности.

В системах ЭЦН электродвигатель располагается внизу компоновки, а насос сверху. Электрический кабель крепится к наружной поверхности НКТ и компоновка в сборе спускается в скважину таким образом, что насос и электродвигатель находятся ниже уровня жидкости. Система механических уплотнений и выравнивающее/предохранительное уплотнение (равнозначные названия) используются для предотвращения поступления жидкости в электродвигатель и устранения опасности короткого замыкания. Насос может быть подсоединен либо к трубе, к гибкому шлангу, либо спущен по направляющим рельсам или проволоке таким образом, что насос садится на фланцевую муфту с лапой и при этом обеспечивается соединение с компрессорными трубами. При вращении электродвигателя вращение передается на рабочее колесо в батарее последовательных центробежных насосов. Чем больше секций имеет насос, тем выше будет подъем жидкости.

Электродвигатель подбирается с учетом потребностей насоса. Насос проектируется для откачки определенного объема жидкости. Вал может быть изготовлен из монель-металла, а секции из коррозионно- и износостойкого материала. Насос имеет роторно-центробежное действие. Защитный узел крепится сверху насоса для изолирования электродвигателя и для обеспечения движения вала в центре для привода насоса.

Кабель проходит из верхней части электродвигателя, сбоку от насоса/уплотнения, и крепится к внешней поверхности каждой НКТ по всей длине лифтовой колонны от электродвигателя до устья скважины, а затем до электрораспределительной коробки. Кабель состоит из трех жил защищенного и изолированного непрерывного провода. Ввиду ограниченного зазора вокруг насоса/уплотнения, в промежутке от электродвигателя до НКТ выше насоса используется плоский кабель. В этом месте он сращивается с менее дорогим круглым кабелем, который проходит до устья. Кабель может иметь металлическую оболочку для защиты от повреждения.

Кабель в сборе состоит из основного кабеля - круглого типа "КПБК" (кабель, полиэтиленовая изоляция, бронированный, круглый) или плоского - "КПБП", присоединенного к нему плоского кабеля с муфтой кабельного ввода (удлинитель с муфтой). Структура "КПБК" и "КПБП" изображена на рисунке 1.2.

Кабель "КФСБ" с фторопластовой изоляцией предназначен для эксплуатации при температуре окружающей среды до +60^оС.