Пивкин Алексей Валерьевич Начальник отдела по работе с механизированным фондом ООО «РН-Краснодарнефтегаз»

Погружной вентильный электродвигатель (ПВЭД) представляет собой синхронный двигатель, работа которого основана на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией. Суть этого принципа заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПВЭД

В конструкции ПВЭД используется фотоэлектрический датчик, который содержит три неподвижных фотоприемника. Фотоприемники поочередно закрываются шторкой, вращающейся синхронно с ротором. Это позволяет синхронизировать движение магнитного поля с движением ротора с частотой вращения от 250 до 10000 об/мин.

К преимуществам ПВЭД можно отнести высокое быстродействие и динамику; точность позиционирования; широкий диапазон изменения частоты вращения; бесконтактность и отсутствие узлов, требующих техобслуживания; возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде; большую перегрузочную способность по моменту. Кроме того, для ПВЭД характерны высокие энергетические показатели (КПД более 90% и cosφ более 0,95), большой срок службы, высокая надежность и повышенный ресурс работы за счет отсутствия скользящих электрических контактов. При работе в режимах с возможными перегрузками двигатель ПВЭД не перегревается. При всем этом системы управления ПВЭД относительно сложны.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПВЭД

Внедрение ПВЭД в скважинах, эксплуатируемых посредством ЭЦН, дает возможность увеличить МРП и снизить расходы за закупку оборудования. Меньший нагрев ПВЭД позволяет выводить скважину на режим без остановок на охлаждение двигателя, продолжительное время эксплуатировать УЭЦН в периодическом режиме в скважинах с нестабильным притоком, в скважинах после ГРП при снижении эффекта от ГРП. Кроме того, использование ПВЭД дает возможность снизить искажение напряжений, вносимых вентильным приводом в питающую энергосеть, позволяет отказаться от использования специальных сглаживающих фильтров. Проведенные расчеты показывают, что при работе ПВЭД расходуется на 7-30% меньше электроэнергии по сравнению с работой асинхронных двигателей.

Конечно, применение ПВЭД сопряжено с определенными сложностями. Так, их ремонт на сервисных базах ЭПУ затруднен ввиду сложности извлечения постоянно намагниченного ротора. Недостатком ПВЭД можно считать недоработку регулировочных возможностей в первых моделях СУ.

Таким образом, к критериям успешного внедрения ПВЭД можно отнести:

• вывод скважины на режим без остановки УЭЦН для охлаждения электродвигателя;
• вывод скважин из нестационарных режимов работы;
• специальную программу по оптимизации работы УЭЦН в скважине (автоадаптация возможна как по рабочему току, так и по давлению на приеме ЭЦН);
• снижение потребляемой энергии на 30%;
• уменьшение искажений напряжения.

Последнее связано с тем, что при запуске асинхронного двигателя пусковой ток дает нагрузку на сети. Если к тому же фидеру подключены еще несколько скважин с мощными двигателями, станции нередко отключаются вследствие низкого напряжения.

При сравнении характеристик асинхронного и вентильного двигателей мощностью 45 кВт можно обнаружить, что у последнего уровень номинально потребляемого тока ниже на 14%, величина тока холостого хода ниже на 84%, КПД на валу выше на 10%, коэффициент мощности выше на 13% (см. «Сравнительная характеристика синхронного ВД и асинхронного ЭД»). Одна из особенностей ПВЭД — меньшие габариты по длине и массе по сравнению с асинхронным ЭД.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВЭД

К функциональным регулировочным возможностям ПВЭД можно отнести, во-первых, возможность посредством увеличения частоты вращения двигателя и фиксации величины тока подбирать режим, наиболее устойчивый и близкий к максимальной отдаче пласта.

Во-вторых, ПВЭД позволяют выводить скважины на режим с плавным увеличением числа оборотов (с шагом 1 об/мин), что предотвращает массовый выброс мехпримесей.

В-третьих, вывод скважины на режим при пониженных оборотах снижает депрессию на пласт.

В-четвертых, в скважинах с повышенным газовым фактором при использовании ПВЭД можно понизить динамический уровень за счет введения режима поддержания давления на приеме погружной установки. В этом случае насос работает со смесью пластовой жидкости, одна часть которой поступает из пласта, а другая — из разгазированного пространства над насосом. В результате насос работает со смесью, в которой газовый фактор существенно снижен, поэтому срыва подачи не происходит.

Следует обратить внимание на то, что любое изменение характеристики пласт — скважина — насос прямо пропорционально изменению величины тока электродвигателя. Поэтому изменение мощности и скорости изменения мощности служат первым сигналом об изменении в работе системы. Самоадаптация работы системы основана на установлении равновесия между характеристикой притока флюида из пласта и характеристикой работы электродвигателя. Динамика изменения притока флюида из пласта определяется скоростью изменения тока ПВЭД. Поэтому осложнения в работе погружной установки из-за влияния газа, мехпримесей или солеотложений могут быть определены по скорости изменения тока электродвигателя.

Станции управления обеспечивают работу погружной установки в режиме, который позволяет рационально совместить ее характеристики с характеристиками пласта за счет регулирования частоты вращения ПВЭД, что обеспечивает эффективную эксплуатацию каждой скважины.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Сравнение нескольких экономических характеристик асинхронных ЭД и синхронных ВД, а также расчет экономического эффекта от внедрения вентильных электроприводов свидетельствуют о целесообразности внедрения ПВЭД на малодебитном фонде (см. «Сравнительная экономическая характеристика асинхронного ЭД и синхронного ВД»; «Экономический эффект от применения вентильных электроприводов в составе УЭЦН»).

Согласно нашим расчетам применение ПВЭД позволяет снизить затраты на электроэнергию на 17% (см. «Расчет снижения затрат на электроэнергию при использовании ПВЭД»).