Автоматическая система управления производительностью газовых скважин

 

(667667

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву-(51) Я Кл 2 (22) Заявлено 11.01.78 (21) 2569796/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано 15.06.79. Бюллетень № 22

F 2! В 43(00

С1 05 В 111 00

Государственный камнтет

СССР

II0 делам нзобретеннй н аткрытнй (53) У !.K622- 76

Дата опубликования описания 25.06.79,2 (088.8} (72 } Автор изобретения

Б. Ф. Тараненко

Специальное проектно-конструкторское бюро «Промавтоматнка» (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕЧА УПРАВ !ЕН!1Я

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ!О ГАЗОВЫ\ СКВАЖИН

Изобретение относится к технике автоматического управления и регулирования и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газовых и газоконденсатных месторождениях с водонапорным режимом эксплуатации.

Известна автоматическая система управления производительностью газовых скважин (1). Система содержит ряд (по числу скважин) автоматических регуляторов давления, отборные устройства которых подключены к гвзосборному коллектору, и исполнительных механизмов, установленных на шлейфах газовых скважин и соединенных с выходом соответствующего автоматического регулятора давления. При изменении отбора газа с промысла или притока газа в газосборный коллектор (например при аварийном или целенеправленном отключении скважины) давление в коллекторе отклоняется от наперед заданного значения.

Автоматические регуляторы воспринимают изменение давления и воздействуют на свои исполнительные механизмы, устанав,lliBûÿ такую пронзводительность скважины, при которой лавлепие в газосборном коллекторе становится равным заданному значению. При этом неизбежны случаи, когда при увеличсчши отбора газа с промысла, аварийном илп плановом отключении скважины автоматические регуляторы p;10oT.IK)LllIIx скважин увеличивают их произволитель— ность ло недопустимых значений.

Перегрузка газовых скважин приводит к нарушению правил эксплуатации недр, преждсвременноу обводнению скважин или разрушению призабойной зоны. что в итоге требует дополнительных затрат на ремонт скважин или приводит к последующему уменьшению их производительности. Указан15 ная система управления не обеспечивает оптимального распределения заланного отбора газа по скважинам.

Известна также автоматическая система управления производительностью газовых

20 скважин, содержащая п (по числу регулируемых и базовых скважин) регуляторов расхода газа, подключенных первым входом к датчикам расхода, а выходом к исполнительным механизмам, установленным на

667667 и;.;.йфах газовых скважин; m (по числу реп!руемых скважин) блоков ограничения .ll! !!ала и регулятор давления, подключен: »:! первым входом к газосборному коллектору, а выходом к блокам ограничения сигнала, связанным с вторым входом ре,-уляropol! расхода регулируемых скважин; и — m р !! ь! з!!датчиков, !!одключенных к вторым ихо.!Hi! р! гуг!5!то :>-. расхода базовых скважин (2)

При изменен:I :H„ i àçà из коллектора давление в ffe .! отклоняется от !!вперед заданного значеflill!. IHBHhfH регулятор давления воспринимает это отклонение и автоматически через блоки ограничения сигнала изменяет задание всем регуляторам расхода. Последние, воздействуя на свои исполнительные механизмы, изменяют производительность газовых скважин до тех пор, пока давление в газосборном коллекторе не восстановится до заданного значения.

3 тех случаях, когда пластовое давление низкое и не позволяет достичь заданного максимально допустимого давления, в газосборном коллекторе на входе главного регулятора давления всегда остается величина разбаланса. Она преобразуется регулятором по пропорционально-интегральному закону в выходной сигнал, величина которого дости,гает предельного значения и всегда превышает значение сигналов, пропорциональных

:максимально допустимым производительностям газовых скважин.

Поэтому блоки ограничения не пропускают выходной сигнал главного регулятора давления: на их выходах остаются сигналы, пропорциональные максимально дoпустимым производительностям скважин.

Эти сигналы проходят (как задание) на вход регуляторов расхода. Регуляторы расхода, воздействуя на исполнительные механизмы, открывают их полностью (па тех скважинах, на которых производительность не достигает максимально допустимого значения) либо до такой величины, при которой производительность скважины равна максимально допустимому значению. Если на производительность скважины налагаются двусторонние ограничения вида q„. (ц,( (q„, где qÄ и q," — минимально и максимально допустймые производительности скважины, то такой режим их работы является оптимальным, так как обеспечивает наибольшее давление в газосборном коллекторе.

Ограничения вида неравенства q. (q ° (q. налагаются на производительность ! 1 ! скважины при газовом режиме эксплуатации месторождения. При водонапорном режиме, который характерен для большинства газовых и газоконденсатных месторождений, на производительность некоторых скважин, например расположенных в приконтурной зоне, налагаются ограничения в виде зо зз ао

4s

so

5S строгих равенств q; =- q, где q — производительность J-oé скважинbl, о!!ределяеMRsl геологической службой газодобывающего предприятия из условия обеспечения заданного закона продвижения воды в газовую залежь.

Скважины, производительность которых должна поддерживаться постоянной, называются базовыми, а скважины, производительность которых может изменяться в заданных двусторонними ограничениями пределах, — регулируемыми.

1.!я автоматического поддержания постоянной производительности базовых скважи! в опис IHHt м<5й системе соответствующие o IDKH ofð;! !и:.ения сигнала заменяютсН ручными задатчпк . ми, при помо5ци которых регуляторами расхи ьа у,:;:павливаютc5l задания q = qô. Регулятор: ра хо.JH. воздействуя А свои исполнительные !еханизмы, поддерживают производительность скважин на заданном значении. При этом, однако, возможны случаи, когда из-за высокого давления в газосборном коллекторе, обеспечиваемого такой системой, производительность некоторых базовых скважин не достигает требуемой величины q = сф да4 же IfpH полностью открытых исполнительных механизмах. Это означает, что одно из основных условий задачи оптимального управления будет нарушено и, следовательно, система не оудет выполнять свои функции.

Д;5я устранения указанного явлеги5я необходи мо определить и установить та кое задание главному регулятору, при котором выполнялись бы условия q.= с!.!!„q. (q ( (q., а давление в коллекторе было бы ! максимальным. Величина этого давления зависит от гидравлических характеристик элементов газосборной сети и пластового давления, которые случайНым образом измеменяются во времени. Поэтому заданное максимальное значение давления должно непрерывно корректироваться.

B известной системе 55е предусмотрена автоматическая коррекция заданного значения давления. Ручное изменение заданного значения выполняется только периодически. Это приводит к нарушению оптимального функционирования системы управления в промежутках между коррекцией, т. е. к понижению ее надежности.

Целью изобретения является повышение надежности функционирования автоматической системы оптимального управления производительностью газовых скважин.

Цель достигается тем, что автоматическая система снабжена устройством селектирования, корректир ющи:,! регулятором и амплитудным ограничителем, при этом входы устройства селектирования подключены к выходам регуляторов расхода базовых скважин, а выход устройства селектирования подключен к второму входу регулятора

667667

5О

55 давления через последовательно соединенные корректирующий регулятор и амплитудный ограничитель.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы управления.

Система включает в себя и (по числу регулируемых скважин 1 и базовых скважин 2) регуляторов 3 расхода газа, подключенных первым входом к датчикам 4 расхода газа, а выходом к исполнительным механизмам 5, установленным на шлейфах

6 газовых скважин; m (по числу регулируемых скважин 1) блоков 7 ограничения сигнала и регулятор 8 давления, подключенный первым входом к газосборному коллектору

9, а выходом к блокам 7 ограничения сигнала, связанным с вторым входом регуляторов 3 расхода регулируемых скважин 1;

Il — m ручных задатчиков 10, подключенных к вторым входам регуляторов 3 расхода базовых скважин 2; устройство 11 селектирования, входы которого связань1 с выходами регуляторов 3 расхода базовых скважин 2, а выход подключен к корректирую<цему регулятору 12; амплитудный ограничитель 13, вход которого связан с корректирующим регулятором 12, а выход — с вторым входом регулятора 8 давления. К газосборному коллектору 9 подключена установка !4 подготовки газа !или дожимная компрессорная станция) .

Автоматическая система работает следующим образсм.

В соответствии а задачей оптимал),ного управления давление в газосборном коллекторе 9 должно быть максимальным, но не больше допустимого значения, определяемого прочностной характеристикой коллектора, при этом производительности скважин не должны выходить за допустимые пределы. Заданное значение давления вводится в регулятор 8 корректирующим регулятором

12 через амплитудный ограничитель 13. Г1оследний настраивается так, что сигнал от корректирующего регулятора 12 проходит на вход регулятора 8 давления без изменений только в том случае, если он не превышает величину, соответствующую допустимому давлению. В противном случае на входе амплитудного ограничителя остается сигнал, соответствующи)4 допустимому давлению. Таким образом, задание регулятору 8 давления может изменяться только в допустимых пределах.

При изменении отбора газа установкой

14 подготовки газа (или компрессорной станцией) давление в газосборном коллекторе

9 отклоняется от заданного значения. Величина разбаланса преобразуется регулятором 8 давления по пропорционально-интегральному закону в сигнал, который через блоки 7 ограничения сигнала поступает как задание на второй вход регуляторов 3 расхода регулируемых скважин 1. Эти регуля5

1а

15 га

jo

4а

45 торы, срав ивая тек щсе зпачешц производительностии соот ветствук) ше и скважины, измеренное дат

3Ha IeHIIe»I, воздсйстнуeT на свои псполнптельныс механизмы 5 д0 теx 110р, пока суммарная производительность скважин пс восстановит давлеHII(в газосборном коллекторе 9 до заданноп> значения. Ири )том производительность регулируемых газ<)вых скважин 1 может изменяться только в допустимых пределах, что обеспечивается б.:и>ками 7 ограничения сигнала. которые на второй вход регуляторов 3 расхода пропуск<<к)1 только допустимую величин) задания.

Регуляторы 3 расхода базовых скважи<1 2 поддерживают производительность пос.ц,lних постоянной. Заданное значение производительности базовых скважин устанавливается ручными задатчпкамп 11!. Регулятора 3 расхода базовых скважин 2 н;1 дежно выполняют свои функции стабилизации производительности только в том случае, если давление в газосборном коллект<>ре 9 не прев IILI;lcT некоторого значения, коТ0р0е )I0)KHO 11;13ваTh 0110pHbl5I. Если давл<ние в газосборном коллекторе 9 больше огн>рного, то хотя бь< один из регуляторов 3 расхода базовых скважин может полно TI>i() открыть исполнитель ы механизм 5, à lip<) изводительность скважины не достигает (из3а противод<)в.)ения со стороны газосбор

Н0Н0 к01лскт<)р,) 9! 3аданног0 3н3

3 с, l<>Bile <1. =- с! - 1«. вып01няется.

Для искл)очеппя такой ситуации в <èi тему управлен1<я введены устройство 1! е< ,1< ктпГ)Ов<11<ия и кор!3ектирук)щий pel ),, IHтор !2. Устройство селектирования из во<.< спгна 108, поступающих на его вход от р<гуляторов 3 расхода базовых скважин 2 и характеризу)ощих степень открытия сooTH< òств ющегo исполнительного механизма 5. пропускает на выход наибольший. Этот сп<нал, характер<<зующий величину проходш>го сечения исполнительного механизма 5 е наибольшим открытием, поступает на вход корректирующего регулятора 12. Последний сравнивает значение сигнала с заданным и отрабатывает пропорционально-интеграл ьное задающее воздействие, которое через амплитудный ограничитель fb поступает на второй вход регулятора 8 давления

Заданное значение проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием устанавливается на корректирующем регуляторе 12 при помощи встроенного ручного задатчика. Количественно оно близко к значению максимально возможной степени открытия. Если текущее значение проходного сечения испол))ительног<) механизма 5 с наибольшим открытием больше заданного, корректирующий регулят );

12 чсрез амплитудный ограничитель !3 ум<п1п)аст заданное значение л))вленнH р< г3, 1тору 8. Б результат< д;)вл 1: 10 н;;130 <><>!667667

7 ном коллекторе 9 уменьшается так, что регулятор 3 расхода базовой скважины 2 с наибольшим открытием исполнительного механизма 5 стабилизирует производительность этой скважины на заданном значении.

При степени открытия исполнительного ме5 ханизма 5, близкой к максимальной (например при использовании пневматических регуляторов с унифицированным выходным сигналом 0,2 — - ? 0 кгс/см- ), заданная степень открытия может определяться да1„1снием 0,99 кгс/см, т. е. будет близка к мак- 1g си мальной (1,0 кгс/с м - ) . П роизводитслив ность других базовых скважин при этом

Поддерживае- ся их регуляторами расхода на заданных значениях при меньших открытиях исполнительных механизмов 5. Если текмщее

15 значение проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открыпгисм меньше заданного, то корректирующий регулятор 12 увеличивает заданное значе.1ие давления регулятору 8. Последний, воздействуя на регуляторы 3 расхода регулируемых о скважин 1, увеличивает давление в газосборном коллекторе 9. 11ри этом производительность базовых скважин 2 начинает уменьшаться. Регуляторы 3 расхода базовых скважин открывают свои исполнительные механизмы 5 с целью поддержания заданной производительности. Процесс изменения задания регулятор) 8 давления, а соответственно. и откры гия исполнительных механизмов 5 базовых скважин 2 III30должается до тех пор, пока теку1цее з -Ia- Зо чение проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытнем не станет равным заданному, т. е. близким к максимально возможному. Большее значение давления в газосборном коллекторе

9 недопустимо, так как в этом случае х1>тя бы один из исполнительных механизмов базовых скважин полностью открывается, а производительность соответствующей ск13ажины не достигает заданного значения.

1 аким образом, корректирующий peryJRTop 12 устанавливает такое задание регулятору 8,1авления, при котором хотя бы один из исполнительных механизмов 5 регуляторов 3 расхода базовых скважин 2 выходит в положение, близкое к полному 45 открытию, поддерживая заданную производительность соответствующей скважины.

Производительность остальных скважин при этом находится в области допустимых значений, а давление в газосборном коллекторе 9 достигает наибольшей величины. Такой режим является субоптимальным. Степень приближения этого режима к оптимальному определяется разностью между максимальным значением проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием 55 и значением, задаваемым корректируюше.;Iу регулятору 12. Если эта разность не превышает 1О/р (0,99 кгс/см относительно

1,0 кгс/см ), режим можно считать оптимальным.

Выходной сигнал корректир K)IIIUIî пропорционально-интегрального регулятора 12 может оказаться больше значения, характеризующего максимально допустимое давление в газосборном коллекторе 9. В этом случае амплитудный ограничитель 13 его не пропускает. На выходс амплитудного ограничителя 13 остается сигнал, пропорциональ ный максимально допустимому давлению в газосборном коллекторе 9. Регулятор 8 поддсрживает указанное давление. Поскольку производительности всех скважин при этом находятся в области допустимых значений, а давление является наибольшим, такои режим также оптимальный.

Технико-экономическое преимущество предлагаемой автоматической системы по сравнению с известной (2) состоит в том, что она обеспе 1ивает автоматическое определение и поддержание максимального давления в газосборном коллекторе. Благодаря этому отпадает необходимость в затратах труда на периодическии расчет и изменение заданного значения давления регулятору 8, а также повышается надежность функционирования системы, так как оптимальный режим выдерживается непрерывно, независимо от изменения гидравлических характеристик элементов газосборной сети и и laстового давления.

Зкономический эффект от использования предложенной системы может быть получен газодобывающим предприятием. Источниками эффективности являются уменьшение трудозатрат на расчет и установку заданного значения давления регулятору 8, а гакже увеличение добычи углеводоро:1ного конденсата (если газ со скважин поступает на установку подготовки газа) или уменьшение энергозатрат на компримирование газа (если газ со скважин поступает на дожимную компрессорную станцию) . Вторым источником эффективности является увеличение давления в газосборном коллекторе в среднем на 1 — -2 кгс1см . Увеличение давления получают 13 результате автоматической непрерывной коррекции заданного значения давления. Увеличение давления газа на

1 кгс/см на входе в компрессорную станцию позволяет уменьшить энергозатраты на

5 — 10%.

На дожимных компрессорных станциях применяются в основном газотурбинные перекачивающие агрегаты, использующие в качестве энергии тепло сжигаемого топливного газа. Расход топливного газа составляет примерно 0,5 — 0,6"/q от количества перекачиваемого газа. Таким образом, использование предлагаемой системы на газовых месторождениях с дожимной компрессорной станцией может дать экономию топ667667

Формула изо бретения

Составитель Н. Чижикова

Редактор Н. Корченко Техред О. Луговая Корректор В. Бутяга

Заказ 3398/27 Тираж 656 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ливного газа примерно 0,025 — 0,06 от количества перекачиваемого газа.

Автоматическая система управления производительностью газовых скважин, содержащая п (по числу регулируемых и базовых скважин) регуляторов расхода газа, подключенных первым входом к датчикам расхода, а выходом к исполнительным механизмам, установленным на шлейфах газовых скважин, m (по числу регулируемых скважин) блоков ограничения сигнала и регулятор давления, подключенный первым входом к газосборному коллектору, а выходом к блокам ограничения сигнала, связанным с вторым входом регуляторов расхода регулируемых скважин, и — m ручных задатчиков, подключенных к вторым входам регуляторов расхода базовых скважин, от гичагощаяся тем, что, с целью повышения надежности, она снабжена устройствоvl селектирования, корректирующим регулятором и амплитудным ограничителем, при этом вхо ды устройства селектирования подключены к выходам регуляторов расхода базовых скважин, а выход устройства селектирования подключен к второму входу регулятора давления через последовательно соединенные корректирующий регулятор и амплитудный ограничитель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Водяник П. Ф. Автоматическое управление газовым промыслом. М., «Недра», 1964.

2. Тараненко Б. Ф. Система автоматического оптимального управления производительностью газовых скважин. «Газовая промышленность» ¹ 7, 1977, с. 21 — 24.