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.
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 №11/2017

Инженерная практика

Выпуск №11/2017

Механизированная добыча нефти: интеллектуализация, осложнения, энергоэффективность, сервис
Концепция интеллектуального месторождения ПАО «ЛУКОЙЛ»Интеллектуализация нижнего уровня скважинТехнологии эксплуатации осложненного и малодебитного фонда скважин, скважин малого диаметраИндексация энергетической эффективности в обозначениях погружных электродвигателейСкважинная расходометрияТрубопроводы из композитных материалов, промысловая техника
Ближайшее совещание
Трубопроводный транспорт
Трубопроводы — 2018
7-я Производственно-техническая конференция

Промысловые трубопроводы ‘2018. Обеспечение целостности и эффективности систем промыслового транспорта

13-14 февраля 2018 г., г. Пермь
Опыт и способы сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения по причине коррозии, а также повышение эффективности транспорта высоковязких нефтей, предотвращение гидратообразования в газосборных сетях, модернизация ДНС и компрессорных станций, применение трубной продукции из различных сплавов и полимерных материалов, трубопроводной арматуры, технологий сварки и ремонта трубопроводов.
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.