Инженерная практика
Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram Facebook
  • Главная
  • Энергообеспечение
  • Выбор оптимального режима эксплуатации комплексных приводов с вентильным двигателем для обеспечения максимальной экономии электроэнергии

Выбор оптимального режима эксплуатации комплексных приводов с вентильным двигателем для обеспечения максимальной экономии электроэнергии

Основным потребителем электроэнергии при добыче нефти в ТПП «Покачевнефтегаз», как и на многих других добывающих предприятиях, остаются ЭЦН. Именно эти системы установлены примерно в 80% скважин фонда ТПП, и на них приходится более 95% добычи нефти. Остальные 20% — штанговый фонд (см. «Действующий фонд нефтяных скважин по способам эксплуатации»). До недавнего времени отечественные производители оборудования, в том числе и для нефтяной промышленности, уделяли недостаточное внимание экономичности потребления электроэнергии. Сегодня действия правительства и динамика тарифов на электроэнергию заставляют пересматривать приоритеты (см. «Объем потребления электроэнергии и динамика цен на электроэнергию»). По прогнозам специалистов ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь», тарифы в обозримом будущем могут вырасти в 3,5 раза по сравнению с сегодняшними.

Одним из направлений повышения энергоэффективности эксплуатации скважинного оборудования в ТПП «Покачевнефтегаз», по итогам проведенных экспериментов и расчетов, стало внедрение вентильных приводов взамен традиционных асинхронных ПЭД.

07.03.2010 Инженерная практика №03/2010
Амадеев Руслан Ринатович Начальник отдела добычи нефти и газа ТПП «Покачевнефтегаз»

Сравнительные показатели КПД вентильных и асинхронных двигателей
Сравнительные показатели КПД вентильных и асинхронных двигателей
Действующий фонд нефтяных скважин по способам эксплуатации
Действующий фонд нефтяных скважин по способам эксплуатации

Более 10 лет назад по техническим условиям ОАО «ЛУКОЙЛ» началась разработка вентильных двигателей с использованием в роторе постоянных магнитов. У вентильных двигателей (ВД) в роторе нет замкнутой обмотки (см. «Различия между асинхронным и вентильным ПЭД»). По информации разработчика и производителя ВД — компании «РИТЭК-ИТЦ», разница в КПД между ЭЦН и ВД одной мощности составляет от 5% до 8% (см. «Сравнительные показатели КПД вентильных и асинхронных двигателей»).

Объем потребления электроэнергии и динамика цен на электроэнергию
Объем потребления электроэнергии и динамика цен на электроэнергию

Среди преимуществ вентильных двигателей перед асинхронными можно назвать более высокие значения КПД, незначительные изменения КПД и сosφ при изменении нагрузки двигателя и при колебаниях напряжения, меньший нагрев электродвигателя, более эффективную работу с переменными нагрузками, возможность плавного пуска, а также снижение потерь мощности в кабеле. Кроме того, вентильные двигатели оказываются наиболее удачным решением для применения на скважинах, в которых необходимо изменять депрессию на пласт, а также на скважинах, где потенциально возможно снижение пластового давления (новые скважины с несформировавшейся системой ППД).

Основных недостатков у ВД два: во-первых, их высокая стоимость и, во-вторых, необходимость использования станций управления одного производителя — производителя ВД.

Замер потребляемой мощности при эксплуатации ЭДУ и КПВД
Замер потребляемой мощности при эксплуатации ЭДУ и КПВД

ЭКСПЕРИМЕНТ С ЗАМЕНОЙ ПЭД

На этапе принятия решения по внедрению ВД в 2009 году в ТПП «Кагалымнефтегаз» провели эксперимент. Были выбраны три скважины, где на тот момент насосы работали в пределах номинальной рабочей зоны по производительности с асинхронными двигателями. На скважины установили счетчики потребления электроэнергии, и после 10-14 суток замеров установки извлекли. Затем асинхронные ПЭД (ЭДУ) заменили на комплексные приводы с ВД (КПВД), не меняя сами насосы, НКТ и кабель, и установки вновь спустили в сква-жины. По результатам нескольких замеров провели сравнение показателей (см. «Замер потребляемой мощности при эксплуатации ЭДУ и КПВД»)

Зависимость дебита, напора и потребляемой мощности от частоты вращения электродвигателя
Зависимость дебита, напора и потребляемой мощности от частоты вращения электродвигателя

Минимальная экономия электроэнергии составила порядка 5 кВт на скважину. Другие показатели отражены в таблице (см. «Результаты замеров потребляемой мощности в ТПП «Когалымнефтегаз»). Дебит, набор и мощность пересчитываются по известным формулам от частоты вращения электродвигателя (см. «Зависимость дебита, напора и потребляемой мощности от частоты вращения электродвигателя»).

Далее мы отслеживали, как меняется дебит по жидкости, а также потребление электроэнергии при уменьшении частоты вращения двигателя на 7,5-8% (см. «Зависимость изменения Qж и потребленной электроэнергии от оборотов электродвигателя по скважинам ТПП «Покачевнефтегаз»). Как мы видим, при изменении числа оборотов на 7-8% порядок изменения дебита имеет также прямую зависимость, а количество потребляемой электроэнергии меняется более чем в 2-3,5 раза.

Результаты замеров потребляемой мощности в ТПП «Когалымнефтегаз»
Результаты замеров потребляемой мощности в ТПП «Когалымнефтегаз»
Зависимость изменения Qж и потребленной электроэнергии от оборотов электродвигателя по скважинам ТПП «Покачевнефтегаз»
Зависимость изменения Qж и потребленной электроэнергии от оборотов электродвигателя по скважинам ТПП «Покачевнефтегаз»
Распределение фонда скважин по типоразмерам асинхронных ЭД (на 01.01.2010 г.)
Распределение фонда скважин по типоразмерам асинхронных ЭД (на 01.01.2010 г.)

ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ КПВД

При принятии программы повышения энергоэффективности в ОАО «ЛУКОЙЛ» на 2010-2012 годы именно наше предприятие ТПП «Кагалымнефтегаз» было выбрано площадкой по широкомасштабному внедрению КПВД с последующей оценкой эффективности данного оборудования.

Перспективы внедрения УЭЦН с ВД
Перспективы внедрения УЭЦН с ВД

Существующий фонд асинхронных двигателей мы разделили на три группы мощности: 1) менее 32 кВт; 2) 32-64 кВт; и 3) более 64 кВт (см. «Распределение фонда скважин по типоразмерам асинхронных ЭД»). Такая градация была выбрана в связи с тем, что данный производитель выпускает линейку ВД мощностью от 32 до 64 кВт включительно. Внедрение планируется достаточно масштабным. До конца 2011 года мы предполагаем расширить фонд УЭЦН с КПВД производства «РИТЭК-ИТЦ» до 646 скважин (см. «Перспективы внедрения УЭЦН с ВД»).

Информация по отказам ВД на 01.01.10 г.
Информация по отказам ВД на 01.01.10 г.

НАДЕЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Вентильные приводы в ТПП единично внедрялись с 2002 года, и вся история внедрения, включая 2009 год, не говорит нам о серьезных проблемах с отказами ВД (см. «Информация по отказам ВД на 01.01.10 г.»). Можно отметить четыре отказа с наработкой 12 суток: два по заводскому браку самих электродвигателей и еще два по заводскому браку систем погружной телеметрии (снижение надежности изоляции). Остальные отказы с качеством оборудования не связаны.

Из числа спущенных 117 ВД на сегодняшний момент некоторые скважины отработали уже почти 600 суток и остаются в эксплуатации, а по скважине 9075 Покачевского месторождения текущая наработка превышает 1500 суток.

Снижение энергопотребления при замене ПЭД 32 на ВД 32
Снижение энергопотребления при замене ПЭД 32 на ВД 32

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

На основе замеров в ТПП «Кагалымнефтегаз» были проведены несложные расчеты по экономии энергоресурсов при замене одного асинхронного электродвигателя на вентильный номинальной мощностью 32 кВт (см. «Снижение энергопотребления при замене ПЭД 32 на ВД 32»). С полученными данными сопоставили разницу в стоимости по тендеру второго полугодия 2009 года (см. «Сравнение стоимости оборудования КПВД и асинхронного погружного электродвигателя, в текущих ценах»). Позднее цены были снижены производителями ПЭД обоих типов, но соотношение стоимости осталось прежним.

Сравнение стоимости оборудования КПВД и асинхронного погружного электродвигателя, в текущих ценах
Сравнение стоимости оборудования КПВД и асинхронного погружного электродвигателя, в текущих ценах

Сопоставление по 2009 году показывает незначительную экономию по фонду — всего 30 тыс. рублей, но это объясняется действовавшим тарифом в размере 1,76 руб./кВт·ч. Если же учесть предполагаемый рост тарифов на электроэнергию, то уже в ближайшей перспективе экономия будет весьма весомой (см. «Прогнозные показатели экономии за счет замены в УЭЦН ПЭД на ВД»). Цифры представлены без учета возможной динамики цен на оборудование.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Текущий опыт эксплуатации ВД подсказывает нам, что в отсутствие блоков ТМС предпочтительно подбирать насосы, исходя из первоначальной частоты вращения вала 2500-2600 об/мин., так как в этом случае остается запас по увеличению оборотов при износе оборудования.

Вместе с тем более перспективным следует считать использование в комплекте с ВД погружного блока забойной телеметрии для работы скважины в так называемом «интеллектуальном режиме». В этом случае установка сама добавляет или убавляет обороты и держит оптимальные параметры забойного давления, давления на приеме насоса и температуру двигателя.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Была ли у вас возможность учитывать реактивную мощность?
Руслан Ахмадеев: Была. Мы учитывали полную мощность. Реактивная мощность для вентильных двигателей равна нулю. «Борец», насколько я знаю, заявляет cos φ на уровне 0,96-0,97, а «РИТЭК-ИТЦ» — на уровне 0,98-0,99.
Вопрос: Какое сечение кабеля вы используете?
Р.А.: Стандартно — 3х16 мм. Я понимаю, конечно, хорошо сейчас говорить, что подбор нужно делать, учитывая все условия. Но все понимают, какая сегодня экономическая ситуация в стране. Я не думаю, что большинство предприятий не может позволить себе на ремонтных базах иметь запас всех диаметров труб, кабелей всех сечений. Это надо тоже, все-таки, учитывать как экономическую составляющую.
Вопрос: Вы сказали в самом начале, что одно из преимуществ вентильного двигателя состоит в том, что его КПД значительно не меняется с изменением загрузки двигателя. У асинхронных двигателей эта разница составляет ±4% и больше, в зависимости от загрузки двигателя. Как дело обстоит у ВД?
Реплика: Все от системы управления зависит. Это программное поддержание момента на валу. Независимость во всем диапазоне частот вращения.
Реплика: То есть получается, что практически при любой частоте вращения одна и та же загрузка двигателя. И поэтому cosφ и КПД практически остаются постоянными. Меняются, конечно, но очень незначительно. Не так, как в асинхронном двигателе.
Реплика: У нас проводился энергоаудит, и мы получили странные данные. Заявленный cos φ обозначен как 0,94-0,96, и я как энергетик понимаю: мы экономим на потерях кабеля за счет снижения реактивной составляющей. А по данным энергоаудита, у нас получилось по ВД cos φ порядка 0,86, а по асинхронному — 0,8-0,82. То есть очень близко. В чем тут может быть дело? Производитель — «Борец».
Реплика: Принципы управления двигателем у «РИТЭК-ИТЦ» и «Борца» немного разные. И поэтому здесь могут быть довольно большие колебания при загрузке вентильных двигателей. Принцип двигателя — да, один и тот же, а вот управление и загрузка при разных режимах — разные.
Вопрос: Скажите, что происходит с рабочим током ВД при резком падении нагрузки?
Р.А.: У вентильных двигателей вообще рабочие токи по сравнению с «асинхронниками», может быть, не в 2, но более чем в 1,5 раза ниже. То есть отстраивается, нет проблем. Сейчас мы выпускаем все с блоками ТМС, поэтому вообще проблем-то нет. В первое время технологи пугались: «Что это там происходит, почему оно то меньше, то больше крутить начинает?» А сейчас понравилось.
Реплика: Можно отдыхать, да?
Реплика: По крайней мере, решается часть проблем.
Вопрос: Скажите, а где-то еще эти вентильные двигатели для других видов оборудования вы не пробовали, не планируете использовать? Винтовые, системы поддержания пластового давления, шурфовые насосы?
Р.А.: Единственное — есть потребность в малодебитных установках. И одна из самых значительных проблем на сегодняшний день у нас — истирание. Плюс низкая продуктивность скважин не везде позволяет реализовать их потенциал. ШГНы глубоко не спустишь, а ЭЦНы при таких малых дебитах все-таки горят.
Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Энергетические показатели добычи нефти
Модель бенчмаркинга для нефтегазового оборудования
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №02/2020

Инженерная практика

Выпуск №02/2020

Методы увеличения нефтеотдачи. Повышение пластового давления
Единые требования к качеству воды, используемой на нефтяных месторождениях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»Повышение эффективности водогазового и паротеплового воздействия на пластПовышение эффективности малогабаритных систем подготовки воды для ППДМалообъемные физико-химические методы увеличения нефтеотдачи на основе закачки малообъемных оторочек дисперсно-наполненных композицийТехнические решения для организации заводненияПрименение защитных покрытий и оборудования в скважинах системы ППД
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Коррозия 2021
Производственно-техническая конференция

КОРРОЗИЯ ‘2021: Эффективные методы работы с фондом скважин, осложненным коррозией. Эксплуатация промысловых трубопроводов в условиях высокой коррозионной активности

Новые даты: 22-23 июня 2021 г., г. Ярославль
Конференция носит рабочий характер и нацелена на обмен опытом и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений и потенциала технологий в области работы с фондом скважин, осложненным коррозионным фактором и анализ применения современных методов и технологий для сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения в условиях высокой коррозионной активности.