Автоматическая система управления производительностью газовых скважин Советский патент 1979 года по МПК E21B41/00 G05B11/00 

(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТБЮ ГАЗОВЫХ СКЬАЖИН шлейфах газовых скважин; m (по числу регулируемых скважин) блоков ограничения и регулятор давления, подключенный первым входом к газосборному коллектору, а выходом к блокам ограничения сигнала, связанным с вторым входом регуляторов расхода регулируемых скважин; п-m ручных задатчиков, подключенных к вторым входам регуляторов расхода базовых скважин 2. При изменении отбора газа из коллектора давление в нем отклоняется от наперед заданного значении. Главный 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 регуляторо.м по пропорционально-интегральному закону в выходной сигнал, величина которого дости гает пре/1ельного значения и всегда превыщае.т значение сигналов, пропорциональных максимально допустимым производительностям газовых скважин. Поэтому блоки ограниТения не пропускают выходной сигнал главного регулятора давления: на их выходах остаются сигналы, пропорциональные максимально допустимым производительностям скважин. Эти сигналы проходят (как задание.) на вход регуляторов расхода. Регуляторы расхода, воздействуя на исполнительные механизмы, открывают их полностью (на 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. q. , где qi. и q - минимально и максимально допустимые производительности скважины, то такой режим их работы являетсЯ оптимальным, так как обеспечивает наибольщее давление в газосборном коллекторе. Ограничения вида неравенства q. q q. налагаются на производительность скважины при газовом режиме эксплуатации месторождения. При водонапорном режиме, который характерен для больщинства газовых и газоконденсатных месторождений, на производительность некоторых скважин, например расположенных в приконтурной зоне, налагаются ограничения в виде строгих равенств q. qP, где q - производительность j-ой скважины, определяемая геологической службой газодобывающего предприятия из условия обеспечения заданного закона продвижений воды в газовую залежь. Скважины, производительность которых должна поддерживаться постоянной, называются базовыми, а скважины, производительность которых может изменяться в заданных двусторонними ограничениями пределах, - регулируемыми. Для автоматического поддержания постоянной производительности базовых скважин в описываемой системе соответствующие блоки ограничения сигнала заменяются ручными задатчиками, при помощи кото,рых регуляторами расхода устанавливаются задания q- qP. Регуляторы расхода, воздействуя на свои исполнительные механизмы, 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- qP даже при полностью открытых исполнительных механизмах. Это означает, что одно из основных условий задачи оптимального управления будет нарущено и, следовательно, система не будет выполнять свои функции. Для устранения указанного явления необходимо определить и установить такое задание главному регулятору, при котором выполнялись бь1 условия q q. q. , a давление в коллтеторё 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. В известной системе пе предусмотрена автоматическая коррекция заданного значения давления. Ручное изменение заданного значения выполняется только периодически. Это приводит к нарущению 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 автоматичес ая система снабжена устройством селектирования, корректирующим регулятором и амплитудным ограничителем, при этом входь1 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. На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы управления. Система включает в себя п (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; п-m ручных задатчиков 10, подключенных к вторым входам регуляторов 3 расхода базовых скважин 2; устройство 11 селектирования, входы которого связаны с выходами регуляторов 3 расхода базовых скважин 2, а выход подключен к корректирующему 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 14 подготовки газа (или дожимная компрессорная станция). Автоматическая система работает следующим образом. В соответствии с задачей оптимального 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. Последний 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, соответствующий допустимому давлению. Таким образом, задание регулятору 8 давления может изменяться только в допустимых пределах. При изменё нии 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 регуляторы, сравнивая текущее значение производительности соответствующей скважины, измеренное датчиком 4 расхода, с заданным значением, воздействует на свои исполнительные механизмы 5 до тех пор, пока суммарная производительность скважин не восстановит давление в газосборном коллекторе 9 до .заданного значения. При этом производительность регулируемых газовых .скважин 1 можех изменяться только в допустимых пределах, что обеспечивается блоками 7 ограничения сигнала, которые на второй вход регуляторов 3 расхода пропускают только допустимую величину задания. Регуляторы 3 расхода базовь х скважин 2 поддерживают производительность последних постоянной. Заданное значение производительности базовых скважин устанавливается ручными задатчиками 10. Регулятора 3 расхода базовых скважин 2 надежно выполняют свои функции стабилизации производительности только в том случае, если давление в газосборном коллекторе 9 не превышает некоторого значения, которое можно назвать опорным. Если давление в газосборном коллекторе 9 больше опо)ного, то хотя бы один из регуляторов .3 расхода базовых скважин может полностью открыть исполнительный механизм 5, а производительность скважины не достигает (ичза противодавления со стороны газосборного коллектора 9) заданного значения, т.о. условие q- q не выполняется. Для исключения такой ситуации в систему управлеЕшя введены устройство 11 селектирования и корректирующий регулятор 12. Устройство селектирования из всех сигналов, поступающих, на его вход от регуляторов 3 расхода базовых скважин 2 н характеризующих степень открытия соответствующего исполнительного механизма 5. пропускает на выход наибольший. Этот сигнал, характеризующий величину проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием, поступает на вход корректирующего регулятора 12. Последний сравнивает значение сигнала с заданным и отрабатывает пропорционально-интегральное задающее воздействие, которое через амплитудный ограничитель 15 поступает на второй вход регулятора 8 давления. Заданное значение проходного сечения испОлнительного м:еханизма 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 иcпoлlIитfev ьнoгo механизма 5 с наибольшим открытием больше заданного, корректирующий регулятор 12 через амплитудный ограничитель 13 уменьшает заданное значение давления регулятору 8. В результате давление в газосбор- . ном коллекторе 9 ум еньшается так, что регулятор 3 расхода базовой скважины 2 с наибоЛ:БШИМ открытием исполнительного механизма 5 стабилизирует производительность этой скважины на заданном значении. 1Тр ёШ Г откр йт1Я и;егГОЛнитшкногО- механизма 5, близкой к максимальной (на - гГрйдар Прй использовании пневматических регуляторов с унифицированным выходным 0,,0 кгс/см), заданная сте -ЯШ бтКрНтй:я м6жёт Ьпредёля ь1:я давлёнием 0,99 кгс/см, т. е. будет близка к максимальной (1,0 кгс/см2). Производитель:,ность других базовых скважин яри этом поддерживае-Гся их регуляторами расхода на заданныхзначениях при меньших открытиях исполнительных механизмов 5. Если текущее значение проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием меньше заданного, токорректирующий регулятор 12 увеличивает заданное значение давления регулятору 8. Последний, воздействуя на регуляторы 3 расхода регулируемых скважин 1, увеличивает давление в газосборном коллекторе 9. При этом производительность базовых скважин 2 начинает уменьшаться. Регуляторы 3 расхода базо твБгх гкважин открывают свои исполнйтельные механизмы 5 с целью поддержания заданной производительности. Процесс изменения задания регулятору 8 давления, а СбОт етствекно, и- открытия исполнительных механизмов 5 базовых скважин 2 про Должаетея до тех пор, пока текущее значениепроходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием не станет равным заданному, т. е. близким к ЖаксималЬно возможному. Большее значение давления в газосборном коллекторе 9 недопустимо, так как в этом случаехотя бы один из исполнительных механизмов ба зовнх С кважйк поЛностыб открь ваетс я, а производительность соответствующей сква жййы неДостйгаёт заДанного значения. Таким образом, корректирующий регуля1юр 12 УСтанавливаёт такое задание регулятору 8 давления, при котором хотя бы одЯИ из исполнительных механизмов 5 регуляторов 3 расхода базовых скважин 2 выходит в положение, близкое к полному 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 рёжи матеоптимальному определяется разностью между максимальным значением проходного сечения исполнительного механизма 5 с наибольшим открытием и значением, задаваемым корректирующему регулятору 12. Если эта разность не превышает 1% (0,99 кгс/см относительно 1,0 кгc/cм), режим можно считать оптимальным. Выходной сигнал корректирующего проггорционально-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 выходе амплитудного ограничителя 13 остается сигнал, пропорциональный максимально допустимому давлению в газосборном коллекторе 9. Регулятор 8 поддерживает указанное давление. Поскольку пройзводительности всех скважин .при этом находятся в области допустимых значений, а давление является наибольшим, такой режим также оптимальный. Технико-экономическое преимущество предлагаемой автоматической системы по сравнению с известной 2 состоит в том, что она обеспечивает автоматическое определение и поддержание максимального давления в газосборном коллекторе. Благодаря этому отпадает необходимость в затратах труда на периодический расчет и изменение заданного значения давления регулятору 8, а также повйщается надёжность функционирования системы, так как оптимальный режим выдерживается непрерывно, независимо от изменения гидравлических характеристик элементов газосборной сети и пластового давления. Экономический 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 также увеличение добычи углеводородного конденсата (есЛи газ со скважин поступает на установку подготовки газа) или уменьщение энергозатрат на компримирование газа (если газ соскважин поступает на дожимную компрессорную станцию). Вторым источником эффективностиявдяётсяг увеличенке давления в газосборном кoллeкtope в среднем на 1-2 кгс/см. Увеличение давления получают в результате автоматической непрерывной коррекции заданного значения давления. Увеличение давления газа на 1 кгc/cм на входе в компрессорную станцию позволяет уменьшить энергозатраты на 5-10%. На дожймных компрессорных станциях применяются в основном газотурбинные перекачивающие агрегаты, использующие в качестве энергии тепло сжигаемого топливного газа. Расход топливного газа сос.тавляет примерно 0,5-0,6% от количества перекачиваемого газа. Таким образом, использование предлагаемой системы на газовых месторождениях с дожимной компрессорной станцией может дать экономию топ,