Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Энергетическая эффективность вентильных приводов УЭЦН и УЭВН

В 2010 году проекту разработки вентильных двигателей (ВД) для УЭЦН исполняется 15 лет. Полтора десятка лет назад перспективы приводов данного типа были еще далеко не ясны, но мы исходили из понимания причин недостатков погружных асинхронных двигателей и природы преимуществ вентильных электродвигателей, которые к тому времени уже применялись в различных машинах. Это понимание позволяло рассчитывать на успех нашего проекта.

Сегодня актуализация задачи энергосбережения как в связи с ростом тарифов, так и по причине роста обводненности существующего фонда скважин обеспечила установкам с вентильными двигателями достойное место в ряду самых эффективных современных технических решений для механизированной добычи нефти.

Справедливость этого утверждения подтверждается результатами эксплуатации.

07.03.2010 Инженерная практика №03/2010
Ребенков Сергей Викторович Начальник программно-аппаратного отдела ООО «ЭПУ-ИТЦ»

УЭЦН
УЭЦН
Расчетные показатели энергозатрат на добычу нефти УЭЦН в России
Расчетные показатели энергозатрат на добычу нефти УЭЦН в России

Основных недостатков у асинхронных ПЭД два. Первый — это относительно невысокие КПД (83,5-84,5%) и большие значения рабочих и пусковых токов (Iпуска > 5 Iн), что оборачивается повышенным расходом электроэнергии, перегревом двигателя и соответствующим снижением ресурса установки. Второй состоит в недостаточном диапазоне регулирования частоты вращения вала с сохранением стабильного момента, что не позволяет использовать асинхронные ПЭД в качестве привода для установок винтовых насосов (УЭВН) с диапазоном регулирования частоты вращения до 700 об/мин. В обоих отношениях вентильные приводы обладают рядом преимуществ.

Снижение энергозатрат объясняется более высокими значениями КПД (91-92%), меньшими значениями рабочих токов, регулированием частоты вращения и применением специальных технологий. Повышение ресурса установки, в свою очередь, происходит за счет более низких перегревов и рабочих токов двигателя, а также за счет перехода от регулирования подачи насоса штуцированием к изменению частоты вращения вала.

И, наконец, оптимизация отбора продукции достигается за счет регулирования частоты вращения вала, возможности работы УЭЦН в циклическом режиме и возможности работы с низкой частотой вращения при стабильном высоком моменте, что позволяет экономить электроэнергию и повысить ресурс УЭВН.

АКТУАЛЬНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Так или иначе, основным показателем, который определил целесообразность замены в установках центробежных насосов асинхронных ПЭД на ВД, стал более высокий КПД последних. Высокий КПД — это не только снижение энергопотребления, но и повышение ресурса всей установки в целом, так как он существенно улучшает режим работы не только самого двигателя, но и других узлов скважинного оборудования. Пятнадцать лет назад относительно низкая стоимость киловатт-часа не стимулировала кардинальных решений в области энергосбережения. Ситуация изменилась, когда обозначился устойчивый рост тарифов на электроэнергию. И в первую очередь негативные последствия этой тенденции почувствовали нефтяники (см. «Расчетные показатели энергозатрат на добычу нефти УЭЦН в России»). Как мы видим, к 2012 году затраты на электроэнергию при добыче нефти УЭЦНами вырастет практически в два раза относительно текущего уровня.

Вместе с тем актуализация проблемы энергосбережения связана не только с ростом тарифов, но и с ростом обводненности продукции скважин. Например, при уровне обводненности в 80-90% увеличение этого показателя на 1% приводит к увеличению энергопотребления на 5-10%.

Динамика роста количества скважин, эксплуатируемых УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом конструкции ООО «РИТЭК-ИТЦ»
Динамика роста количества скважин, эксплуатируемых УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом конструкции ООО «РИТЭК-ИТЦ»

НОВЫЙ ТИП ПОГРУЖНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В результате проведенной нашей компанией работы был создан совершенно новый тип двигателей для УЭЦН, который сегодня по праву занимает место в ряду высокоэффективного нефтяного оборудования. На начало 2010 года в эксплуатации с ВД нашей конструкции находилось более 900 скважин, из числа которых 203 скважины оборудованы УЭВН (см. «Динамика роста количества скважин, эксплуатируемых УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом конструкции ООО «РИТЭК-ИТЦ»). Самых больших наработок наших ВД к настоящему моменту удалось достичь в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь».

Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»
Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»

На данный момент текущая максимальная наработка составляет порядка 2 тыс. суток и продолжает расти (см. «Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»). В «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» к январю приводы отработали более 1,5 тыс. суток, в «ЛУКОЙЛ-Коми», где ВД используются в основном для винтовых насосов — порядка 1 тыс. суток (см. «Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» и «Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»).

Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»
Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь»

Такая динамика роста объемов использования вентильных приводов свидетельствует о том, что заявленные нами технологические ресурсные и энергетические преимущества по фактическим результатам эксплуатации были подтверждены всеми нефтедобывающими предприятиями, в которых ведется их интенсивное внедрение.

Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»
Текущая наработка УЭЦН и УЭВН с вентильным приводом в ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»

СНИЖЕНИЕ ЗАТРАТ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Первыми в НК «ЛУКОЙЛ» фактические замеры снижения энергопотребления провели специалисты пермского добывающего предприятия в 2004 году. Замеры подтвердили снижение энергопотребления на 25%. Снижение энергопотребления подтверждалось замерами и в других нефтедобывающих предприятиях.

Однако внедрение сравнительно небольших объемов вентильных двигателей накладывалось на отсутствие учета энергопотребления по каждой скважине и единой методики проведения работ по определению энергоэффективности ВД. До сих пор отсутствие количественных оценок по утвержденным методикам делает невозможным использование отдельных замеров в экономических расчетах.

До последнего времени основным направлением работ по снижению потребления электроэнергии в нефтяной отрасли были организационно-технические мероприятия. Широкое внедрение вентильного привода — одно из немногих энергосберегающих мероприятий чисто технического характера. Между тем, для включения использования вентильных приводов в программу энергосбережения требуется количественная оценка экономии электроэнергии от их внедрения и технико-экономическое обоснование.

Результаты замеров снижения энергопотребления при замене в УЭЦН и УЭВН ПЭД на вентильные ВД
Результаты замеров снижения энергопотребления при замене в УЭЦН и УЭВН ПЭД на вентильные ВД

ПРОМЫСЛОВЫЕ ДАННЫЕ

В прошлом году в компании «ЛУКОЙЛ» проводились замеры энергопотребления в одних и тех же скважинах, при одних и тех же условиях эксплуатации, с заменой привода (см. «Результаты замеров снижения энергопотребления при замене в УЭЦН и УЭВН ПЭД на вентильные ВД»). Производились замеры и на Восточно-Перевальном месторождении компании «РИТЭК».

По результатам замеров, 15-процентное снижение энергопотребления оказалось минимальной цифрой.

Следует отметить в этой связи, что диапазон полученных величин объясняется не только значениями энергетических показателей асинхронных и вентильных двигателей, но и технологическими параметрами эксплуатации. В первую очередь, это использование регулирования частоты вращения при приведении в соответствие режимов работы системы «насос-пласт» (см. «Показатели, определяющие снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВД»).

Показатели, определяющие снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВД
Показатели, определяющие снижение энергопотребления при замене в УЭЦН ПЭД на ВД

РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

Возможность регулирования частоты вращения вала ВД позволяет компенсировать неточности подбора оборудования, которые имеют место даже при использовании самых современных и технологических программ подбора (см. «Фактические частоты вращения УЭЦН с ВД в скважинах ОАО «ЛУКОЙЛ»). Средневзвешенная частота составляет 2750 об./мин.

Фактические частоты вращения УЭЦН с ВД в скважинах ОАО «ЛУКОЙЛ»
Фактические частоты вращения УЭЦН с ВД в скважинах ОАО «ЛУКОЙЛ»

В связи с тем, что преимущества такой настройки работы УЭЦН сегодня абсолютно очевидны, регулирование частоты вращения вала переходит из категории опций станции управления в стандартную комплектацию установки центробежных насосов. При этом регулирование частоты вращения ЭЦН с ВД обладает существенным преимуществом перед регулированием асинхронного двигателя преобразователем частоты (ПЧ). Разница составляет 8-10%.

При использовании ПЧ без фильтра снижается КПД асинхронного двигателя, а при установке фильтра снижается КПД уже самой станции управления — примерно на 3%. При этом полная комплектация такими системами УЭЦН с асинхронными ПЭД существенно приближает их стоимость к стоимости установок с ВД, в случае использования которых нет необходимости ставить фильтры напряжения на вход.

РЕЖИМ ЦИКЛИЧЕСКОГО ОТБОРА

Использование ВД в установках, работающих в режиме циклических отборов, представляет собой отдельное преимущество.

Многократные запуски асинхронных ПЭД сопровождаются токовыми бросками, которые приводят к существенному снижению ресурса не только самого двигателя, но и кабеля и всех стыковочных узлов. Ухудшается тепловой режим работы двигателя, так как отбор продукции производится не из пласта, а с динамического уровня. При этом двигатель практически не охлаждается, что также снижает ресурс изоляции и т.д. При методе циклических отборов с использованием ВД пусковые токи не превышают номинальных значений, а меньший собственный перегрев обмотки ВД позволяет ему длительное время работать без охлаждения потом жидкости, без снижения ресурса изоляции. Кроме того, возможности регулирования частоты вращения позволяют выбирать оптимальный темп отбора продукции. Такую технологию с использованием наших вентильных приводов одно из работающих на месторождениях «ТНК-ВР» сервисных предприятий использует более чем на 50 скважинах. По подтвержденным заказчиками сведениям, эта технология позволила снизить энергопотребление на добычу нефти более, чем в два раза при одновременном росте наработок и уровня добычи.

Нефтяники получили новый вид оборудования, который позволяет решать многие технологические задачи при одновременном снижении энергопотребления.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Чем объясняется отсутствие зарубежной продукции в этом сегменте? Мы что, настолько удачно скрываем информацию?
Сергей Ребенков: Нет, почему же?! К сожалению, уже не очень удачно. Уже, в принципе, работа идет.
Вопрос: В чем различия между системами управления ВД разных производителей?
С.Р.: Насчет систем конкурентов я ничего не могу сказать. Наш принцип управления заключается в том, что ПЧ питает обмотку статоров по определенному алгоритму, и в каждый момент времени по двум фазам мы питаем двигатель, а по одной фазе мы отслеживаем положение ротора. И мы управляем двигателем таким образом, что поле статора по отношению к полю ротора перемещается с опережением в 90°. Ротор в этом смысле сродни пружинке, подвешенной в магнитном поле, что позволяет ему быстро реагировать на изменение момента, на изменение нагрузки во всем диапазоне.
Вопрос: Подтверждается ли на практике заявляемый высокий cos φ вентильных двигателей?
С.Р.: На самом деле в данном случае правильнее говорить не о двигателе, а об установке в целом. Если напрямую подсоединить ВД к станции управления, то cos φ будет равен примерно единице, поскольку ВД не потребляет активную мощность в силу его частоты. Но у кабельной линии есть своя емкость, и поэтому cos всей установки немного ниже.
Вопрос: Насколько ограничена сфера применения ваших ВД? Вы не собираетесь расширять линейку выше 45 кВт?
С.Р.: Уже есть ВД на 64 кВт. Были опытные образцы на 125 кВт.
Вопрос: Что можете сказать о температурных показателях?
С.Р.: Мы проводили испытания на собственном стенде. Перегрев внутренних частей ВД относительно корпуса составил не более 20°С. Это при максимальных номинальных нагрузках и даже выше. Испытывали при 150°С.
Вопрос: Вы не рассматривали возможность применения ВД в системах ППД и внутрипромысловой перекачки жидкостей?
С.Р.: Мы думали об этом, просто ресурсов пока за все браться не хватает. Для завода в Тольятти мы делали установки на 6 тыс. об./мин. Успешно работает до сих пор.
Владимир Ивановский: Я хотел бы добавить несколько слов. Во-первых, по тому, какие были условия эксплуатации по республике Коми по вентильным двигателям для винтовых насосных установок. Очень высокая вязкость, напор от 1000 до 1400 м, иногда несколько меньше. Частоты вращения с ВД от 350 до 500 об/мин. Мехпримесей там достаточно, но из-за того, что высокой вязкости нефть, эти мехпримеси не так сильно воздействуют, поскольку нефть является еще и смазывающим элементом.
Проблема есть там с температурой, потому что на некоторых месторождениях используется термовоздействие на пласт, и, соответственно, температуры могут быть довольно высокие. С другой стороны там, где нет термовоздействия на пласт, температуры аномально низкие. Это малодебитные скважины с добычей от 8 до 30 м3/сутки при температуре пласта 20-25°С.
На месторождениях «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» условия немножко получше: более сцементированные пласты, меньше механических примесей. Но тем не менее проблемы везде есть. И там есть часто ремонтируемый фонд, на котором в основном и используются установки с ВД.
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 №07/2019

Инженерная практика

Выпуск №07/2019

Строительство и ремонт скважин, механизированная добыча, наземная инфраструктура
Результаты ОПИ перфорационной системы SNAKE BVTОбеспечение устойчивости ствола скважин при бурении в глинистых породах и вскрытии терригенных и карбонатных отложений, предотвращение ГНВПОценка преимуществ «самовосстанавливающихся» тампонажных материалов для снижения риска ЗКЦПромысловая химия, оборудование и материалы для защиты ОФ скважин и промысловых трубопроводовВнедрение каскадной схемы управления с применением высокочастотного регулируемого приводаПрименение технологий ИИ при мониторинге трасс трубопроводов
Ближайшее совещание
Подготовка нефти и газа, Утилизация ПНГ
Подготовка – 2019
VII Ежегодная производственно-техническая отраслевая конференция

Сбор, подготовка и транспорт продукции скважин. Утилизация попутного нефтяного газа ‘2019

15-16 октября 2019 г., г. Пермь
Работа Конференции направлена на обмен опытом и анализ внедрения новых подходов, технологий, оборудования и химреагентов в области эксплуатации систем сбора, подготовки и транспорта нефти, газа и воды. Особое внимание будет уделено таким вопросам, как методы утилизации попутного нефтяного газа; компрессорное оборудование; новые технологии разрушения стойких водонефтяных эмульсий; удаление сероводорода и метил- и этилмеркаптанов; подготовка и транспорт нефти с высоким содержанием АСПВ; борьбе с солеотложениями в системе нефтесбора.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Защитные покрытия 2019
Тренинг-курс

Защитные антикоррозионные покрытия 2019. Эффективные методы применения защитных покрытий в нефтедобыче

6-8 ноября 2019 г., г. Самара
Трехдневный авторский тренинг-курс (теория и практика). Читают три эксперта. Все эксперты – ведущие специалисты в области испытаний и механизмов разрушения внутренних и наружных антикоррозионных покрытий труб и элементов ТЭК, авторы ряда методик, по которым проводятся испытания во всех отраслевых институтах, двое экспертов – кандидаты наук.