أنظمة القياس عن بعد للمضخات الكهربائية الغاطسة

أهمية تطوير أنظمة القياس عن بعد للمضخات الكهربائية الغاطسة

تعتبر المعلومات مثل ضغط قاع البئر ودرجة الحرارة ذات قيمة من أجل تحسين الإنتاج وتساعد أيضاً في تحديد أو تجنب المشكلات التي قد تؤدي إلى الإغلاق غير المرغوب فيه لبئر النفط على سبيل المثال، وذلك كمعدات رفع صناعية مهمة، بحيث تؤدي المضخة الغاطسة الكهربائية دوراً لا يمكن الاستغناء عنه في استعادة الزيت الثانوية.

مما يضع متطلبات أعلى لموثوقية تطبيق المضخة الغاطسة الكهربائية، بحيث تم استخدام المضخة الغاطسة الكهربائية (ESP) على نطاق واسع في حقول النفط، وذلك نظراً لمزاياها من الرفع العالي والإزاحة الكبيرة وسهولة الإدارة.

كما يبلغ إجمالي عدد آبار النفط في جميع أنحاء العالم التي تستخدم بعض طرق الرفع الاصطناعي حوالي (95٪) وأكثرها شيوعاً هي المضخة الميكانيكية (BM)، مع (74٪) من إجمالي عدد هذه المرافق، بحيث يليها المرسب الكهروستاتيكي بكمية تتراوح من (150) إلى (200) ألف بئر عاملة.

وعلى الرغم من المركز الثاني من حيث التسهيلات؛ فإن (ESP) هو النظام الذي حقق أعلى مبيعات، حيث يمثل (54٪) من سوق الارتفاعات الاصطناعية في عام (2014)، بحيث يمثل (43٪) من الإنفاق السنوي العالمي.

كما يعتبر الخيار الأفضل عند الحاجة إلى كميات إنتاج عالية ويستخدم المرسب الكهروستاتيكي عادةً في الآبار التي ينتج عنها (200) إلى (20000) برميل من النفط يومياً، وذلك على الرغم من أنها طريقة عالية التكلفة، وفي موسم الأسعار المنخفضة، لا جدال في أن الآبار المنتجة تعمل بكفاءات لتوفير تكلفة أقل لكل برميل.

بحيث تعتبر المعلومات مثل ضغط قاع البئر ودرجة الحرارة ذات قيمة لتحسين الإنتاج وتساعد أيضاً في تحديد أو تجنب المشكلات التي قد تؤدي إلى الإغلاق غير المرغوب فيه لبئر النفط. تتم مراقبة ظروف تشغيل معدات قاع البئر، مثل المحرك والمضخة عن طريق تركيب مجموعة من أجهزة الاستشعار بالقرب من قاع البئر.

وبالتالي؛ فإنه يتم جمع المعلمات مثل سحب المضخة وضغط التفريغ ودرجة حرارة المحرك ودرجة حرارة الزيت الناتجة والاهتزاز وتلوث زيت المحرك العازل وتسرب التيار بواسطة مجموعة المستشعرات الموجودة في قاع البئر وتنتقل إلى السطح من خلال نظام الاتصالات المراد معالجتها، وذلك من خلال استخدام معطيات تشغيل (ESP)؛ فإنه من الممكن أيضًا فهم السلوك جيدًا و ESP كنظام.

بحيث يؤدي هذا الفهم إلى تحسين تصميم النظام وعملية التحسين المستمر بناءً على البيانات المقاسة المعروفة، كما يمكن أن تصل أعماق آبار المرسب الكهروستاتيكي البرية من (500) إلى (4000) متر، ومن غير العملي وضع كابل إضافي لتشغيل نظام القياس بسبب التكاليف مع المواد الإضافية والموارد البشرية.

إلى جانب ذلك، توجد هناك  فرصة لزيادة فشل المكون، حيث أن البديل الأكثر طبيعية في هذه الحالة هو استخدام الكبل ثلاثي الأطوار نفسه الذي يغذي محرك (ESP)، وذلك كوسيط فيزيائي لنقل البيانات إلى السطح.

الأساليب المستخدمة في القياس عن بعد للمضخات الغاطسة

الإعداد التجريبي لـ (ESP)

يعيد الإعداد التجريبي إنتاج نظام مشروع المحركات الكهربائية ووحدات التحكم لطريقة الرفع الاصطناعي للمرسب الكهروستاتيكي، بحيث تشتمل المكونات الرئيسية في الإعداد المقترح على محرك متغير السرعة (VSD) وخنق ثلاثي الأطوار متصل بطريقة (Y)، وكلاهما كأجهزة إلكترونية سطحية، إلى جانب ذلك، يشكل كبل الطاقة ثلاثي الأطوار الذي يغذي طاقة التيار المتردد الرئيسية للمحرك ومحرك (ESP) للوحدات تحت السطحية، بحيث يوضح الشكل التالي (1) لقطة من الإعداد التجريبي.

كما تم التخطيط للاختبارات الميدانية في بئر تجريبية مع تركيب (ESP)، بحيث يبلغ عمق البئر الذي ستجرى فيه الاختبارات (30) متراص وقطر (13.5 / 8)، ومع ذلك لم يتم استخدام الوحدات تحت السطحية (الكابل والمحرك)، وبمعنى آخر؛ فإنه تم استخدام كبل طاقة محرك (2036) متراً ومحرك (ESP) وكلاهما على السطح.

وبهذه الطريقة، كان من الممكن توصيل المستشعر السفلي بهذا المحرك الموجود على السطح، وفيما يتعلق بوحدة السطح الخاصة، لذلك فقد تم توصيلها مباشرة بفلتر سطح البئر، بحيث تحتوي وحدة السطح الخاصة به على مجموعة من أربع وحدات حماية ومراقبة.

بالإضافة إلى واجهة الإنسان والآلة (HMI)؛ فإنه يوجد المحرك في باطن الأرض، بحيث يعرض الجدول التالي خصائص المعدات المستخدمة في الاختبارات، كما يتيح هيكل البئر الأساسي هذا تقييم نظام (ESP)، وذلك للعديد من الظروف المختلفة، أي استخدام محولات مختلفة، بالإضافة إلى الكابلات ذات الأحجام والأقطار والأشكال المختلفة (مسطحة أو مستديرة).

كما أن قوة الحث السطحي عبارة عن مجموعة من المحاثات ثلاثية الطور في نظام غير مؤرض متصل بالنجوم، بحيث تُعرف أيضاً باسم لوحة الخنق، وهي الواجهة بين نظام الطاقة (ESP) وجهاز الإلكترونيات السطحية، حيث تقوم بتصفية إشارة الاتصال الرقمي من خط طاقة التيار المتردد.

أيضاً؛ فإن الغرض من خنق السطح هو السماح لواجهة (ESP Gauge)، وذلك بتوفير الطاقة لأداة قاع البئر والتواصل معها، وفي الحالة اللاحقة يتم إنشاء أرضية افتراضية عبر نقطة (WYE) للاتصال المباشر للاتصال في قاع البئر.

النظام المقترح للقياس عن بعد

يتكون نظام القياس عن بعد من خمس وحدات إلكترونية، بحيث تجمع هذه الوحدات المعلومات من المستشعرات المثبتة في المعدات الموجودة في قاع البئر، كما وتقوم بمعالجتها وإرسالها إلى السطح، بحيث يتم توفير البيانات للرصد والتحليل، كما يوضح مخطط الكتلة الموضح في الشكل التالي من خلال تخطيط هذه الوحدات وكيفية ترابطها.

مزود احتياطي للطاقة

يتم ربط الخانق “ثلاثي الأطوار” على فوهة البئر والمحرك بالتوازي، كما هو موضح في الشكل التالي، بحيث تضمن هذه الميزة أن كلا من نقطة المحايدة (الخانق والمحرك) يتم الاحتفاظ بها في نفس الإمكانات النسبية.

جهاز الارسال

تجمع دائرة الحصول على البيانات ونقلها البيانات من المستشعرات المثبتة في المعدات الموجودة تحت السطح وتحليل ومعالجة وإرسال البيانات المكتسبة إلى وحدة الاستقبال على السطح، وذلك لأغراض عملية، بحيث سيتم إنشاء الإشارات التناظرية والرقمية المتعلقة بأجهزة استشعار قاع البئر بواسطة مقاييس الجهد ومفتاح التشغيل والإيقاف في هذا البحث.

كما أن هناك أداة مهمة أخرى هي تلوث الزيت العازل في المحرك المطبق على المضخة الكهربائية الغاطسة والتي تحمي بشكل غير مباشر المحرك التعريفي المرتبط بهذا النظام، بحيث يؤدي الختم مع العمل المستمر إلى حدوث تلوث بزيت المحرك، مما يؤدي إلى فقدان خاصية العزل. تشير الإحصائيات إلى أن المحرك التعريفي لديه أعلى معدل فشل بسبب تلوث الزيت.

كما تبدأ عملية الحصول على البيانات عندما تصل المعلومات من مقاييس الجهد إلى دبابيس (ADC) للمتحكم الدقيق، وهو متحكم الموافقة المسبقة عن علم (18F4550)، كما أن لديه دقة (10) بت يحمل في ثناياه عوامل (ADC).

وأخيراً يتم تخزين بيانات درجة الحرارة والضغط في ذاكرة الوصول العشوائي للمتحكم الدقيق الداخلي، ومع ذلك، ونظراً لحجم البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة مستشعر الاهتزاز (محاور x و y) كان من الضروري وجود ذاكرة وصول عشوائي خارجية، وعلى العكس من ذلك؛ فإنه يتم إرسال إشارة مستشعر التلوث إلى إدخال رقمي للإشارة إلى ما إذا كان الزيت العازل ملوثاً أم لا.