.jpg?imageView2/1/format/webp)
Khi chi phí lao động tiếp tục tăng và công nghệ tự động hóa công nghiệp phát triển, các nhà sản xuất dầu khí phải đối mặt với các yêu cầu ngày càng khắt khe về hiệu quả sản xuất, an toàn thiết bị và độ tin cậy vận hành.
Hệ thống bơm chìm điện (ESP) là thiết bị quan trọng trong sản xuất dầu hiện đại. Bằng cách thay thế giám sát thủ công truyền thống tại chỗ bằng kiểm soát thông minh và tự động, các hệ thống điều khiển ESP giúp người vận hành nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm rủi ro vận hành và duy trì sản lượng dầu ổn định trong điều kiện giếng phức tạp.
Bơm chìm điện (ESP) là hệ thống nâng ly tâm nhiều giai đoạn được thiết kế để hoạt động sâu bên trong giếng và luôn ngâm hoàn toàn trong chất lỏng giếng. Một hệ thống ESP hoàn chỉnh thường bao gồm ba phần chính: lắp ráp dưới giếng, hệ thống cáp ESP và thiết bị điều khiển bề mặt.
Từ trên xuống dưới, bộ phận dưới giếng thường bao gồm động cơ ESP, bộ bảo vệ, bộ tách khí và bơm ly tâm đa tầng. Trên bề mặt, các tủ điều khiển chuyên dụng và máy biến áp cung cấp nguồn điện, điều chỉnh tốc độ, thu thập dữ liệu và bảo vệ thiết bị.
Trong quá trình vận hành, hệ thống điều khiển bề mặt cung cấp nguồn điện được điều chỉnh đúng cách qua cáp ESP để điều khiển động cơ dưới giếng. Động cơ điều khiển các cánh quạt đa tầng, giúp tăng dần áp suất hỗn hợp dầu-nước bên trong giếng. Chất lỏng sau đó được nâng lên bề mặt chống lại áp suất thủy tĩnh và lực cản của đường ống.
Đồng thời, hệ thống điều khiển liên tục giám sát các thông số vận hành như nhiệt độ dưới giếng, áp suất và dòng động cơ. Dựa trên dữ liệu vận hành thời gian thực, hệ thống thực hiện điều khiển vòng kín tần số biến đổi và kích hoạt các chức năng bảo vệ khi phát hiện điều kiện bất thường.
Bộ phận dưới giếng chủ yếu bao gồm động cơ ESP, bộ bảo vệ, bộ tách khí và bơm ly tâm nhiều tầng. Các thành phần này cùng nhau cung cấp lực đẩy và khả năng nâng thủy lực cần thiết cho sản xuất dầu.
Động cơ ESP kín cung cấp năng lượng cơ học cho toàn bộ hệ thống. Dầu cách nhiệt và bôi trơn bên trong giúp cách ly động cơ khỏi các chất lỏng giếng ăn mòn.
Bộ bảo vệ kết nối động cơ và bộ bơm trong khi cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài. Nó cũng bù đắp cho sự giãn nở và co lại nhiệt của dầu cách điện, giúp ngăn chất lỏng giếng lọt vào động cơ và gây ra sự cố điện.
Bộ tách khí loại bỏ khí tự do khỏi chất lỏng giếng trước khi vào bơm, giúp giảm nhiễu khí và ngăn ngừa suy giảm hiệu suất do tắc khí hoặc cavitation.
Bơm ly tâm nhiều giai đoạn sử dụng nhiều cánh quạt để liên tục tăng áp suất chất lỏng từng giai đoạn, vượt qua áp suất thủy tĩnh và nâng chất lỏng sản xuất lên bề mặt.
Toàn bộ bộ lắp ráp dưới giếng phải chịu được các điều kiện khắc nghiệt, bao gồm nhiệt độ cao, áp suất cao, độ mặn cao và chất lỏng giếng ăn mòn. Nó đóng vai trò là đơn vị thực thi vật lý chính cho việc nâng chất lỏng.
Cáp ESP được cố định dọc theo bên ngoài ống sản xuất và hạ xuống giếng cùng với dây ống.
Hệ thống cáp thường bao gồm cáp nguồn và cáp tín hiệu tích hợp để giám sát nhiệt độ và áp suất.
Cáp nguồn cung cấp điện ổn định từ hệ thống điều khiển bề mặt đến động cơ ESP dưới giếng. Nó được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao, áp suất, dầu, nước và các điều kiện khắc nghiệt khác dưới giếng.
Cáp tín hiệu truyền dữ liệu vận hành quan trọng từ thiết bị dưới giếng đến hệ thống điều khiển bề mặt theo thời gian thực, bao gồm nhiệt độ động cơ, áp suất đầu vào bơm và các thông số vận hành khác.
Điều này tạo ra kết nối dữ liệu đáng tin cậy giữa thiết bị dưới giếng và bộ điều khiển bề mặt, cho phép giám sát thời gian thực và điều khiển thông minh.
Hệ thống điều khiển bề mặt tập trung quanh một tủ điều khiển ESP chuyên dụng và thường được trang bị biến áp tăng hoặc giảm cùng các thành phần phân phối nguồn sơ cấp.
Máy biến áp phù hợp với điện áp lưới có sẵn với yêu cầu điện của thiết bị dưới giếng và cung cấp nguồn điện phù hợp.
Tủ điều khiển tích hợp bộ truyền động tần số biến đổi, bộ điều khiển PLC, các mô-đun lấy mẫu điện áp và dòng điện, cùng nhiều mạch bảo vệ.
Nó cho phép:
Điều khiển khởi động và dừng ESP
Điều chỉnh tốc độ biến đổi theo tần số
Điều chỉnh tải động
Bảo vệ quá tải
Bảo vệ chống chịu tải
Bảo vệ mất pha
Bảo vệ khi bơm và chạy khô
Bảo vệ rò rỉ
Bảo vệ quá nhiệt
Khi phát hiện điều kiện hoạt động bất thường, hệ thống có thể ngay lập tức thực thi logic tắt và khóa tương ứng, cung cấp bảo vệ điện toàn diện cho hoạt động ESP ổn định và đáng tin cậy.
Hệ thống điều khiển tần số biến thiên thông minh FGI FD3300 được thiết kế để giải quyết các điều kiện vận hành phức tạp gặp phải trong sản xuất dầu hiện đại. Các chức năng điều khiển và bảo vệ thông minh giúp cải thiện độ tin cậy của ESP, giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch và hỗ trợ sản xuất dầu ổn định.
FD3300 hỗ trợ sáu chế độ hoạt động:
Hoạt động định kỳ
Điều khiển tần số biến thiên tự động
Chuyển mạch tần số
Bảo trì thông số
Loại bỏ khóa khí
Khởi động muộn
Các chế độ vận hành khác nhau có thể được tự động chọn và phối hợp theo các tham số đã thiết lập.
Điều này cho phép hệ thống phản ứng hiệu quả với điều kiện giếng thay đổi, bao gồm mức chất lỏng dao động, tích tụ khí, nguồn cung cấp chất lỏng không ổn định và va chạm khởi động.
Logic vận hành linh hoạt đặc biệt phù hợp với môi trường mỏ dầu khắc nghiệt với nhiệt độ sâu cao, hỗn hợp dầu-khí và điều kiện sản xuất thay đổi liên tục.
Do đó, FD3300 giúp duy trì hoạt động ESP an toàn, ổn định và hiệu quả trong thời gian dài.
Hệ thống điều khiển cung cấp ba chiến lược khởi đầu:
khởi động mềm
Khởi động Đẩy
Khởi đầu dao động
khởi động mềmgiảm dòng điện khởi động và giảm thiểu tác động điện và cơ học lên thiết bị.
Khởi động ĐẩyCung cấp mô-men xoắn khởi động cao để vượt qua lực cản do chất lỏng có độ nhớt cao và các điều kiện khởi động khó khăn khác.
Khởi đầu dao độngsử dụng chuyển động tân có kiểm soát để giúp giải phóng tắc nghẽn bơm do cát tích tụ, cặn vặn hoặc dính cơ học.
Ba chiến lược khởi động này cho phép FD3300 thích nghi với các điều kiện giếng khác nhau và nâng cao độ an toàn, độ tin cậy khi khởi động ESP.
FD3300 tích hợp kiến trúc bảo vệ gồm sáu hạng mục bao phủ:
Bảo vệ lưới điện
Bảo vệ động cơ
Bảo vệ cảm biến dưới giếng
Bảo vệ tín hiệu analog
Bảo vệ Tín hiệu Kỹ thuật số
Bảo vệ điện trở cách điện
Mỗi chức năng bảo vệ có thể được cấu hình với các tham số như:
Trì hoãn bảo vệ sau khi khởi động
Trì hoãn hành động bảo vệ
Khởi động lại thời gian chờ
Số lần khởi động lại tối đa
Khởi động lại thời gian đặt lại bộ đếm
Sự kết hợp giữa độ trễ bảo vệ theo hệ thống phân cấp và số lần khởi động lại tự động hạn chế giúp phân biệt nhiễu tạm thời với lỗi thiết bị kéo dài.
Đối với các biến động điện áp ngắn hạn, nhiễu tín hiệu hoặc các nhiễu tạm thời khác, hệ thống có thể tránh các lần tắt máy không cần thiết và duy trì liên tục sản xuất.
Nếu xảy ra lỗi phần cứng kéo dài, hệ thống có thể khóa thiết bị ở trạng thái tắt máy để ngăn việc khởi động lại nhiều lần gây thêm hư hại.
Chiến lược bảo vệ này đặc biệt có giá trị trong môi trường khắc nghiệt dưới giếng, nơi nhiệt độ cao, chất lỏng phức tạp và nhiễu tín hiệu có thể ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị.
FD3300 hỗ trợ tính toán và cấu hình tự động các thông số vận hành chính, bao gồm các thông số V/F đa điểm và các thiết lập điện áp biến áp được khuyến nghị.
Các chức năng tính toán và cấu hình tham số được tích hợp vào giao diện người-máy của tủ điều khiển.
Điều này giúp đơn giản hóa việc vận hành và giảm sai sót do tính toán thủ công, cho phép cấu hình chính xác hơn các thông số nguồn ESP và điều khiển tần số biến đổi.
Kết quả là việc vận hành hiệu quả hơn và điều khiển động cơ chính xác hơn, giúp động cơ dưới giếng hoạt động trong phạm vi hoạt động phù hợp.
FD3300 được trang bị phần mềm giám sát chuyên dụng để lưu trữ lâu dài và phân tích dữ liệu vận hành lịch sử.
Người dùng có thể truy cập và phân tích hồ sơ vận hành trong nhiều ngày để hỗ trợ giám sát, khắc phục sự cố và tối ưu hóa vận hành thiết bị.
Khi cần thay thế bộ điều khiển hiện có, các tham số cấu hình gốc có thể nhanh chóng được sao chép sang thiết bị mới qua ổ USB.
Việc di chuyển tham số có thể hoàn tất trong khoảng thời gian5–10 phút, đơn giản hóa đáng kể việc vận hành tại chỗ và giảm thời gian thay thế thiết bị.
Động cơ ESP, cáp, cảm biến và các bộ phận quan trọng khác hoạt động hàng nghìn mét dưới lòng đất trong môi trường nhiệt độ cao, áp suất cao và ăn mòn cao.
Trong những điều kiện như vậy, hiệu suất cách nhiệt có thể dần suy giảm theo thời gian. Giám sát cách nhiệt liên tục do đó là một phần quan trọng để đảm bảo hoạt động ESP an toàn, đáng tin cậy và hiệu quả.
Giám sát cách nhiệt không chỉ là kiểm tra thiết bị một lần. Đây là biện pháp phòng ngừa liên quan trực tiếp đến tính liên tục sản xuất, chi phí bảo trì và an toàn vận hành dưới giếng.
FGI đã phát triển một bảng phát hiện điện trở cách điện chuyên dụng dựa trênphương pháp tiêm tần số thấp.
Hệ thống cho phép đo và tính toán điện trở cách điện theo thời gian thực trong các điều kiện phức tạp, bao gồm các hệ thống chạy điện một chiều với tín hiệu AC. Bằng cách phân tích điều kiện cách điện và xác định các vị trí lỗi tiềm ẩn, hệ thống giúp ngăn chặn các gián đoạn sản xuất bất ngờ và sự gia tăng sự cố thiết bị.
Điều này cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung cho việc sản xuất dầu mỏ an toàn, hiệu quả và thông minh.
Trạm điều khiển ESP dòng FGI FD3300 đã được triển khai thành công tại một cơ sở sản xuất dầu do một công ty dầu khí châu Âu vận hành.
FD3300 thay thế thiết bị điều khiển ESP trước đây của khách hàng từ nhà cung cấp khác, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và hỗ trợ mục tiêu giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu suất sản xuất.
Cho ứng dụng này, FGI Suzhou đã cung cấp thiết bị với công suất 315 kW và 200 kW, cùng với giải pháp hệ thống truyền động hoàn chỉnh.
Trong quá trình triển khai dự án, khách hàng yêu cầu hệ thống:
Đọc dữ liệu từ đồng hồ đo điện thương hiệu châu Âu
Tiếp tục hoạt động tự động sau khi mất điện và khôi phục
Giữ nguyên các thông số hoạt động và trạng thái hệ thống trong các sự kiện điện bất thường
Để đáp ứng các yêu cầu này, FGI đã tùy chỉnh giao thức truyền thông cho đồng hồ công suất do khách hàng chỉ định và phát triển một chức năng giữ trạng thái hoạt động chuyên dụng.
Những chức năng tùy chỉnh này giúp hệ thống FD3300 phù hợp hơn với yêu cầu vận hành hiện trường của khách hàng và tối đa hóa khả năng sẵn sàng của hệ thống.
、
Khi xảy ra các bất thường tạm thời do biến động trong điều kiện hoạt động tại hiện trường, FD3300 tích hợp một cơ chế được thiết kế để ngăn chặn các lần tắt máy tức thời không cần thiết.
Hệ thống không kích hoạt ngay lập tức trình tự bảo vệ tắt máy khi phát hiện bất thường tạm thời. Thay vào đó, độ trễ bảo vệ tương ứng sẽ được áp dụng trước khi lệnh tắt máy được thực thi.
Điều này giúp giảm các lần tắt máy giả do nhiễu tạm thời và hỗ trợ vận hành hệ thống liên tục và ổn định.
Bằng cách giảm thiểu việc tắt máy và khởi động lại không cần thiết, hệ thống cũng có thể giảm tổn thất sản xuất và áp lực thiết bị.
FD3300 hỗ trợ khởi động lại tự động sau khi các lỗi có thể phục hồi được khắc phục.
Khi một thiết bị ESP ngừng hoạt động do điều kiện bất thường tại một mỏ dầu xa xôi, hệ thống sẽ chờ khoảng thời gian khởi động lại đã đặt trước. Khi tình trạng lỗi trở lại bình thường, thiết bị có thể tự động khởi động lại và tiếp tục hoạt động mà không cần can thiệp thủ công ngay lập tức.
Chức năng này đặc biệt hữu ích đối với các khu vực giếng nước xa xôi và không có người giám sát, nơi việc cử nhân viên đến công trường cho mỗi sự cố nhỏ có thể làm tăng thời gian bảo trì và chi phí vận hành.
Giới hạn số lần khởi động lại có thể cấu hình còn giúp ngăn chặn việc khởi động lại nhiều lần gây hư hại thiết bị.
Chế độ vận hành tự động với tần số biến đổi sử dụng phản hồi thời gian thực từ áp suất dưới giếng, dòng tải động cơ và lưu lượng sản xuất trên đầu giếng để thiết lập chiến lược điều khiển vòng kín.
Dựa trên điều kiện cung cấp chất lỏng thực tế, FD3300 tự động điều chỉnh tần số và tốc độ động cơ.
Khi nguồn cung cấp chất lỏng đủ, hệ thống có thể tăng tần suất và tốc độ hoạt động để nâng cao khả năng nâng ESP.
Khi mức chất lỏng giảm hoặc nguồn cung cấp chất lỏng không đủ, hệ thống sẽ tự động giảm tần suất để tránh giảm áp lực quá mức.
Bằng cách điều chỉnh động vận hành ESP với năng suất tầng thay đổi, hệ thống giúp duy trì mức chất lỏng trong giếng trong phạm vi hoạt động phù hợp và giảm nguy cơ bơm lên, chạy khô, tải quá mức hoặc tích tụ áp suất.
Điều này cho phép vận hành ESP ổn định lâu dài hơn và hỗ trợ sản xuất dầu đáng tin cậy.
Hệ thống điều khiển ESP thông minh FGI FD3300
FGI FD3300 kết hợp điều khiển tần số biến đổi, chế độ vận hành thông minh, bảo vệ tự động, giám sát thời gian thực, quản lý tham số và điều khiển thích ứng thành một giải pháp điều khiển ESP tích hợp.
Bằng cách giải quyết các thách thức về điều kiện giếng thay đổi, vận hành từ xa, môi trường phức tạp dưới giếng và thay đổi năng suất tầng đá, FD3300 giúp các nhà sản xuất dầu cải thiện độ tin cậy thiết bị, giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, đơn giản hóa việc vận hành tại hiện trường và đạt được sản xuất dầu ổn định, hiệu quả hơn.
Chào mừng đến với yêu cầu