Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Энергоэффективное оборудование для механизированной добычи нефти

В настоящем материале Вашему вниманию предлагается обзор ряда разработок ООО «ЭПУ-ИТЦ», направленных на повышение энергоэффективности добычи нефти. Компания развивает производство вентильных двигателей различных типов, включая бестрансмиссионные приводы станков-качалок, вентильные двигатели малого диаметра для боковых стволов и скважин с сужением эксплуатационных колонн, а также вентильные двигатели повышенной термостойкости для применения при тепловом воздействии на пласт в процессе добычи и погружные линейные вентильные двигатели для больших глубин.

08.10.2017 Инженерная практика №07/2017
Ребенков Сергей Викторович Начальник программно-аппаратного отдела ООО «ЭПУ-ИТЦ»

Основное отличие асинхронного двигателя от вентильного (ВД) заключается в том, что вместо короткозамкнутых медных стержней в роторе ВД установлен постоянный магнит. Кроме того, для вентильного двигателя необходима станция управления с частотно-регулируемым приводом (СУ ЧРП). На момент подготовки материала в мире эксплуатируются около 3600 скважин с ВД производства ООО «ЭПУ-ИТЦ». (рис. 1).

Рис. 1. Производство и внедрение вентильных двигателей ООО «ЭПУ-ИТЦ» в период 2002-2016 гг.
Рис. 1. Производство и внедрение вентильных двигателей ООО «ЭПУ-ИТЦ» в период 2002-2016 гг.

Говоря о преимуществах синхронных приводов, в первую очередь надо отметить повышенный КПД (91% вместо 84,5%) и меньшие энергозатраты, а также увеличенный ресурс двигателя, гидрозащиты и кабеля, улучшенные тепловые характеристики обмоток статора и возможность регулировать частоту вращения насоса (табл. 1).

Таблица 1. Преимущества погружных вентильных двигателей по сравнению с асинхронными ПЭД
Таблица 1. Преимущества погружных вентильных двигателей по сравнению с асинхронными ПЭД
Таблица 2. Снижение удельного расхода электроэнергии при замене в УЭЦН и УЭВН асинхронных электродвигателей на вентильные
Таблица 2. Снижение удельного расхода электроэнергии при замене в УЭЦН и УЭВН асинхронных электродвигателей на вентильные

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ВД

Оценка повышения энергоэффективности за счет замены ПЭД на ВД, проводившаяся силами добывающих компаний на месторождениях, показала экономию энергии до 35% (табл. 2). Достигнуть такого показателя удалось благодаря более высоким КПД ВД по сравнению с КПД асинхронного ПЭД, снижению потребляемой насосом мощности, а также за счет снижения потерь мощности в кабельной линии за счет дополнительного снижения силы тока при уменьшении частоты вращения насоса (табл. 3).

Таблица 3. Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВД
Таблица 3. Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВД

Дополнительной экономии электроэнергии удается достичь также в случае применения метода так называемых циклических отборов с чередованием циклов накопления и откачки. В данном случае снижение удельного расхода электроэнергии на добычу жидкости достигается за счет использования в составе УЭЦН насосов с более высокими подачами и более высоким КПД. Помимо энергетических преимуществ существенно снижается нагрев двигателя, что снижает риск и интенсивность солеотложений.

Приблизительные расчеты показали, что общая экономическая выгода для российской нефтегазовой отрасли от замены ПЭД на ВД за счет повышения энергоэффективности фонда скважин, оборудованного УЭЦН и УЭВН, могла бы в 2017 году составить до 100 млрд руб. (табл. 4).

Таблица 4. Прогнозный потенциал снижения энергозатрат при замене в УЭЦН и УЭВН ПЭД на ВД в России в 2017 г.
Таблица 4. Прогнозный потенциал снижения энергозатрат при замене в УЭЦН и УЭВН ПЭД на ВД в России в 2017 г.

Номенклатура погружных маслонаполненных вентильных двигателей производства ООО «ЭПУ-ИТЦ» включает более 150 единиц с диапазоном мощностей от 6 до 300 кВт в габаритах от 81 до 185 мм. Эксплуатация таких двигателей допускается в коррозионно-абразивной среде при температуре до 200°С и давлении до 300 атм.

БЕСТРАНСМИССИОННЫЙ ПРИВОД СТАНКА-КАЧАЛКИ

Рис. 2. Бестрансмиссионный привод станка-качалки
Рис. 2. Бестрансмиссионный привод станка-качалки
Рис. 3. Стенд для испытаний бестрансмиссионного энергоэффективного привода станка-качалки
Рис. 3. Стенд для испытаний бестрансмиссионного энергоэффективного привода станка-качалки
Таблица 5. Результаты эксплуатации в установившемся режиме, аналогичном режиму базовой установки (5,4 мин-1). Данные эксплуатирующей организации
Таблица 5. Результаты эксплуатации в установившемся режиме, аналогичном режиму базовой установки (5,4 мин-1). Данные эксплуатирующей организации

На базе разработанных ООО «ЭПУ-ИТЦ» синхронных двигателей с постоянными магнитами могут бытьсозданы приводы станков-качалок с широким диапазоном характеристик по мощности, развиваемым моментам, частоте вращения и габаритам (рис. 2, 3). На момент подготовки материала несколько тестовых образцов проходят ОПИ на месторождениях Пермского края и Западной Сибири (табл. 5, 6).

Таблица 6. Сравнительные измерения, выполненные службами ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
Таблица 6. Сравнительные измерения, выполненные службами ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»

Важно отметить ряд основных функциональных особенностей данной разработки. Во-первых, система поддерживает оптимальный режим откачки жидкости путем непрерывного регулирования средней скорости качания.

Во-вторых, скорость хода штанги вниз может программироваться как процент от скорости хода штанги вверх. Также программируется точка цикла, где происходит изменение скорости. При поступлении в контроллер сигнала о проблемах в работе оборудования, СК может быть остановлен или переведен на работу с минимальной скоростью качания. А при переходе в зону отрицательного крутящего момента система регулирования переходит на управление по крутящему моменту, чтобы удержать его в положительной зоне.

Кроме того, если превышен пиковый или минимальный предел рабочей нагрузки (например, в результате отложения парафинов или низкой температуры выкидного трубопровода), регулятор скорости заполнения блокируется и происходит ступенчатое снижение скорости. При каждом ходе штанги с нарушением скорость замедляется на один дополнительный шаг до тех пор, пока нарушения полностью не ликвидируются. Таким образом, оптимизация добычи осуществляется в пределах механической нагрузки, установленной оператором.

РАЗРАБОТКА ПОГРУЖНОГО ВД ДИАМЕТРОМ 81 ММ

Использование вентильного электродвигателя диаметром 81 мм позволяет использовать УЭЦН малых габаритов в боковых стволах скважин и в скважинах с дефектами обсадных колонн (рис. 4).

Рис. 4. Разработка погружного вентильного двигателя диаметром 81 мм
Рис. 4. Разработка погружного вентильного двигателя диаметром 81 мм

К разработке предъявляются следующие требования:

  • номинальная частота вращения 6000 об/мин;
  • диапазон частоты вращения от 3000 до 7200 об/мин;
  • номинальная мощность ряда электродвигателей от 20 до 100 кВт;
  • межфазное напряжение не более 2500 В;
  • номинальный ток не более 35 А;
  • КПД в номинальном режиме работы 87,5–89%.

Также электродвигатель должен обеспечивать безотказную работу при превышении номинального тока кратностью 1,2 с периодичностью один раз в час (продолжительность не более 10 мин).

На момент подготовки материала два таких образца проходят ОПИ.

ПОГРУЖНОЙ ВД ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ

С целью обеспечения технической возможности добычи нефти с применением технологий теплового воздействия на пласт была начата разработка погружного ВД повышенной термостойкости диаметром 117 мм (табл. 7).

Таблица 7. Характеристика ВД повышенной термостойкости
Таблица 7. Характеристика ВД повышенной термостойкости
Таблица 8. Перечень изменений по материалам для ВД теплостойкого исполнения
Таблица 8. Перечень изменений по материалам для ВД теплостойкого исполнения
Таблица 9. Высокотемпературные решения ТМС
Таблица 9. Высокотемпературные решения ТМС

Главная особенность изделия – использование теплостойких материалов, список которых в табл. 8. Кроме того, специфика эксплуатации предполагает наличие высокоточной системы погружной телеметрии (ТМС), мы предполагаем комплектовать установки ТМС разработки ООО «ИРЗ» (табл. 9).

ЛИНЕЙНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

На момент подготовки статьи в ООО «ЭПУ-ИТЦ» продолжалась разработка линейного вентильного двигателя, предназначенного, прежде всего, для использования в скважинах осложненного фонда и скважинах с большой глубиной спуска насосных установок в случаях, когда возможность использования УШГН отсутствует (рис. 5).

Рис. 5. Разработка линейного вентильного двигателя
Рис. 5. Разработка линейного вентильного двигателя

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД

Для испытания электроприводов погружных агрегатов в ООО «ЭПУ-ИТЦ» используется аттестованный ВНИИМС испытательный стенд, состоящий из нагрузочной системы, прецизионных быстродействующих датчиков момента, индукционного регулятора входного напряжения, станции управления, силовых повышающих трансформаторов, эквивалента погружного питающего кабеля, модели скважинной колонны, насосной станции, системы воздушного охлаждения, пульта управления и цифровой измерительной системы (рис. 6, 7).

Рис. 6. Схема стенда для испытаний электроприводов погружных агрегатов
Рис. 6. Схема стенда для испытаний электроприводов погружных агрегатов
Рис. 7. Стенд для испытаний электроприводов погружных агрегатов
Рис. 7. Стенд для испытаний электроприводов погружных агрегатов

У данного стенда есть ограничения по длине испытываемого двигателя и по нагрузке (160 кВт).

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Сергей Викторович, скажите, пожалуйста, вы двухсекционные вентильные двигатели делаете?
Сергей Ребенков:: Нет, только односекционные
Вопрос: Я знаю, что раньше не делали. И сейчас не делаете?
С.Р.: Нет. Даже не хотим в эту сторону смотреть.
Вопрос: Зря. У вас напряжение 2500 вольт…
С.Р.: Это для 92-го габарита.
Вопрос: Скажите, пожалуйста, магниты производства какой компании вы применяете в двигателях? И на какую температуру они рассчитаны?
Реплика: Они рассчитаны на температуру 250°С. Магниты производятся в Китае, но из российского сырья. Раньше мы использовали магниты из другого сплава, которые показали себя не очень хорошо. И температура меньше, и при попадании пластовой жидкости поверхность просто вспухает.
Вопрос: Скажите, пожалуйста, Вы делаете вентильные двигатели с левым вращением?
С.Р.: Для вентильного двигателя направление вращения не имеет значения, так как устанавливается станция управления. Вопрос: То есть, в принципе, можно спокойно ваш вентильный двигатель запустить влево?
С.Р.: В любую сторону.
Вопрос: Обозначьте, пожалуйста, стоимость вентильного привода для ШГН.
С.Р.: На данный момент стоимость необоснованно завышенная, так как он изготавливается не на наших производственных площадках.
Реплика: Сейчас мы просто размещаем заказ на изготовление корпусов для этих двигателей на сторонних предприятиях, причем на непрофильных.
Реплика: Небольшой комментарий к сказанному. Что касается дороговизны вентильного привода станка-качалки… Это смотря с чем сравнивать. Мы все прекрасно понимаем, что для этого двигателя нужна станция управления, которая и составляет основу стоимости комплекта. Сам двигатель при серийном производстве и оптимизации затрат будет нисколько не дороже того «монстра», который сейчас стоит.
Реклама Дисковый фильтр производства АО «Новомет-Пермь» помог увеличить наработку УЭЦН в семь раз!
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Эволюция применения твердых ингибиторов – «умные» ПСК «ТРИЛ®»
Испытания компоновок для одновременно-раздельной добычи и компоновка для внутрискважинной перекачки
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №08/2017

Инженерная практика

Выпуск №08/2017

Строительство и ремонт скважин. Механизированная добыча. ППД и трубопроводы. Энергообеспечение
Изоляция продуктивных горизонтов и ликвидация проницаемых зон при буренииСистемы очистки бурового раствора и ВЗД с новым профилемЭксплуатация скважин с боковыми стволами и осложненного фондаОчистка сточных вод и скважинное оборудование для ППДЗащита промысловых трубопроводов от внутренней коррозииКоммерческий учет электроэнергии и газаТехнологии выработки тепловой и электроэнергии
Ближайшее совещание
Механизированная добыча
Осложненный фонд — 2017
Производственно-техническая конференция

Эксплуатация осложненного фонда скважин ‘2017

14-16 ноября 2017 г., г. Тюмень
Анализ опыта и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений в области работы с фондом скважин, эксплуатация которых осложнена различными факторами (коррозия, солеотложения, мехпримеси, АСПО и гидраты, высокая вязкость продукции, высокий газовый фактор, технические ограничения и др.), работа с часто ремонтируемым фондом скважин, организационные решения.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — ноябрь 2017
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

20-24 ноября 2017 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Пятидневный тренинг - курс будет проводиться в г. Перми («АМАКС Премьер-отель») в рамках авторского курса С. Балянова.