مع استمرار ارتفاع تكاليف العمالة وتقدم تكنولوجيا الأتمتة الصناعية، يواجه منتجو النفط والغاز متطلبات متزايدة الصرامة لكفاءة الإنتاج، وسلامة المعدات، والموثوقية التشغيلية.

تعد أنظمة المضخات الغاطسة الكهربائية (ESP) معدات حيوية في إنتاج النفط الحديث. من خلال استبدال المراقبة اليدوية التقليدية في الموقع بالتحكم الذكي والمؤتمت، تساعد أنظمة التحكم في ESP المشغلين على تحسين كفاءة الإنتاج، وتقليل المخاطر التشغيلية، والحفاظ على إنتاج النفط المستقر في ظروف آبار معقدة.

نظرة عامة على نظام المضخة الغاطسة الكهربائية

مضخة الغاطس الكهربائية (ESP) هي نظام رفع طردي متعدد المراحل مصمم للعمل عميقا داخل البئر والبقاء غارقا بالكامل في سوائل البئر. يتكون نظام ESP الكامل عادة من ثلاثة أقسام رئيسية: مجموعة قاع البئر، نظام كابل ESP، ومعدات التحكم السطحي.

من الأعلى إلى الأسفل، عادة ما يشمل التجميع في قاع البئر محرك ESP، وواقي، وفاصل الغاز، ومضخة طرد مركزي متعددة المراحل. على السطح، توفر خزائن التحكم المخصصة والمحولات مصدر الطاقة، وتنظيم السرعة، وجمع البيانات، وحماية المعدات.

أثناء التشغيل، يزود نظام التحكم السطحي بالطاقة الكهربائية المحالفة بشكل صحيح عبر كابل ESP لتشغيل محرك القاع للبئر. يدير المحرك المراوح متعددة المراحل، التي تزيد تدريجيا من ضغط خليط الزيت والماء داخل البئر. ثم يرفع السائل إلى السطح ضد الضغط الهيدروستاتيكي ومقاومة خطوط الأنابيب.

وفي الوقت نفسه، يراقب نظام التحكم باستمرار معايير التشغيل مثل درجة حرارة قاع البئر، والضغط، وتيار المحرك. استنادا إلى بيانات التشغيل اللحظية، يقوم النظام بالتحكم في الحلقة المغلقة بتردد متغير ويفعل وظائف الحماية عند اكتشاف ظروف غير طبيعية.

01 | تجميع قاع البئر

يتكون تجميع قاع البئر بشكل أساسي من محرك ESP، والواقي، وفاصل الغاز، ومضخة طرد مركزي متعددة المراحل. معا، توفر هذه المكونات القوة الدافعة والقدرة الهيدروليكية على الرفع المطلوب لإنتاج النفط.

يوفر محرك ESP المغلق الطاقة الميكانيكية للنظام بأكمله. يساعد زيت العزل والتشحيم الداخلي في عزل المحرك عن سوائل الآبار المسببة للتآكل.

يربط الحامي المحرك ومجموعة المضخة مع موازنة الضغط الداخلي والخارجي. كما يعوض عن التمدد الحراري والانكماش لزيت العازل، مما يساعد على منع دخول سوائل الآبار إلى المحرك والتسبب في فشل كهربائي.

يقوم فاصل الغاز بإزالة الغاز الحر من سائل البئر قبل دخوله إلى المضخة، مما يساعد في تقليل تداخل الغاز ومنع تدهور الأداء الناتج عن قفل الغاز أو التجويف.

تستخدم مضخة الطرد المركزي متعددة المراحل عدة مراوح لزيادة ضغط السائل خطوة بخطوة باستمرار، متغلبة على الضغط الهيدروستاتيكي ورفع السائل المنتج نحو السطح.

يجب أن يتحمل كامل قاع البئر ظروفا صعبة، بما في ذلك درجات الحرارة العالية، والضغط العالي، والملوحة العالية، والسوائل المسببة للتآكل. يعمل كوحدة التنفيذ الفيزيائية الأساسية لرفع السوائل.

02 | نظام كابل ESP

يتم تثبيت كابل ESP على طول الأنبوب الإنتاجي الخارجي ويتم إنزاله إلى البئر مع سلسلة الأنبوب.

يشمل نظام الكابل عادة كابلات طاقة وكابلات إشارة مدمجة لمراقبة درجة الحرارة والضغط.

ينقل كابل الطاقة طاقة كهربائية مستقرة من نظام التحكم السطحي إلى محرك ESP في قاع البئر. تم تصميمه لتحمل درجات الحرارة العالية والضغط والزيت والماء وغيرها من الظروف القاسية في قاع البئر.

تنقل كابلات الإشارة بيانات التشغيل الحيوية من المعدات القافية إلى نظام التحكم السطحي في الوقت الحقيقي، بما في ذلك درجة حرارة المحرك، ضغط مدخل المضخة، ومعايير التشغيل الأخرى.

يخلق هذا اتصالا موثوقا للبيانات بين معدات القاع ووحدة التحكم على السطح، مما يتيح المراقبة الفورية والتحكم الذكي.

03 | معدات التحكم السطحي

يركز نظام التحكم على السطح حول خزانة تحكم ESP مخصصة وعادة ما يكون مجهزا بمحولات تدرج أو تراجع ومكونات توزيع الطاقة الأساسية.

يطابق المحول جهد الشبكة المتاح مع المتطلبات الكهربائية لمعدات قاع البئر ويوفر مصدر طاقة مناسب.

تدمج خزانة التحكم محرك التردد المتغير، وحدة التحكم PLC، وحدات أخذ عينات الجهد والتيار، وعدة دوائر حماية.

إنه يمكن:

• التحكم في التشغيل والإيقاف في ESP

• تنظيم سرعة التردد المتغير

• ضبط الحمل الديناميكي

• الحماية من التحميل الزائد

• الحماية من التحميل المنخفض

• حماية فقدان الطور

• الحماية من المضخة والتشغيل الجاف

• حماية من التسرب

• الحماية من ارتفاع درجة الحرارة

عند اكتشاف حالة تشغيل غير طبيعية، يمكن للنظام تنفيذ منطق الإيقاف والإغلاق المناسب فورا، مما يوفر حماية كهربائية شاملة لتشغيل ESP مستقر وموثوق.

المزايا الرئيسية لمحطة التحكم ESP FGI FD3300

تم تصميم نظام التحكم الذكي في التردد المتغير FGI FD3300 لمعالجة ظروف التشغيل المعقدة التي تواجه في إنتاج النفط الحديث. تساعد وظائف التحكم والحماية الذكية في تحسين موثوقية ESP، وتقليل فترات التوقف غير المخطط، ودعم إنتاج النفط المستقر.

01 | ستة أنماط تشغيل لحالات الآبار المعقدة

يدعم FD3300 ستة أوضاع تشغيل:

• التشغيل الدوري

• التحكم التلقائي في التردد المتغير

• تبديل التردد

• صيانة المعلمات

• إزالة أقفال الغاز

• تأجيل الانطلاق

  

يمكن اختيار وتنسيق أوضاع التشغيل المختلفة تلقائيا وفقا لمعايير محددة مسبقا.

وهذا يسمح للنظام بالاستجابة بفعالية لتغيرات ظروف الآبار، بما في ذلك تقلب مستويات السوائل، وتراكم الغازات، وعدم استقرار إمدادات السوائل، وبداية الاصطدام.

منطق التشغيل المرن مناسب بشكل خاص لبيئات حقول النفط القاسية التي تتميز بدرجات حرارة منخفضة في قاع البئر، وخلطات النفط والغاز، وظروف الإنتاج المتغيرة باستمرار.

نتيجة لذلك، يساعد FD3300 في الحفاظ على تشغيل ESP آمن ومستقر وفعال لفترات طويلة.

02 | ثلاثة أوضاع بداية ذكية

يوفر نظام التحكم ثلاث استراتيجيات بداية:

• البداية الناعمة

• ادفع البداية

• بداية التذبذب

  

البداية الناعمةيقلل التيار الابتدائي ويقلل من التأثير الكهربائي والميكانيكي على المعدات.

ادفع البدايةيوفر عزم بدء عال لتجاوز المقاومة الناتجة عن السوائل عالية اللزوجة وظروف بدء صعبة أخرى.

بداية التذبذبيستخدم حركة متبادلة مضبوطة للمساعدة في تحرير انسداد المضخة الناتج عن تراكم الرمل أو التقشير أو الالتصاق الميكانيكي.

تسمح هذه الاستراتيجيات الثلاث للبدء ل FD3300 بالتكيف مع ظروف الآبار المختلفة وتحسين سلامة وموثوقية تشغيل ESP.

03 | نظام الحماية الهرمي المكون من ست فئات

يحتوي FD3300 على بنية حماية من ست فئات تغطي:

• حماية الشبكة

• حماية المحرك

• حماية مستشعرات قاع البئر

• حماية الإشارة التناظرية

• حماية الإشارات الرقمية

• حماية مقاومة العزل

  

يمكن تكوين كل دالة حماية بمعلمات مثل:

• تأخير الحماية بعد التشغيل

• تأخير إجراء الحماية

• وقت الانتظار لإعادة التشغيل

• أقصى محاولات إعادة التشغيل

• وقت إعادة تشغيل العداد
   

يساعد الجمع بين تأخيرات الحماية الهرمية ومحاولات إعادة التشغيل التلقائية المحدودة في التمييز بين الاضطرابات المؤقتة والأعطال المستمرة في المعدات.

بالنسبة لتقلبات الجهد قصيرة المدة، أو تداخل الإشارة، أو أي اضطرابات عابرة أخرى، يمكن للنظام تجنب الإيقاف غير الضروري والحفاظ على استمرارية الإنتاج.

إذا حدث عطل مستمر في العتاد، يمكن للنظام قفل الجهاز في حالة إيقاف التشغيل لمنع إعادة التشغيل المتكررة من التسبب في أضرار إضافية.

تعد هذه الاستراتيجية الواقية ذات قيمة خاصة في البيئات القاسية في قاع البئر حيث يمكن أن تؤثر درجات الحرارة العالية، والسوائل المعقدة، وتداخل الإشارات على تشغيل المعدات.

04 | حساب وتكوين المعاملات تلقائيا

يدعم FD3300 الحساب التلقائي وتكوين المعلمات الرئيسية للتشغيل، بما في ذلك معاملات V/F متعددة النقاط وإعدادات جهد المحول الموصى بها.

يتم دمج وظائف الحساب وتكوين المعلمات في واجهة الإنسان والآلة لخزانة التحكم.

هذا يبسط التشغيل ويقلل من الأخطاء الناتجة عن الحسابات اليدوية، مما يسمح بتكوين أكثر دقة لمزود طاقة ESP ومعلمات التحكم في التردد المتغير.

والنتيجة هي تشغيل أكثر كفاءة وتحكم أكثر دقة في المحرك، مما يساعد المحرك في قاع البئر على العمل ضمن نطاق التشغيل المناسب له.

05 | برنامج إشرافي ونقل المعلمات السريع عبر USB

مزود FD3300 ببرمجيات إشرافية مخصصة للتخزين والتحليل طويل الأمد للبيانات التشغيلية التاريخية.

يمكن للمستخدمين الوصول إلى سجلات التشغيل وتحليلها لعدة أيام لدعم مراقبة المعدات، واستكشاف المشاكل، وتحسين التشغيل.

عندما يحتاج وحدة التحكم الحالية إلى استبدال، يمكن نسخ معلمات التكوين الأصلية بسرعة إلى الجهاز الجديد عبر محرك USB.

يمكن إكمال هجرة المعلمات ضمن نطاق تقريبي5–10 دقائق، مما يبسط بشكل كبير التشغيل في الموقع ويقلل من وقت استبدال المعدات.

06 | مراقبة عزل ESP في الوقت الحقيقي تحت ظروف مترابطة معقدة

تعمل محركات ESP والكابلات وأجهزة الاستشعار وغيرها من المكونات الحيوية على عمق آلاف الأمتار تحت الأرض في بيئات عالية الحرارة والضغط العالي وشديدة التآكل.

في مثل هذه الظروف، يمكن أن يتدهور أداء العزل تدريجيا مع مرور الوقت. لذلك، تعد المراقبة المستمرة للعزل جزءا مهما لضمان تشغيل ESP الآمن والموثوق والفعال.

مراقبة العزل ليست مجرد فحص واحد للمعدات. وهو إجراء وقائي مرتبط مباشرة باستمرارية الإنتاج، وتكاليف الصيانة، وسلامة التشغيل في قاع البئر.

طورت FGI لوحة كشف مقاومة عزل مخصصة بناء علىطريقة الحقن منخفضة التردد.

يتيح النظام قياس وحساب مقاومة العزل في الوقت الحقيقي تحت ظروف معقدة، بما في ذلك الأنظمة التي تعمل بالتيار المستمر مع إشارات متصلة بالتيار المتردد. من خلال تحليل ظروف العزل وتحديد مواقع الأعطال المحتملة، يساعد النظام في منع الانقطاعات غير المتوقعة في الإنتاج وتصاعد أعطال المعدات.

يوفر هذا طبقة إضافية من الحماية لإنتاج حقول النفط الآمن والفعال والذكي.

تطبيق ميداني في شركة نفط أوروبية

تم نشر محطة التحكم ESP من سلسلة FGI FD3300 بنجاح في موقع إنتاج نفط تديره شركة نفط أوروبية.

استبدل FD3300 معدات التحكم في ESP السابقة للعميل من مورد آخر، مما ساعد في تحسين الكفاءة التشغيلية ودعم أهداف العميل في تقليل تكاليف التشغيل وتحسين أداء الإنتاج.

لهذا الطلب، قدمت FGI Suzhou معدات في نطاقات الطاقة 315 كيلوواط و200 كيلوواط، إلى جانب حل نظام دفع كامل.

أثناء تنفيذ المشروع، كان العميل يطلب من النظام إلى:

• اقرأ البيانات من عداد طاقة من علامة تجارية أوروبية

• استمر في التشغيل تلقائيا بعد انقطاع التيار الكهربائي واستعادة

• الحفاظ على معلمات التشغيل وحالة النظام أثناء أحداث الطاقة غير الطبيعية

لتلبية هذه المتطلبات، خصصت FGI بروتوكول الاتصال لمقياس الطاقة المحدد للعميل وطورت وظيفة احتجاز حالة تشغيل مخصصة.

مكنت هذه الوظائف المخصصة نظام FD3300 من مواكبة متطلبات التشغيل الميداني للعميل بشكل أفضل وزيادة توفر النظام.

、

01 | تقليل حالات الإغلاق الناتجة عن ظروف الموقع المؤقتة

عندما تحدث اضطرابات مؤقتة بسبب تقلبات في ظروف التشغيل الميداني، يدمج FD3300 آلية مصممة لمنع الإيقاف الفوري غير الضروري.

لا يقوم النظام بتفعيل تسلسل حماية الإيقاف فورا عند اكتشاف خلل عابر. بدلا من ذلك، يتم تطبيق تأخير الحماية المقابل قبل تنفيذ أمر الإيقاف.

يساعد ذلك في تقليل الإيقاف الكاذب الناتج عن الاضطرابات المؤقتة ويدعم التشغيل المستمر والمستقر للنظام.

من خلال تقليل الإيقاف وإعادة التشغيل غير الضرورية، يمكن للنظام أيضا تقليل خسائر الإنتاج المرتبطة بها وضغط المعدات.

02 | إعادة التشغيل التلقائية بعد استعادة العطل

يدعم FD3300 إعادة التشغيل التلقائي بعد إزالة الأعطال القابلة للاستعادة.

عندما تتوقف وحدة ESP عن العمل بسبب حالة غير طبيعية في موقع نفط بعيد، ينتظر النظام فترة إعادة التشغيل المحددة مسبقا. بمجرد عودة حالة العطل إلى طبيعتها، يمكن للمعدات إعادة التشغيل تلقائيا واستئناف العمل دون الحاجة إلى تدخل يدوي فوري.

هذه الوظيفة ذات قيمة خاصة في مواقع الآبار النائية وغير المأهولة، حيث يمكن لإرسال أفراد إلى الموقع في الموقع لكل عطل بسيط أن يزيد من وقت الصيانة وتكاليف التشغيل.

يساعد حد إعادة التشغيل القابل للتكوين في منع تكرار إعادة التشغيل من تلف المعدات.

03 | تغيرات إنتاجية تكوين المباريات لإنتاج النفط المستقر

يستخدم وضع التشغيل التلقائي في التردد المتغير تغذية راجعة في الوقت الحقيقي من ضغط قاع البئر، وتيار حمل المحرك، وتدفق إنتاج رأس البئر لوضع استراتيجية تحكم مغلقة الدائرة.

استنادا إلى ظروف إمداد السوائل الفعلية، يقوم FD3300 بضبط تردد وسرعة المحرك تلقائيا.

عندما يكون إمداد السوائل كافيا، يمكن للنظام زيادة وتيرة التشغيل والسرعة لتعزيز قدرة الرفع على ESP.

عندما ينخفض مستوى السائل أو يصبح إمدادات السوائل غير كافية، يقوم النظام تلقائيا بتقليل التردد لمنع الانخفاض المفرط.

من خلال مطابقة تشغيل ESP ديناميكيا مع تغير إنتاجية التكوين، يساعد النظام في الحفاظ على مستوى سائل البئر ضمن نطاق التشغيل المناسب ويقلل من خطر التوقف عن التشغيل، أو التشغيل الجاف، أو التحميل الزائد، أو تراكم الضغط.

وهذا يتيح تشغيل ESP على المدى الطويل أكثر استقرارا ويدعم إنتاج النفط الموثوق.
 

نظام التحكم الذكي في ESP FGI FD3300

يجمع FGI FD3300 بين التحكم في التردد المتغير، وأنماط التشغيل الذكية، والحماية التلقائية، والمراقبة الفورية، وإدارة المعلمات، والتحكم التكيفي في حل متكامل للتحكم في ESP.

من خلال معالجة تحديات تقلب ظروف الآبار، وتشغيل الحقول عن بعد، والبيئات المعقدة في قاع البئر، وتغير إنتاجية التكوين، يساعد FD3300 منتجي النفط على تحسين موثوقية المعدات، وتقليل فترات التوقف غير المخطط، وتبسيط تشغيل الحقول، وتحقيق إنتاج نفط أكثر استقرارا وكفاءة.