Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД

Приводы на основе вентильных электродвигателей (ВЭД), разработанные специалистами ООО «РИТЭК-ИТЦ», уже прочно вошли в перечень оборудования, которое используется нефтяниками для повышения эффективности добычи нефти.

По состоянию на начало июня 2010 года насосные установки с двигателями конструкции и производства ООО «РИТЭК-ИТЦ» эксплуатировались более чем в 1100 скважинах.

Высокая энергоэффективность вентильных приводов определяется не только их энергетическими характеристиками, но и возможностью эффективного применения различных режимов отборов продукции скважин (см. «Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД»).

25.01.2019 Инженерная практика №08/2010
Гинзбург Матвей Яковлевич Советник директора «Завода вентильных электродвигателей ООО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис», член Экспертного совета по механизированной добыче нефти
Павленко Владимир Иванович Генеральный директор ООО «РИТЭК-ИТЦ», к.т.н.

Энергетические показатели вентильных и асинхронных приводов по результатам испытаний на стенде СИУ-160
Энергетические показатели вентильных и асинхронных приводов по результатам испытаний на стенде СИУ-160

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕНТИЛЬНЫХ И АСИНХРОННЫХ ПРИВОДОВ УЭЦН

Высокая энергоэффективность вентильных электродвигателей определяется изначально заложенной в конструкцию их роторов высококоэрцитивных постоянных магнитов из сплавов редкоземельных металлов с высокими удельными показателями энергии. Поэтому в них нет соответствующих потерь, которые есть в короткозамкнутой обмотке роторов асинхронных электродвигателей, в связи с чем КПД вентильных электродвигателей выше КПД асинхронных электродвигателей.

Сравнительные испытания проводились на двигателях ВД32-117 со станцией управления «РИТЭКС-03» и ПЭД32-117 без регулирования частоты вращения и со станцией управления «Электон-05» с преобразователями частоты (ПЧ) без фильтров (см. «Энергетические показатели вентильных и асинхронных приводов по результатам испытаний на стенде СИУ-160»).

Как видно из приведенных данных, КПД вентильных двигателей и приводов на их основе выше КПД приводов с асинхронными двигателями, а значения рабочих токов – ниже.

Относительные величины токов в кабельной линии при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД
Относительные величины токов в кабельной линии при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД

При замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД потери в кабельной линии, пропорциональные действующему значению тока во второй степени, также снижаются (см. «Относительные величины токов в кабельной линии при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД»).

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗА СЧЕТ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Корректировки режима отбора продукции скважин определяются необходимостью компенсации неточностей, которые имеют место при использовании самых совершенных программ подбора оборудования. Регулирование подачи насоса может проводиться установкой штуцера с заданным диаметром отверстия или регулированием частоты вращения. Последний способ с точки зрения энергетики более эффективен. Поэтому в последние годы существенно увеличиваются объемы применения в составе УЭЦН станций управления с ПЧ, обеспечивающих возможность регулирования частоты вращения ПЭД.

Возможность регулирования частоты вращения обеспечивает и вентильный электродвигатель, который в отличие от асинхронного с ПЧ обладает универсальной эффективностью, обеспечивающей не только более высокие КПД, но и более высокий ресурс двигателя и всей установки.

При выборе типа регулируемого привода (ВЭД или ПЭД с ПЧ) необходимо учитывать, что КПД асинхронных электродвигателей при их работе с ПЧ снижаются относительно их номинальных значений при работе непосредственно от сети.

В рекомендациях стандарта Международной электротехнической комиссии IEC/TS 60034-17(2006) «Машины электрические вращающиеся. Часть 17. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователей. Руководство по применению» указывается, что необходимо предусматривать дополнительные потери в двигателе, вызванные наличием гармоник в напряжении и токе, которые в двигателях средней мощности могут достигать 20%.

Снижение КПД ПЭД при работе с ПЧ подтверждено результатами испытаний на стенде: при частоте 50 Гц КПД ПЭД32 с ПЧ оказался ниже КПД этого же двигателя, работающего при той же частоте, но от сети (82,1 и 83,4% соответственно). Таким образом, потери мощности при регулировании частоты вращения ПЭД с ПЧ выше соответствующих потерь при регулировании частоты вращения вентильного электродвигателя. Помимо снижения КПД асинхронного ПЭД с ПЧ увеличился и его ток с 26,6 до 28,3 А, что связано с наличием высших гармоник.

Большинство выпускаемых в настоящее время в России станций управления с ПЧ не имеют встроенных выходных фильтров, поэтому искажения синусоидальности кривой напряжения превышают допустимые значения. Нефтяники сформулировали требования по допустимой величине искажения, которые будут учтены в разрабатываемом стандарте на УЭЦН. Пока многие из них мирятся с искажениями, так как не готовы платить за фильтры. При использовании в комплекте со станцией управления выходного фильтра КПД двигателя ПЭД с ПЧ может возрасти, однако появятся дополнительные потери мощности в фильтре.

Распределение скважин, эксплуатируемых УЭЦН с ВЭД, по диапазонам регулирования частот вращения
Распределение скважин, эксплуатируемых УЭЦН с ВЭД, по диапазонам регулирования частот вращения

При эксплуатации УЭЦН с ВЭД возможность регулирования частоты вращения используется в 86% скважин, из них 72,4% работают при частотах ниже номинальной и 13,6% – выше (см. «Распределение скважин, эксплуатируемых УЭЦН с ВЭД, по диапазонам регулирования частот вращения»). Конечно, такое распределение скважин по частотам вращения УЭЦН не является постоянным. Приведенные цифры отражают состояние на дату учета. Однако средневзвешенная частота вращения насосов в 2750 об/мин соответствует средним значениям фактической частоты вращения УЭЦН с ВЭД. При этой частоте вращения потребляемая насосом мощность снижается на 15,5%. Именно эту цифру рекомендуется учитывать при проведении предварительных расчетов снижения энергопотребления от замены в УЭЦН ПЭД на ВЭД.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ УЭЦН В ЦИКЛИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Принято считать, что периодический способ эксплуатации скважин – это вынужденная технология, которую не следует применять, если есть возможность эксплуатации скважин в непрерывном режиме. Сегодня это положение не столь категорично. Появились так называемые «повторно-кратковременный метод эксплуатации УЭЦН» и «метод циклических отборов», которые, по сути, остаются методами периодической эксплуатации. И применяемые в рамках этих методов режимы отбора продукции скважин позволяют для определенной их категории повысить эффективность добычи, в том числе снизить энергопотребление.

Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД
Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД

Ранее периодический метод считался неэффективным не только в связи с меньшим отбором продукции скважин, чем при непрерывной добыче, но и в связи со снижением ресурса ПЭД и кабеля из-за многократных запусков при больших значениях пусковых токов, а также динамических нагрузок на узлы соединения подземного оборудования УЭЦН.

С появлением станций управления с плавным запуском и возможностью регулирования частоты вращения эти недостатки перестали быть в технологии периодической эксплуатации определяющими. Однако, поскольку при периодической эксплуатации двигатель работает практически без охлаждения потоком откачиваемой из пласта жидкости, возможен его перегрев и, как следствие, снижение ресурса.

Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД
Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления УЭЦН при замене в них ПЭД на ВЭД

Это положение справедливо при использовании в качестве привода ЭЦН асинхронного электродвигателя ПЭД. При периодической эксплуатации УЭЦН более эффективен вентильный электродвигатель, поскольку он имеет более низкую температуру перегрева обмотки: ΔТВЭД = 20÷25°С, ΔТПЭД = 40÷45°С.

Как известно, ресурс изоляции снижается с повышением температуры эксплуатации. Поэтому вентильные двигатели при периодическом способе эксплуатации имеют более высокий ресурс, чем ПЭД, работающие в аналогичном режиме.

В настоящее время вентильные электродвигатели производства ООО «РИТЭК-ИТЦ» используются в составе УЭЦН, работающих методом циклических отборов в 50 скважинах ОАО «ТНК-Нягань». При циклическом отборе продукции скважин в составе УЭЦН используется насос с номинальной подачей, в 2 – 3 раза превышающей подачу насоса, который ранее использовался для отбора продукции при непрерывной работе УЭЦН. Снижение энергопотребления при этом достигается за счет более высоких КПД насосов с большими подачами. Эта технология позволила в ОАО «ТНК-Нягань» в два и более раза повысить наработки оборудования УЭЦН и сократить расход электроэнергии на 40 – 60% без снижения добычи.

Как было отмечено, метод циклических отборов не является универсальным методом эффективной эксплуатации. Он может быть использован только в определенной категории скважин. Рост применения этого метода связан с внедрением в нефтяных компаниях программы подбора оборудования и технологии эксплуатации скважин методом циклических отборов, разработанной под руководством д.т.н. Владимира Николаевича Ивановского.

Факторы, обеспечивающие снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД, и ориентировочные значения их показателей представлены в таблице (см. «Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД»).

Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД
Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД

ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВЭД В НК «ЛУКОЙЛ»

В 2009 году в четырех основных нефтедобывающих предприятиях компании ОАО «ЛУКОЙЛ» был выполнен анализ энергетической эффективности замены в УЭЦН асинхронных электродвигателей на вентильные. Оценка снижения энергопотребления проводилась путем инструментальных замеров энергопотребления в одних и тех же скважинах до и после замены в УЭЦН и УЭВН серийных асинхронных электродвигателей (без возможности регулирования частоты вращения) на вентильные (см. «Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН асинхронных электродвигателей ПЭД на ВЭД по компаниям»). Аналогичные замеры проводились в ОАО «Татнефть» и ОАО «ТНК-Нягань», где эксплуатируются вентильные электродвигатели производства ООО «РИТЭК-ИТЦ».

Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД
Снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД

Представленные в таблицах численные показатели снижения энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВЭД в каждом конкретном случае могут быть выше или ниже приведенных цифр. Но энергопотребление УЭЦН с правильно спроектированным ВЭД, управляемым по оптимальной программе, всегда будет ниже энергопотребления УЭЦН с ПЭД, в том числе и с частотным регулятором.

Комментарии

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

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Спрос сохранится на уровне 250-300 УЭВН в год
Техническая конференция SPE «Третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов»
Свежий выпуск
Инженерная практика №11-12/2023

Инженерная практика

Выпуск №11-12/2023

Повышение эффективности мехфонда. Работа с осложненным фондом скважин. Методы борьбы с коррозией
Методы интенсификации добычи ВВН и СВН Автоматизация мониторинга ОФОборудование для эксплуатации БС и СМД Комплексный подход к защите ВСО от коррозииИмпортозамещение в сфере ЛКМ
Ближайшее совещание
ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024
Производсвенно - техническое отраслевое совещание

ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024. Обеспечение целостности и эффективности систем промыслового транспорта. Лучшие практики и альтернативные решения

с 18 по 20 июня 2024 года, г. Пермь (ВАЖНО!!! место проведения - Отель "Урал")
ООО «Инженерная практика» приглашает Вас и Ваших коллег принять участие в Производственно - техническом Совещании «ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024. Обеспечение целостности и эффективности систем промыслового транспорта. Лучшие практики и альтернативные решения». Мероприятие будет проходить в очном формате в зале Digital Hall города Перми в период с 18 по 20 июня 2024 года.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Защитные покрытия для нефгаздобычи ‘2024
Тренинг-курс (программа "Наставник")

Защитные антикоррозионные покрытия '2024. Эффективные методы применения защитных покрытий в нефтедобыче.

15-17 октября 2024 г., г. Самара
Цель тренинга – ознакомление с основами материаловедения, видами покрытий, типами пленкообразующих, а также формирования профессиональных знаний в области применимости различных видов покрытий для защиты нефтепроводных и насосно-компрессорных труб. Практическая часть семинара проводится на базе аккредитованной исследовательской лаборатории, оснащенной самым современным оборудованием. При прохождение практической части занятия проводятся непосредственно на промысловых трубах и НКТ, отобранных на месторождениях. Авторский курс читают Эксперты Научно-производственного центра «Самара» (основное направление деятельности - работы, связанные с исследованиями в области защиты от коррозии элементов ТЭК (скважинное оборудование, линейные трубопроводы, емкостной парк и т.д.).