Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и экспериментальные исследования термостойкой системы погружной телеметрии с повышенными точностными характеристиками для контроля режимов работы и управления работой погружных электродвигателей на скважных электроцентробежных насосах

Номер контракта: 14.578.21.0134

Руководитель: Шульгин Борис Владимирович

Должность руководителя: Профессор

Докладчик: Наронов Александр Сергеевич, Ведущий инженер

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
интеллектуальная скважина, система погружной телеметрии, телемеханическая система, блок погружной, блок наружный, установка электроцентробежного насоса, термостойкость

Цель проекта:
Цель проекта: Поиск и отработка технических решений, основанных на базе инновационных разработок и исследований в области высоконадежной электроники, обеспечивающих создание системы погружной телеметрии (далее СПТ) для контроля и управления режимами работы погружных электроцентробежных насосов при нефтедобыче, с целью сокращения затрат на ввод в эксплуатацию и обслуживание нефтяных скважин, обладающей техническими и эксплуатационными характеристиками, существенно превосходящими существующие аналоги. Решаются следующие ключевые научно-технические задачи: • создание новых технических решений, обеспечивающих стойкость погружных блоков СПТ к агрессивной среде и высоким давлениям в нефтяных скважинах (предлагаемые пути решения: подбор материалов и форм корпусов погружных блоков СПТ, применение точных технологий их изготовления, применение технологий заливки компаундом электронных блоков); • создание новых технических решений, обеспечивающих необходимый ресурс и метрологическую точность погружных блоков СПТ (предлагаемые пути решения: создание систем активного охлаждения, применение новой элементной базы на основе карбида кремния, применение керамических подложек и плат типа LTCC, применение новых датчиков); • создание новых технических решений, обеспечивающих необходимое качество и скорость связи погружного и наземного блоков СПТ (предлагаемые пути решения: схемотехнические решения, применение частотной манипуляции с передачей логических нулей и единиц на разных частотах, применение интегральных преобразований в обработке информации);

Основные планируемые результаты проекта:
Реализация ПНИЭР позволит создать научно-технический задел для создания термостойкой системы погружной телеметрии обладающую следующими основными
отличиями от существующих систем::
1. Увеличенное количество измеряемых параметров;
2. Современный канал связи по существующему кабелю питания ПЭД с применением методов цифровой обработки сигнала позволит повысить уровень помехозащиты и надежность передачи информации. Возможно увеличение скорости передачи измеренных параметров на верхний уровень не менее, чем в два раза по сравнению с существующими системами. Канал связи должен работать при уровне помех в линии, соответствующем полном пробою одной из обмоток ПЭД или развязывающего трансформатора (до 3кВ).
3. Применение в погружном блоке системы стабилизации температуры, что обеспечит комфортную температуру элементной базы. За счет этого срок службы погружного блока составит не менее 2-х лет.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
СПТ должна обеспечивать измерение параметров с приведенной погрешностью, не хуже:
а) температуры ±1%;
б) давления ±1%;
в) вибрации ±5%;
г) передачу измеренных параметров в станцию управления с задержкой - не более 30с.;
д) работу в условиях длительного воздействия повышенной температуры и силовых помех - не менее 2,5 года.

СПТ должна обеспечивать следующие технические характеристики (параметры):
а) диапазон контроля давления от 0 до 320 кгс/см2 с приведенной погрешностью не более ± 1%;
в) диапазон контроля давления от 0 до 320 кгс/см2 с приведенной погрешностью для датчика повышенной точности ± 0,5%, с разрешением 0,01 кгс/см2;
г) долговременный уход приведенной погрешности датчика давления не более 1% в год;
д) диапазон контроля температуры БП от 0 до 150ºС с приведенной погрешностью не более ± 1%;
е) диапазон контроля температуры масла ПЭД, температуры обмоток ПЭД (выносной датчик) от 0 до 200 ºС с приведенной погрешность не более ± 1%;
ж) диапазон контроля вибрации погружного насоса от 0 до 49 м/с² (от 0 до 5g) в диапазоне частот от 10 до 70 Гц с приведенной погрешностью не более ± 5%;
з) диапазон контроля сопротивления изоляции линии связи от 10 до 10000 кОм;
и) Относительная погрешность контроля сопротивления изоляции не более:
в диапазоне от 10 до 1000 кОм ±2%;
в диапазоне от 1000 до 10000 кОм ±5%.
к) время реакции на короткое замыкание линии связи в любом режиме, не более 10 секунд;
л) полный цикл обновления показаний контролируемых параметров должен быть не более 60 сек., для высокоточных исполнений не более 30 секунд.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Система погружной телеметрии – контрольно-измерительный комплекс, предназначенный для дистанционного измерения и контроля режимов работы и управления работой погружных электродвигателей (ПЭД) на скважинных насосах при нефтедобыче.
Разрабатываемая система погружной телеметрии предназначена для автоматизации режимов работы электроприводов нефтедобывающего оборудования.
Реализация предлагаемого проекта будет способствовать достижению следующих научно-технических целей:
• повышение эффективности нефтедобычи (снижение временных и финансовых затрат на единицу добытой нефти), особенно на месторождениях глубокого залегания;
• повышение безопасности нефтедобычи, в том числе экологической.

СПТ должна выполнять измерения, индикацию и передачу внешней системе управления следующих параметров:
1) давление в зоне погружения БП;
2) температура в зоне погружения БП;
3) температура масла ПЭД;
4) температура обмоток ПЭД;
5) виброускорение ПЭД по осям X, Y, Z;
6) сопротивление изоляции линии связи (под линией связи понимаются вторичные обмотки трансформатора питания погружного электродвигателя насоса, силовой кабель питания ПЭД, и обмотки статора ПЭД).

Текущие результаты проекта:
1) Выполнен аналитический обзор, завершены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96, по результатам которых были сформулированы выводы о актуальности проведения ПНИ и возможности дальнейшей коммерциализации разработанных научно-технических результатов. В ходе проведения патентных исследований был обработан информационный массив в объеме порядка 2000 единиц патентных заявок и охранных документов. В результате анализа были выделены технические результаты, на обеспечение которых направлены запатентованные решения. В рамках работы были выполнены следующие задачи: определение уровня техники; выявление тенденций развития объекта исследования; обоснования прогноза развития тенденций; исследования требований потребителей к объекту исследования. На основе этого, были сформулированы требования к разрабатываемой системе и определена структура исследуемого предмета, учитывающие выявленные недостатки существующих решений и тенденции развития техники в данной сфере.
2) Выполнено исследование, обоснование и выбор методов и средств, направлений исследований и способов решения поставленных задач. Было определено, что наилучший результат будет достигнут комплексом методов, включающих как методы имитационного моделирования, так и натурные испытания.
3) Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике. Прогнозные исследования, проводившиеся по аналогичным темам, показали, что одно из наиболее важных изменений, которое должно появляться в результате разработки СПТ, это повышение срока службы электронных модулей погружного блока СПТ при температуре 200 ºС.
4) Разработана структурная схема и сформированы комплексные требования к СПТ. Полученные данные позволят более структурировано вести разработку на последующих этапах.
5) За счет внебюджетного финансирования активно ведутся работы по формированию комплексных требований к элементам экспериментального комплекса для исследования ЭО СПТ. Выпущенные технические требования АРМ исследователя блока погружного, АРМ исследователя блока наружного и структурная схема КЭС, обеспечивающая понимание функционала и технических свойств разрабатываемых исследовательских позиций.