Файл: Кулиев, И. Ш. Автоматизация комплекса технологических процессов добычи нефти в нефтяных шахтах.pdf

Эту з8Д8чу можно решить путам комплексной автоматизации и телемеханизации технологических процессов добычи нефти.

Как показал опыт разработки и эксплуатации этих устройств, а также всестороннее обследование нефтяных шахт, как объектов авто­ матического управления, оснащение технологических звеньев подзем­ ных промыслов средствами местной автоматики позволяет частично вы­ вести обслуживающий персонал на поверхность.

При рассредоточенном расположении технологических звеньев, какими являются нефтешахтные объекты, а также, учитывая требования техники безопасности, осуществить автоматизацию управления произ­ водством с участием минимального количества людей возможно лишь путем внедрения системы телемеханики, отвечающей современным до­ стижениям науки и техники и требованиям производства. Такими тре­ бованиями являются искровзрывобезопасность аппаратуры, повышенная надежность ее в эксплуатации, малогабаритность и т.д.

Ниже приведены существуыцие системы телемеханики, применяе­ мые в горнорудной и нефтяной промышленности, с целью выбора наибо­ лее подходящей из них для нефтяных шахт £2].

Так, например, система телемеханического контроля и управле­ ния ТКУ-2, диспетчерская телемеханическая система ДТС-1, ЛТС-1к, система диспетчерской сигнализации ТСД-1, телемеханическая система диспетчерского контроля ТМК-4, система телеконтроля ТВЧС-64, си­ стема ЧТП-1, ЧТП-Im , ПАТ-Нефтяник и др. - не удовлетворяют требо­ ваниям эксплуатации нефтяных шахт, так как ни одна из них не имеет категории рудничного взрывобезопасного (РВ) или рудничного искро­ взрывобезопасного (РВИ) исполнения.

Кроме того, некоторые из этих систем имеют недостаточную ем­

кость пс числу сигнэлов ТС, ТУ, поэтому необходима система теле­ механики для нефтешахт с учетом специфики последних.

Ниже приводится описание такой системы. Проведенные непосред­ ственно на объекте наблюдения показали, что необходимо управлять работой насосов центральной перекачивающей станции, уклонов и под­ земных подстанций, контролировать температуру, содержание метана в шахтной атмосфере, а также аварийный уровень жидкости в нефтесборниках уклонов. При этом информационная емкость системы телемеханики по телеуправлению (ТУ) и телесигнализации (ТС) только по одной нефтешахте должна составить соответственно 20 и 130 сигнале i.

- 10 -

Такой значительный объем информации по ТС приводит к тому, что во многих трудно анализируемых ситуациях, встречагацихся в про­ изводственной деятельности нефтяной шахты, вся тяжесть по анализу событий и принятию решения ложится на диспетчера.

Как показал анализ Ш информационных потоков технологических параметров, наиболее приемлемой моделью системы телемеханики для нефтяных шахт является иерархическая структура, при которой рас­ пределение информации производится с учетом ее семантики (рис.З).

При этом на высшую ступень поступает информация о кризисных ситуациях в определенной зоне. Это позволяет диспетчеру определить район аварийной ситуации.

Анализ же поступившей информации, с учетом причинно-следствен­ ных связей, осуществляется низшей ступенью иерархии путем расшиф­ ровки на месте.

Применение двухступенчатой структуры разделения информации обо­ сновано тем, что в любых аварийных ситуациях в зону контролируемых пунктов (КП) посылается бригада.которая на месте определяет причину возникновения сигнале. Вследствие этого появляется возможность пере­ ложить на КП часть функций, выполняемых диспетчерским пунктом (ДП).

В отличие от известных схем [21 применение указанной выше структуры позволяет уменьшить объем аппаратуры, ее габариты, стои­ мость и одновременно объем иррелевантной информации.

Так, элементарные расчеты показывают, что применение двух­ ступенчатой модели передачи информации позволяет уменьшить объем

осуществляется по занятым телефонным линиям путем высокочастотной обработки их фильтрами Ф.З.

Диспетчерский пункт содержит следующие функциональные узлы: питания, распределительный, частотных дешифраторов, частотных шиф­ раторов, сигнализации, исполнительный узел сигнализации и линей­ ный.

Контролируемый пункт состоит из следующих узлов: питания, сиг­ нализаторов температуры, дешифраторов, шифраторов, измерения мета­ на, сигнального.

Следует отметить, что вся аппаратура КП, кроме датчиков, по­ мещается во взрывобезопвоной оболочке пускателя ПМВИ-1365.

4-Z9SJ - I I -

тами через замкнутый в данном случае контакт реле распределителя напряжение на сигнальное реле. Последнее блокируется через свой размыкавший контакт и замыкающий контакт выключателя. Загорается сигнальная лампочка блока, сигнализирующая диспетчеру о превыше­ нии температуры в зоне КП-I. Деблокировка сигнализации осущест­ вляется диспетчером при помощи выключателя.

Телесигнализация о превышении температуры в других точках КП-I осуществляется аналогично.

- Превышение допустимого уровня содержания метана в зоне КП-1 осуществляется с помощью специального узла. В качестве датчиков этого узла используются серийно выпускаемые датчики метана. Вы­ ходной сигнал этих датчиков приводит к срабатыванию реле, вклю­ чающему генераторфиксированной частоты. Последний посылает в ли­ нию связи частотную посылку, которая на-ДП принимается ячейкой. При этом включается реле, загорается лампочка, регистрирующая и сигнализирующая диспетчеру о превышении допустимого уровня содер­ жания метана в данной зоне.

Деблокирование сигнала производится при помощи кнопки. Рабо­ та других датчиков метана проходит вышеописанным путем.

Схема ДП также предусматривает телесигнализацию о превышении аварийного уровня водонефтяной смеси в зумпфах. В этом случае от датчика уровня типа ВСКО включается частотный сигнал, который че­ рез ячейку включает реле. Последнее замыкает цепь сигнального реле и сигнальной лампочки.

Деблокировка цепи сигнального реле осуществляется выключате­ лем. Распределитель при помощи триггера включает реле и линия свя­ зи подключается к узлу дешифратора. Последующие циклы подключения линий связи к дешифратору происходят в автоматическом режиме, и определение семантики поступающей информации осуществляется опи­ санным выше образом.

Рассмотрим операции телеуправления. Для посылки управления на КП-I диспетчер выбирает направление передачи при помощи ключа и нажимает одну из кнопок вида операции. При этом промежуточное

реле своими размыкающими контактами подает напряжение в цепь пита­ ния генератора.

В линию связи поступает частотный сигнал, который на КП-1 принимается LC-контуром, настроенным на данную частоту. Этот сиг­ нал усиливается, срабатывает реле исполнения команды, размыкающие

- 13-

контакты его включают магнитный пускатель двигателя насоса. Сиг­ нализация исполнения команды "включить" осуществляется генерато­ ром. Последний включается блок-контактом. При этом на ДП посыла­ ется частотный сигнал, принимаемый телеячейкой и включающий реле, которое замыкает цепь сигнального реле и сигнальной лампочки. Са­ мопроизвольное отключение двигателя приводит на КП-I к замыканию цепи генератора при помощи блок-контактов пускателя. При этом в • линию посылается частотный сигнал, воспринимающийся на ДП телеячейкой .

Включение сигнального реле приводит к срабатыванию сигналь­ ного реле и загоранию лампочки.

В свою очередь, сигнальное реле размыкает цепь лампочки, сиг­ нализирующей об исполнении операции "включить". Операция "отклю­ чить” производится аналогично операции "включить".

Таким образом, телесигнализация со всех КП осуществляется в автоматическом, а управление - в ручном режиме.

Наличие 10 КП и одного ДП приводит к образованию очереди на поступление информации. Однако существует значительная инерцион­ ность контролируемых параметров (постоянная времени больше 0,5 ч), но этим фактором можно пренебречь, поскольку имеет ме­

сто достаточное быстродействие распределителя (полное обегание - 20 с).

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОПОМЕХ В ШАХТНЫХ УСЛОВИЯХ

При диспетчеризации нефтяных шахт особое значение имеет соз­ дание надежного канала связи между объектами и диспетчерским пун­ ктом.

Радиоканал связи можно использовэть в нефтяных шахтах. Но в этом случае надо учитывать специфические условия данных шахт. Во-первых, на условия распространения радиоволн зна­ чительно влияют параметры окружающих горных пород, которые, есте­ ственно, различаются в зависимости от специфических условий место­ рождения. Во-вторых, форма выработок и наличие в них разных метал­ лических проводников также в какой-то степени определяют характер затухания радиоволн и т.д.

- 14 -

Вэтой разделе исследуются электрические свойства

горных пород Ярегского месторождения, теоретически обосновы­ вается распространение радиоволн в подземных условиях и не

полученные значения коэффициента затухания расчетным и экспери­ ментальным путем.

Проведенные эксперименты дали возможность выбрать рабочую частоту для радиодиспетчеризации шахт.

Помехоустойчивость системы является одной из основных харак­ теристик систем связи, особенно при радиодиспетчеризации шахт, где искаженный сигнал может привести к аварии.

Для устранения помех необходимо заранее определить их статическио свойства, характер, эффективное значение и другие пара­ метры.

При теоретических расчетах систем шахтной подземной радио­ связи необходимо определить диэлектрическую проницаемость, удель­ ное электрическое сопротивление и магнитную проницаемость окружа­ ющих горных пород, так как эти параметры значительно влияют на поглощение радиоволн в подземных условиях. Проводимость горных пород, определяющая уровень затухания электромагнитного поля, яв­ ляется основной характеристикой подземного радиоканала.

При решении задачи распространения.радиоволн в подземных ус­ ловиях магнитная проницаемость большинства’пород может быть при­ нята одинаковой. Учитывая это, при экспериментальном исследовании месторождения измерению подвергались удельное электрическое со­ противление и диэлектрическая проницаемость.

Литологический разрез Ярегского месторождения объединения "Коминефть" включая эксплуатационный объект, условно называемый III пластом, а также толщу осадочных отложений над этим пластом, следующий:

а) песчаники и пески Ш пласта с прослойками мелкоземов, глин и ар­ гиллитов;

б) надпластовая аргиллитовая пачка; в) толща туфоидных глин (туфитов) зеленовато-серого цвете с интру­

зиями диабазов и диабазовых мандельштейнов.

- 15 -

- Ш У

Возраст нижней части Ш пласта определяется как эйфельский, а верхний - как живетский ( средний девон). Автором измерены электри­ ческие параметры вышеуказанных горных пород.

Измерения проводились на двухэлектродной установке с одинар­ ным четырехплечным'"мостом (мостом Уитстона) переменного тока с компенсацией емкостной 'составляющей при нормальных атмосферном давлении и температуре в диапазоне частот 10 + 200 кГц.

Источником питания мостовой цепи (рис.5) служит звуковой ге­ нератор типа ГЗ-ЗЗ. В индикаторную диагональ моста включен лампо­ вый милливольтметр типа B3-I3.

Рис,5. Схема измерения электрических параметров горных пород

Сопротивление образца определялось регулированием магазинов сопротивления R3 и емкостей С2 (Р 544 типа МЕСП) до получения равновесия моста.

Отметим, что для большинства горных пород и особенно для по­ род осадочного комплекса ионная проводимость преобладает над электронной. Поэтому целесообразно учитывать сопротивления емкост­ ных составляющих, которые в схеме параллельно соединены с магази­ ном сопротивления.

Удельное электрическое сопротивление пород, насыщенных рас­ творами, вычисляется по формуле

z- истинное сопротивление образца (с учетом активных и ем­ костных составляющих).

-16 -

Измерения проводились в следующих состояниях пород: в сухом, 100%-ном влажном -и в нормальном (натуральном), которые позволяют определить пределы изменения и средние значения элек­ трических параметров пород.

Результатами исследований установлено следующее (рис.6,а,б): у диабаза удельное электрическое сопротивление (р) в зависимости

нефти (кривая 2) значительно повышает сопротивление породы по срав­ нению с ее сопротивлением при 100% заполнении пор проводящей жид­ костью (кривая I)..

Параметр насыщения порового пространства породы _рн указыва­ ет, во сколько раз возрастает сопротивление породы ^рнп при ча­ стичном заполнении ее пор нефтью по сравнению с сопротивлением той же породы, но насыщенной влагой на 100%