Фаттахов Рустем Бариевич Заведующий лабораторией систем промысловых коммуникаций ППД ТатНИПИнефть, доцент, к.т.н.

Абрамов Михаил Алексеевич Начальник службы по поддержанию пластового давления ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

Гилязов Вадим Мунирович Начальник ПО ППД НГДУ «Елховнефть» ПАО «Татнефть» им. В.Д. Шашина

Как правило, при расчете эффективности применения ЧРП используется так называемая формула подобия:

где Q, H, N, n — это подача, напор, потребляемая мощ-ность и частота; индексом ЧРП обозначен параметр при использовании ЧРП, н — номинальный параметр. На основании этой зависимости выводится и формула преобразования:

Однако данная формула — теоретическая и для оценки эффективности применения ЧРП в системе ППД она не подходит: во-первых, существуют определенные зависимости рабочих характеристик электродвигателя от частоты вращения и нагрузки; а во-вторых, насосный агрегат (НА) не работает как механизм с вен-тиляторной нагрузкой и, следовательно, при его регу-лировании рабочие режимы также будут меняться.

Таким образом, универсального подхода к расчету эффективности внедрения ЧРП на сегодняшний день нет, поскольку для этого необходимо учитывать все влияющие факторы, включая характеристики всех применяемых в системе ППД насосных установок и режимы их работы.

Для объемных насосов эти зависимости выражены не так ярко в виду особенностей их напорных характеристик. В данном случае существует вполне очевидная зависимость КПД насосного агрегата с ЧРП от частоты вращения двигателя (рис. 1).

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ НА РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ

В настоящее время насосные парки систем ППД нефтяных компаний почти на 95% состоят из насосов динамического действия типа ЦНС с разными НРХ, оснащенных высоковольтными или низковольтными двигателями.

На рис. 2 представлены паспортная НРХ насосного агрегата ЦНС-63-1400 и ее изменение в процессе эксплуатации. Текущая наработка данного насоса составляет 4000 маш-ч, плотность перекачиваемой жидкости — 1060 кг/м3. Видно, что напор насоса выше, а КПД, напротив, ниже значения, указанного в паспортных данных, и при этом проявляет устойчивую тенденцию к снижению с течением времени. Здесь же напомним, что само значение КПД насосного агрегата с ЧРП складывается из нескольких составляющих: КПД насоса, муфты, электродвигателя и ЧРП.

Нередко производители умалчивают о зависимости реального КПД от нагрузки насоса и частоты вращения двигателя, а также КПД ЧРП. Эти зависимости могут составлять 2-5%. В то же время по некоторым данным применение ЧРП позволяет повысить КПД двигателя на незагруженных режимах, однако нам пока не удалось найти статистически достоверных исследований в этой области. Также необходимы исследования влияния изменения частоты на надежность работы агрегата и изменение других эксплуатационных характеристик.

Пока же известно, что при дросселировании КПД насоса может измениться на 5% как в сторону увеличения, так и в сторону снижения. Так, например, если взять за номинальный режим производительность насоса, равную 63 м³/ч, то 5%-ное изменение КПД в ту или иную сторону приведет к изменению напора на 17,5-25%. Длительная работа насоса за пределами рабочей зоны может свидетельствовать о неправильно подобранном насосом агрегате. При этом регулирование частоты в пределах рабочей зоны не приведет к исчезновению эффекта, а высокая стоимость ЧРП, сопоставимая со стоимостью самого агрегата, может не окупиться.

Применение ЧРП порой необходимо для решения вопросов, связанных с возможностью управления закачками и регулированием потоков, а также снижения энергопотребления. В качестве примера можно привести систему МСП «Татнефти», где количество нагнетательных скважин, подключенных к скважинамдонорам, составляет от единиц до десятка (рис. 3, 4). Впрочем, и в данном случае отсутствие ЧРП не приводит к катастрофическим изменениям в режимах работы насосов. Вместе с тем по оценке специалистов Инженерного центра установка ЧРП на насосах (КНС или МСП) без учета превалирующих режимов закачки и особенностей выбранных объектов ППД малоэффективна.

На рис. 5 показано изменение характеристик аппарата ЭЦН5-200 (производства завода «Алнас») в зависимости от изменения частоты. Видна нелинейная зависимость рабочей области и потребляемой мощности. В результате при снижении частоты происходит падение КПД оборудования, как правило, не учитываемое при оценке эффективности работы оборудования с ЧРП.

На рис. 6 представлен возможный способ подключения ЧРП. Показаны две схемы подключения — высоковольтная (6 кВ) и низковольтная (380 В). Это то, чем мы в настоящий момент занимаемся. Алгоритм еще не проработан. В любом случае с учетом всех факторов вопрос применения ЧРП на том или ином объекте превращается в многовариантную задачу, решить которую будет очень сложно. Пока же должен сказать, что опыт использования ЧРП в «Татнефти» не столь велик, чтобы делать окончательные выводы об областях эффективного применения данного оборудования.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЫВОДЫ

И все же некоторые итоги можно подвести уже сейчас. Так, фактическая экономия энергии при использовании ЧРП в системе ППД существенно ниже рекламируемых производителями показателей и зависит от целого ряда факторов. Примеры значительного снижения энергопотребления после внедрения ЧРП, в свою очередь, свидетельствуют о том, что внедрению ЧРП не предшествовало проведение энергосберегающих мероприятий. Более того, известны факты снижения энергоэффективности производственных систем в результате внедрения регулируемого электропривода.

В целом же при высокой стоимости ЧРП его внедрение может даже оказаться убыточным по сравнению с ремонтом изношенного оборудования.

И последнее: тенденция расширения областей применения ЧРП, основанная на его очевидных достоинствах, уже стала необратимой. Возможно, в перспективе ЧРП станет штатной принадлежностью приводных агрегатов (как минимум низковольтных) вне зависимости от потенциальных возможностей применения, однако в настоящее время необходим комплексный подход к решению вопроса об эффективности применения ЧРП на том или ином объекте ППД.