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

Опыт применения станций управления УЭЦН с обводным контактором (байпасом)

В предлагаемой Вашему вниманию статье произведен анализ результатов опытно-промысловых испытаний (ОПИ) станций с обводным контактором (байпасом) для управления установками электроцентробежных насосов (УЭЦН) с погружными электрическими двигателями (ПЭД).

Результаты, полученные по завершению ОПИ, подтвердили заявленные производителем станций управления возможности безостановочного перевода УЭЦН с частотно-регулируемого управления на промышленную частоту тока и наоборот, а также работу глубинно-насосного оборудования (ГНО) в различных программируемых режимах, которые задаются, исходя из условий  эксплуатации скважин.

22.09.2017 Инженерная практика №05/2017
Ртищев Анатолий Владимирович Главный специалист группы управления проектами АО «Самаранефтегаз»
Черепанов Андрей Викторович Руководитель группы по повышению энергоэффективности и энергосбережению АО «Самаранефтегаз»
Василяускас Андрюс Антано Заместитель начальника ОРМФ УДНГ АО «Самаранефтегаз»
Ардалин Алексей Анатольевич Главный специалист отдела внедрения новых технологий и инжиниринга добычи ООО «СамараНИПИнефть»

ПАО «НК «Роснефть» – крупнейшая нефтяная компания РФ, – несмотря на сложную экономическую ситуацию в мире, продолжает повышать эффективность и снижать энергоемкость производственных процессов добычи нефти и газа, применяя инновационные подходы при добыче углеводородов.

Так, с целью повышения энергоэффективности и энергосбережения в 2015 году в Компании разработана и утверждена программа энергосбережения на 2016-2020 годы [1]. В рамках реализации данной программы специалисты АО «Самаранефтегаз» регулярно проводят испытания и внедряют ранее успешно испытанные инновационные технологические решения, которые позволяют сократить затраты на электроэнергию, не снижая при этом объемы добычи углеводородов.

Одним из направлений сокращения затрат на электроэнергию служит сокращение ее потерь при добыче нефти и газа механизированным способом. При добыче нефти с помощью УЭЦН к основным узлам потерь электроэнергии относятся [2]: ЭЦН (40-60%); ПЭД (10-20%); погружной кабель (3-8%); СУ (3-7%); ТМПН (2-5%).

За счет снижения потерь в целом по установке или в каком-то конкретном узле можно получить значительную экономию при условии дальнейшего масштабного внедрения испытанных эффективных технологий в дочерних добывающих обществах ПАО «НК «Роснефть».

Для сокращения основных потерь электроэнергии в АО «Самаранефтегаз» используются традиционные технологические решения, включая применение энергоэффективных ступеней ЭЦН, ПЭД с более высокими КПД и с повышенным номинальным напряжением питания, а также интеллектуальные станции управления с частотным регулированием привода (ИСУ ЧРП). Рассмотрим последнее решение подробнее.

СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ С ОБВОДНЫМ КОНТАКТОРОМ (БАЙПАСОМ)

В случае применения «стандартной» ИСУ ЧРП при работе ПЭД на промышленной частоте тока 50 Гц наблюдаются внутренние потери электроэнергии в самом частотном регуляторе, составляющие порядка 3-7% основных потерь УЭЦН. С целью решения этой проблемы в 2015 году были проведены испытания новой СУ с обводным контактором (байпасом).

Цель испытаний состояла, во-первых, в подтверждении высокой надежности наземного электрооборудования (НЭО) для УЭЦН; во-вторых, в подтверждении возможности эксплуатации УЭЦН как на промышленной частоте 50 Гц, так и на измененной при помощи ЧРП; и, в-третьих, в исключении внутренних потерь электроэнергии (1,5-2%) в ЧРП СУ при работе на промышленной частоте тока 50 Гц.

Разработанная станция предназначена для частотного управления и защиты ГНО от различных осложнений, выявляемых в процессе эксплуатации скважины. Станция выполнена в металлическом шкафу трехстороннего обслуживания (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид СУ с габаритными размерами
Рис. 1. Внешний вид СУ с габаритными размерами

Шкаф включает в себя шесть раздельных отсеков: отсек управления; силовой отсек; отсек для подключения силовых кабелей, приходящих от трансформаторной подстанции; отсек для подключения силовых кабелей, отходящих к повышающему трансформатору ТМПН; отсек подключения телемеханики и контактного манометра; и отсек для подключения ТМС. При наличии счетчика электроэнергии он также устанавливается в отдельный отсек. Двери силовых отсеков станции оборудованы электрической блокировкой, отключающей УЭЦН при их отпирании.

Работа силовой части СУ возможна в двух режимах:

1)  «ЧРП» (запуск и работа частотного преобразователя). При данном режиме запуск УЭЦН происходит на пониженной частоте, и в дальнейшем частота поднимается до оптимальной;

2)  «Байпас» (ЧРП будет отключен, запуск будет происходить прямым пуском в зависимости от выбранного направления выходного вращения). Данный режим предоставляет возможность запуска УЭЦН в работу напрямую от сети в случае тяжелого запуска или подклинивания ЭЦН при пуске (при этом пусковой момент максимален). При выходе на номинальные параметры происходит переход на частотный преобразователь без остановки ПЭД и дальнейшая работа ГНО осуществляется на оптимальной частоте тока, подобранной согласно условиям эксплуатируемой скважины.

Переключение между вышеуказанными режимами может осуществляться как ручным, так и автоматическим способом.

Дополнительно реализован режим плавно-частотного пуска с последующим переключением на сеть. Данный режим предоставляет возможность производить запуск УЭЦН от ЧРП (с целью исключения частых токовых перегрузок при запуске УЭЦН), после чего переводить работу установки на частоту промышленной сети без остановки УЭЦН. Это актуально, например, при кратковременной (периодической) эксплуатации или эксплуатации высокопроизводительных УЭЦН в тех случаях, когда не рекомендован запуск напрямую от сети (угроза слома вала, слабая сеть ЛЭП, большие посадки напряжения при пуске). Кроме того, увеличивается надежность наземного электрооборудования (НЭО), так как при выходе из строя силовой части ЧРП СУ сохраняется возможность запуска УЭЦН напрямую от сети, благодаря чему сокращаются простои УЭЦН в ожидании ремонта НЭО.

Таблица 1. Результаты замеров и расчетов по произведенным испытаниям
Таблица. Результаты замеров и расчетов по произведенным испытаниям

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПИ СУ СО ОБВОДНЫМ КОНТАКТОРОМ (БАЙПАСОМ)

Для проведения испытаний были выбраны скважины осложненного фонда с ПЭД мощностью более 63 кВт. Наземное электрооборудование было установлено на скважинах Дмитриевского и Ново-Ключевского месторождений и запущено в работу в декабре 2015 года.

По результатам запуска в работу проведен сравнительный анализ потребления электроэнергии ГНО при работе на частоте тока 50 Гц через ЧРП и на промышленной частоте 50 Гц через обводной контактор (байпас). Произведены необходимые расчеты для определения фактических потерь активной мощности. Результаты замеров и произведенных расчетов приведены в таблице.

Под фактическими потерями активной мощности в СУ понимаются потери в существующей станции. Фактические потери активной мощности (ΔPСУ) в СУ определяются по формуле:

где РСУ(факт) – фактическая активная мощность, потребляемая нагрузкой СУ (измеренная на входе СУ, либо по показаниям прибора учета (установленного на входе СУ)), кВт; ƞСУ – КПД станции управления при фактической ее загрузке, определяемый по заводским характеристикам или расчетный; КПД станций управления с прямым пуском (без ЧРП) может быть принят 98,6÷99,0%, а для станций управления с плавным пуском – 98,3÷98,5%. При отсутствии заводских характеристик КПД может быть рассчитан в зависимости от загрузки по аппроксимационной формуле:

где k3(СУ) – коэффициент загрузки СУ по выходной мощности, о.е.

Коэффициент загрузки станции по выходной мощности k3(СУ) определяется по формуле:

где РСУ(ном) – номинальная активная мощность нагрузки СУ по паспортным данным, кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного анализа установлено, что потребление электроэнергии при переходе на байпас снижается в среднем на 4,5% в сравнении с работой через частотный регулятор.

Экономия электроэнергии в месяц достигает более 9000 кВт-ч и в переводе в денежный эквивалент составляет около 30 тыс. руб. на одну УЭЦН. Также в ходе проведения испытаний подтверждена эксплуатационная надежность СУ с обводным контактором (байпасом).

С целью применения полученных результатов в производственной деятельности нефтегазодобывающего Общества специалистами АО «Самаранефтегаз» сформирована программа внедрения испытанного оборудования, предусматривающая ввод в эксплуатацию в 2017 году восьми СУ с обводным контактором (байпасом) и дальнейшее тиражирование в объеме 10 станций в год.

ЛИТЕРАТУРА

1. Годовой отчет ПАО «НК «Роснефть» за 2015 г.

2. Ивановский В.Н. Энергетика добычи нефти: Основные направления оптимизации энергопотребления, Инженерная практика. 2011. №6. С. 18-26.

3. Инженерный отчет по результатам выполнения опытно-промышленных испытаний станции управления с байпасом (обводным контактором) для УЭЦН, для сокращения затрат на потребление электроэнергии. – Самара: АО «Самаранефтегаз», 2016.

Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Инновационные технологии электроприводной техники
Опыт повышения энергоэффективности нефтегазодобычи ПАО «Газпром нефть»
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №10/2017

Инженерная практика

Выпуск №10/2017

Промысловый трубопроводный транспорт
Актуализация нормативно-технической базы трубопроводного транспортаРезультаты испытаний новых марок сталей, защитных покрытий и химреагентовТрубопроводный транспорт высоковязкой нефтиОценка способов защиты стыков сварных соединенийДиагностика и эксплуатация неметаллических трубопроводных системОсобенности углекислотной коррозии и антикоррозионной защиты газопроводов
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Разработка месторождений
ОРЭ — 2017
Производственно-технический семинар-совещание

ОРЭ '2017. Практика применения технологий ОРД и ОРЗ, проектирования и интеллектуализации разработки многопластовых месторождений

Мероприятие перенесено на 16-18 апреля 2018 г., г. Москва
Обсуждение в кругу руководителей и специалистов в области разработки месторождении и эксплуатации механизированного фонда скважин результатов новых ОПИ и эксплуатации скважинных компоновок для ОРЭ, геофизического оборудования для раздельного учета и методик мониторинга параметров добычи, систем управления для ОРЭ и перспектив развития данного направления.
Общая информация Планируется
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин
Ловильный сервис — февраль 2018
Тренинг-курс

Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах

12 – 16 февраля 2018 г, г. Пермь
ООО «Инженерная практика» от имени журнала «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 (отель «Урал») в рамках авторского курса С. Балянова.