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

Энергоэффективные УЭЦН с вентильными электродвигателями

В качестве одного из перспективных направлений своей деятельности АО «Новомет-Пермь» развивает производство энергоэффективных высокооборотных УЭЦН с вентильным электродвигателем серии ПВЭДН, отличающихся от серийных установок более высоким КПД, улучшенными напорными характеристиками и меньшими габаритами.

Проведенные сравнительные испытания серийной и энергоэффективной установок с вентильным двигателем подтвердили, что удельное энергопотребление нового оборудования на добычу нефти на 24% ниже, чем у аналогичных стандартных УЭЦН.

Запланированное на 2017 год начало серийного производства дополнительной линейки вентильных двигателей с повышенным напряжением позволит полностью реализовать потенциал по снижению энергопотребления УЭЦН и обеспечит снижение удельных энергозатрат нефтедобывающих  компаний-заказчиков.

21.09.2017 Инженерная практика №05/2017
Карпюк Андрей Владимирович Заместитель главного конструктора АО «Новомет-Пермь»

Рис. 1. Структура энергопотребления в нефтедобыче по технологическим процессам
Рис. 1. Структура энергопотребления в нефтедобыче по технологическим процессам
Рис. 2. Распределение затрат в себестоимости добычи нефти в 1980-2020 гг.
Рис. 2. Распределение затрат в себестоимости добычи нефти в 1980-2020 гг.

Повышение энергоэффективности добычи нефти остается одной из наиболее актуальных задач не только в России, но и в мире. Согласно статистике, доля затрат на электроэнергию в структуре себестоимости добычи нефти увеличивается в среднем на 3-4% в год. При этом более 50% расходов на электроэнергию приходится на подъем скважинной жидкости механизированным способом (рис. 1, 2). Только в России энергопотребление в сегменте механизированной добычи нефти составляет не менее 28,3 млрд кВт-ч в год.

Таблица 1. Линейка типоразмеров энергоэффективных насосов производства АО «Новомет-Пермь»
Таблица 1. Линейка типоразмеров энергоэффективных насосов производства АО «Новомет-Пермь»

Для решения проблемы высокого энергопотребления инженеры АО «Новомет-Пермь» разработали линейку энергоэффективных УЭЦН с максимальным КПД до 79% при номинальной подаче до 3000 м3/сут, применение которых позволяет сократить затраты на электроэнергию и эксплуатацию скважин. Предлагаемая линейка оборудования включает УЭЦН с высокооборотными (до 5820 об/мин) погружными вентильными электродвигателями. От серийно выпускаемых моделей данные установки отличаются меньшими габаритами, более высоким КПД и повышенными напорными характеристиками (рис. 3, табл. 1). Задача повышения КПД и напорных характеристик новых УЭЦН была решена путем увеличения частоты вращения установки. Данное техническое решение позволило на 60% уменьшить длину и на 24% сократить энергопотребление УЭЦН.

Рис. 3. Высокооборотные УЭЦН с вентильным электродвигателем
Рис. 3. Высокооборотные УЭЦН с вентильным электродвигателем
Таблица 2. Диапазон типоразмеров и мощностей вентильных электродвигателей производства АО «Новомет-Пермь»
Таблица 2. Диапазон типоразмеров и мощностей вентильных электродвигателей производства АО «Новомет-Пермь»

В качестве привода в энергоэффективных УЭЦН используется серийно производимый погружной вентильный электродвигатель серии ПВЭДН в габаритных группах 81, 103, 117, 130 и 185 мм. Трехфазный маслонаполненный электродвигатель представлен в двух вариантах исполнения: односекционном и двухсекционном. В конструкции электродвигателя применяется ротор на базе четырехполюсного магнита, изготовленного из высокотемпературных магнитотвердых спеченных материалов (рис. 4, табл. 2).

Рис. 4. Сравнение габаритов вентильных и асинхронных электродвигателей производства АО «Новомет-Пермь»
Рис. 4. Сравнение габаритов вентильных и асинхронных электродвигателей производства АО «Новомет-Пермь»

Вентильные электродвигатели обладают рядом технических и эксплуатационных преимуществ по сравнению с асинхронными двигателями (табл. 3).

Таблица 3. Анализ характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей АО «Новомет-Пермь»
Таблица 3. Анализ характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей АО «Новомет-Пермь»

Прежде всего, это увеличенные КПД (88-94%) и электромагнитный момент, более высокий коэффициент мощности (практически равен 1), пониженное удельное тепловыделение на единицу мощности и низкое энергопотребление.

Возможность регулирования частоты вращения и контроля параметров позволяет значительно снизить массу и габариты электродвигателей, увеличить срок службы и межремонтный период работы (МРП) оборудования. Регулируемые диапазоны частот вращения составляют 100-500, 500-1500, 1500-4200 и 4000-6000 об./мин.

Вентильные двигатели могут применяться в скважинах осложненного фонда, при добыче вязкой нефти, нестабильной подаче, а также в малодебитных скважинах и скважинах, вводимых после гидроразрыва пласта (ГРП) и других операций по интенсификации добычи нефти.

Еще одно преимущество заключается в значительном увеличении мощности двигателя 117-го габарита в односекционном исполнении: до 225 кВт при 3000 об./мин и до 400 кВт – при 6000 об./мин.

Энергетический расчет показывает, что энергопотери в вентильном двигателе примерно в два раза меньше, чем в асинхронном (рис. 5). При использовании установки с вентильным электродвигателем наблюдается не только снижение энергопотребления в узлах УЭЦН, но также и снижение потерь в кабеле, станции управления и масляных трансформаторах погружных насосов (ТМПН).

Рис. 5. Энергетический расчет потерь в вентильных и асинхронных электродвигателях, Вт
Рис. 5. Энергетический расчет потерь в вентильных и асинхронных электродвигателях, Вт

Проведенные на стендах-скважинах ОАО «ОКБ БН КОННАС» сравнительные испытания серийной установки и энергоэффективной установки с вентильным двигателем подтвердили, что применение ПВЭДН позволяет на 24% снизить энергопотребление УЭЦН (рис. 6). Испытания проводились в том числе в присутствии представителей компаний-заказчиков и независимых наблюдателей.

Рис. 6. Стендовые испытания серийной и энергоэффективной УЭЦН
Рис. 6. Стендовые испытания серийной и энергоэффективной УЭЦН

Согласно ГОСТ Р 56624-2015, все вентильные электродвигатели производства АО «Новомет-Пермь» соответствуют классу энергоэффективности Е2. К этому классу относятся электродвигатели с высоким КПД, у которых суммарные потери мощности не менее чем на 40% (Ке=0,4) меньше суммарных потерь мощности стандартных электродвигателей с аналогичными мощностью и частотой вращения.

Таблица 4. Сравнение технических характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей
Таблица 4. Сравнение технических характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей

В табл. 4 и 5 представлено сравнение характеристик вентильных и асинхронных двигателей, в том числе двигателей с высоким напряжением. Видно, что в обоих случаях КПД вентильных электродвигателей в среднем на 10% выше, чем у асинхронных.

Таблица 5. Сравнение технических характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей с повышенным напряжением
Таблица 5. Сравнение технических характеристик вентильных и асинхронных электродвигателей с повышенным напряжением

ВНЕДРЕНИЕ УЭЦН С ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Начиная с 2009 года, установки с вентильными электродвигателями успешно применяются на месторождениях крупных нефтяных компаний. В качестве примера можно привести результаты промышленного внедрения оборудования на объектах ПАО «Газпром нефть» и еще одной крупной нефтяной компании в 2013-2014 годах.

В рамках сервисного (прокатного) проекта ООО «Новомет-Сервис» в АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» и его структурном подразделении (Филиале) «Газпромнефть-Муравленко» было внедрено соответственно 630 и 423 ПВЭД. Помимо стоимости проката УЭЦН, в сервисных контрактах были закреплены ключевые показатели эффективности, предусматривающие снижение удельного расхода электроэнергии (УРЭ) на добычу тонны жидкости и ежегодное увеличение МРП и наработки на отказ (НнО). После внедрения оборудования в АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» МРП установок увеличился от 598 до 761 сут, в «Газпромнефть-Муравленко» – от 428 до 584 суток.

Общая наработка энергоэффективных УЭЦН на фонде АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз» к настоящему времени превысила наработку как серийно выпускаемых установок производства АО «НовометПермь», так и аналогов, предлагаемых другими отечественными заводами-изготовителями (рис. 7).

Рис. 7. Показатели надежности работы серийных и энергоэффективных УЭЦН на фонде АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз»
Рис. 7. Показатели надежности работы серийных и энергоэффективных УЭЦН на фонде АО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз»
Таблица 6. Результаты промышленной эксплуатации энергоэффективных УЭЦН производства АО «Новомет-Пермь»
Таблица 6. Результаты промышленной эксплуатации энергоэффективных УЭЦН производства АО «Новомет-Пермь»

В течение 2013 года УЭЦН с вентильными двигателями внедрялись на объектах другой крупной нефтяной компании. В первом случае были внедрены 3158 ПВЭД, во втором – 807. Увеличение межремонтного периода работы оборудования составило 345 (от 602 до 947) и 143 суток (от 252 до 395 сут) соответственно.

В табл. 6 приведены сводные показатели экономии электроэнергии, полученные в ходе промышленной эксплуатации энергоэффективных УЭЦН в нефтяных компаниях России и Республики Казахстан. Как видно, снижение энергопотребления составляет от 24 до 37%.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Андрей Владимирович, когда вы планируете начать производство вентильных двигателей с повышенным напряжением?
Андрей Карпюк: В самое ближайшее время. Все разработки уже есть, поэтому до конца 2017 года планируем запустить их в серийное производство.
Вопрос: Скажите, пожалуйста, за счет чего произошло увеличение МРП установок, которое Вы показали? Как Вы считаете?
А.К.: За счет увеличения КПД и применения специальных материалов при изготовлении УЭЦН, которые также позволяют повысить надежность установок.
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
Применение технологий одновременно-раздельной эксплуатации на фонде скважин Ялыкского месторождения ООО «УДС нефть»
Повышение наработки на отказ глубинно-насосного оборудования в скважинах с компоновками для одновременно-раздельной добычи
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.