Анализ применения комплектных приводов на основе вентильных погружных двигателей в НГДУ «РИТЭКнефть»
 |
Авторы:
При эксплуатации УЭЦН с асинхронным погружным электродвигателем и даже с частотным преобразователем, при определенных режимах отбора жидкости из скважин возникают некоторые технологические проблемы, которые приводят к существенному снижению ресурса оборудования. Практически исчерпаны возможности дальнейшего повышения энергетической эффективности погружных асинхронных электродвигателей. |
Внедрение ВД в НГДУ «РИТЭКнефть» по годам
В данное время 70 % фонда скважин УЭЦН оборудованы ВД с основными типоразмерами: ЭЦН-25,30,45,60,80. Наработка ЭЦН с КП ВД на 01.08. 2010 года составила 603 сут., наработка по УЭЦН 511 сут. 10 % от скважин, оборудованных КП ВД, эксплуатируются в «левой» зоне работы насоса, что объясняется невозможностью корректно подобрать установку в процессе ремонта скважины либо изменением пластовых условий.. Так же имеют место отказы по причине снижения изоляции двигателя и кабельной линии, но они в основном связаны с тяжелыми условиями эксплуатации ВД, т.е. работой на низких подачах и соответственно недостаточным охлаждением двигателя. До 2008 года имели место отказы (до 40%) по причине разрушение пакетов ротора (Б12) вентильных двигателей, но с начала применения модернизированных пакетов ротора (Б20) отказы по данной причине имеются в единичных случаях.
На месторождениях НГДУ «РИТЭКнефть» внедряются УЭЦН с ВД с блоком телеметрии, позволяющей автоматически регулировать частоту вращения ротора ПЭД в зависимости от значений необходимых параметров (давления на приёме насоса, температуры двигателя, температуры окружающей среды и вибрации корпуса). Основными преимуществами таких установок перед обычными вентильными установками в том, что станция может работать в автоматическом режиме в зависимости от требуемых установок, задаваемых в ручную: поддерживать необходимую частоту вращения, температуру двигателя, давление на приеме насоса, т.е. поддерживая требуемую величину давления на приеме насоса установка самостоятельно может менять скорость вращения ротора ПЭД, тем самым достигается максимальная эффективность работы системы пласт – УЭЦН. Так же данная установка позволяет осуществлять мониторинг во времени всех измеряемых параметров путем снятия информации специальным устройством (блок съема информации) и дальнейшей обработки ее на компьютере.
На основании собранной информации по работе системы КП ВД и анализа отказов ВД следует отметить, что наименее надежным компонентом системы КП ВД на сегодняшний день является станция управления.
Таблица 1. Технические характеристики вентильных электродвигателей ВД. Частота вращения 3000 об/мин
|
Тип электродвигателя
|
Мощность, кВт
|
Напряжение, В
|
Ток, А
|
КПД, %
|
COSj
|
Диаметр, мм
|
Длина, мм
|
Масса, кг
|
|
|
Iн
|
Iхх,
не более
|
||||||||
|
ВД16-117В5
|
16
|
800
|
14,5
|
1,5
|
91
|
0,99
|
117
|
1717
|
117
|
|
ВД24-117В5
|
24
|
1150
|
2097
|
146
|
|||||
|
ВД32-117В5
|
32
|
1100
|
21,0
|
2,0
|
92
|
2477
|
169
|
||
|
ВД40-117В5
|
40
|
1400
|
2857
|
196
|
|||||
|
ВД48-117В5
|
48
|
1300
|
25,5
|
2,5
|
93
|
3237
|
227
|
||
|
ВД56-117В5
|
56
|
1550
|
25,0
|
3617
|
249
|
||||
|
ВД64-117В5
|
64
|
1750
|
3997
|
278
|
|||||
|
ВД125-117В5
|
125
|
2000
|
39,0
|
4
|
93,5
|
7037
|
506
|
||
|
ВД12-103В5
|
12
|
624
|
14
|
|
90,5
|
0,99
|
103
|
1271
|
65
|
|
ВД16-103В5
|
16
|
923
|
12
|
91,5
|
1618
|
85
|
|||
|
ВД22-103В5
|
22
|
1234
|
12,5
|
1965
|
105
|
||||
|
ВД28-103В5
|
28
|
1086
|
18,5
|
2312
|
125
|
||||
|
ВД32-103В5
|
32
|
1290
|
17
|
92
|
2659
|
145
|
|||
|
ВД40-103В5
|
40
|
1529
|
18,5
|
3006
|
165
|
||||
|
ВД45-103В5
|
45
|
1740
|
18,5
|
3353
|
185
|
||||
|
ВД55-103В5
|
55
|
1541
|
25
|
4047
|
225
|
||||
|
ВД65-103В5
|
65
|
1844
|
25
|
4741
|
265
|
||||
|
ВД75-103В5
|
75
|
1711
|
31
|
92,5
|
5435
|
305
|
|||
|
ВД90-103В5
|
90
|
1975
|
32
|
6129
|
345
|
||||
|
ВД16-92В5
|
16
|
600
|
21,0
|
2,0
|
90,0
|
0,99
|
92
|
2445
|
227
|
|
ВД24-92В5
|
24
|
800
|
22,5
|
3163
|
249
|
||||
|
ВД32-92В5
|
32
|
1050
|
23,0
|
89,5
|
3881
|
278
|
|||
Таблица 2. Сравнительные характеристики ВД и ПЭД. Показатели энергетической эффективности приводов
|
Тип привода
|
КП ЭЦН-ВД
|
ПЭД
|
Ток, А
|
Снижение потерь мощности в кабеле, %
|
||||
|
КПД, %
|
COSj
|
Мощность, кВт
|
КПД, %
|
COSj
|
ВД
|
ПЭД
|
||
|
КП ЭЦН-ВД16-117В5
|
89,0
|
0,95
|
16
|
84,0
|
0,85
|
14,5
|
18,5
|
39
|
|
КП ЭЦН-ВД24-117В5
|
89,0
|
22
|
84,5
|
14,5
|
24,0
|
63
|
||
|
КП ЭЦН-ВД32-117В5
|
90,0
|
32
|
85,0
|
0,86
|
21,0
|
26,0
|
35
|
|
|
КП ЭЦН-ВД40-117В5
|
90,0
|
40
|
84,5
|
21,0
|
27,0
|
40
|
||
|
КП ЭЦН-ВД48-117В5
|
91,0
|
45
|
25,5
|
28,0
|
17
|
|||
|
КП ЭЦН-ВД56-117В5
|
91,0
|
56
|
25,0
|
31,5
|
31
|
|||
|
КП ЭЦН-ВД64-117В5
|
91,0
|
63
|
85,0
|
0,85
|
25,0
|
25,0
|
-
|
|
|
КП ЭЦН-ВД125-117В5
|
92,0
|
125
|
84,5
|
0,86
|
39,0
|
51
|
41
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3. Тепловые характеристики ВД и ПЭД
|
Показатель
|
ВД
|
ПЭД
|
|
Предельно длительно допустимая температура обмотки статора, °С
|
140
|
140
|
|
Скорость охлаждающей жидкости, м/сек, не менее
|
0,04
|
0,08
|
|
Превышение температуры обмотки статора при минимальной скорости охлаждающей жидкости, °С
|
25
|
40
|
|
Удельное тепловыделение на ед. поверхности электродвигателя, кВт/м2
|
1,69
|
3,85
|
Нагрузочные характеристики вентильных электродвигателей ВД-117
При этом отмечены следующие недостатки:
1. имеют место отказы СУ, связанные с работой в периоды с большой влажностью и при суточных перепадах температур. 2. имеют место отказы СУ, связанные с транспортировкой непосредственно до месторождения, скважины. 3. некоторые причины отказов СУ на скважине (в полевых условиях) не определяются, что вызывает необходимость их замены. В связи с этим, основным предложением по повышению эффективности комплектных приводов с использованием вентильных двигателей является повышение надежности и функциональных возможностей СУ. Таким образом хотим отметить, что применение вентильных двигателей является наиболее перспективным и важным направлением в работе механизированного фонда скважин. В НГДУ «РИТЭКнефть» на Курраганском месторождении в 2009 году в промысловых условиях был проведен эксперимент по сравнению энергопотребления асинхронного и вентильного двигателей с помощью счетчика энергопотребления «Меркурий 230». Суть эксперимента состояла в том, что на одной и той же скважине при подаче 30 м3/сут за один период времени (2 недели) были проведены замеры энергопотребления асинхронного ПЭД-32 (ЭЦН-30) и вентильного ВД-32 (ЭЦН-30). В результате эксперимента было установлено, что энергопотребление вентильного двигателя на 28% меньше.Счетчик энергопотребления «Меркурий 230»
Таблица 4. Преимущества приводов на основе вентильных электродвигателей
Таблица 5. Снижение энергозатрат при замене в УЭЦН асинхронных электродвигателей ПЭД на вентильные ВД
|
№ п/п
|
Показатель
|
Тип электродвигателя
|
|
|
ВД32-117
|
ПЭД32-117
|
||
|
1.
|
Номинальная мощность, кВт
|
32
|
32
|
|
2.
|
Номинальный ток, А
|
21
|
26
|
|
3.
|
Кпд, %
|
92,0
|
85,0
|
|
4.
|
Cos j
|
0,99
|
0,86
|
|
5.
|
Потребление электроэнергии с учетом потерь в кабеле, кВт
|
38,87
|
43,67
|
|
6.
|
Снижение потребляемой мощности, кВт
|
4,8
|
|
|
7.
|
Снижение энергопотребления на одну скважину с КП ЭЦН ВД32, кВт час/год
|
39105
|
|
|
8.
|
Снижение затрат на электроэнергию (при средней стоимости электроэнергии по м/р НГДУ «РИТЭКнефть» 2,97 руб/кВт час), тыс. руб.
- на одну скв.
- на 74 скв. по всему фонду скв. с УЭЦН оборудованных ВД в НГДУ «РИТЭКнефть»
|
35,2
2590
|
|
Таблица 6. Анализ энергопотребления вентильного и асинхронного двигателей на скважинах НГДУ «РИТЭКнефть»
|
ЭЦН30-ВД
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скв,, пласт
|
ГНО
|
Qж
|
Обв,
|
Qн,
|
Ток
|
Обороты
|
|
|
|
м3/сут,
|
%
|
т/сут
|
А
|
|
|
107Л БВ8
|
ЭЦН-30вд/1900
|
56,0
|
2,4
|
46,2
|
16
|
3150
|
|
519 АС9
|
ЭЦН-30вд/1657
|
45,0
|
63,0
|
14,0
|
15,00
|
3200
|
|
526 БС1
|
ЭЦН-30вд/2000
|
36,1
|
93,0
|
2,1
|
16,00
|
2900
|
|
782 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2278
|
34,8
|
14,0
|
25,2
|
9,00
|
2750
|
|
432 АЧ3
|
ЭЦН-30вд/2000
|
32,1
|
5,0
|
25,7
|
12,00
|
2900
|
|
203 ЮВ1
|
ЭЦН-30вд/2000
|
32,0
|
58,7
|
11,2
|
16,00
|
3200
|
|
516БС1,АС9
|
ЭЦН-30вд/1992
|
31,3
|
29,0
|
18,7
|
11,00
|
2900
|
|
426 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2000
|
30,6
|
8,0
|
23,7
|
13,00
|
3000
|
|
772 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2100
|
30,0
|
4,0
|
24,3
|
15,00
|
2800
|
|
485 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2100
|
28,5
|
10,0
|
21,6
|
13,00
|
2800
|
|
655 Ач-1
|
ЭЦН-30вд/2200
|
27,0
|
17,0
|
18,7
|
11,00
|
2850
|
|
495 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2003
|
26,9
|
43,0
|
12,9
|
10,00
|
2900
|
|
129 БВ8
|
ЭЦН-30вд/2000
|
26,6
|
37,4
|
14,1
|
16,00
|
2800
|
|
638 Ач-1
|
ЭЦН-30вд/2100
|
26,0
|
0,6
|
21,6
|
11,00
|
2800
|
|
515 АС9
|
ЭЦН-30вд/1700
|
25,9
|
16,0
|
18,3
|
15,00
|
3000
|
|
797 Ач-3
|
ЭЦН-30вд/2152
|
23,0
|
5,0
|
18,4
|
14,00
|
2800
|
|
494 Ач3
|
ЭЦН-30вд/1700
|
22,9
|
3,0
|
18,7
|
13,00
|
2900
|
|
792 АЧ3
|
ЭЦН-30вд/1940
|
19,7
|
6,0
|
15,6
|
9,00
|
3000
|
|
777 Ач3
|
ЭЦН-30вд/2020
|
17,0
|
10,0
|
12,9
|
13,00
|
2800
|
|
|
Ср,значение
|
30,1
|
22,4
|
19,2
|
12,9
|
|
|
ЭЦН-30ПЭД
|
|||||
|
Скв,, пласт
|
ГНО
|
Qж
|
Обв,
|
Qн,
|
Ток
|
|
|
|
м3/сут,
|
%
|
т/сут
|
А
|
|
491 Ач3
|
ЭЦН-30/2000
|
53,3
|
9,2
|
40,9
|
20
|
|
779 Ач3
|
ЭЦН-30/2450
|
48,3
|
28,1
|
29,4
|
20
|
|
773 Ач3
|
ЭЦН-30/2200
|
40,3
|
4
|
32,6
|
21
|
|
682 Ач-1
|
ЭЦН-30/1900
|
39,0
|
1,8
|
32,0
|
17
|
|
647 Ач-1
|
ЭЦН-30/1900
|
31,9
|
67,5
|
8,8
|
19
|
|
661 Ач-1
|
ЭЦН-30/1900
|
31,6
|
7
|
24,8
|
21
|
|
12Р ЮВ 1
|
ЭЦН-30/2100
|
30,0
|
68,4
|
8,0
|
22
|
|
201 Ач1
|
ЭЦН-30/1900
|
29,2
|
3,8
|
23,8
|
18,2
|
|
211 АЧ1
|
ЭЦН-30/2000
|
29,0
|
0,9
|
24,0
|
16
|
|
423 АЧ3
|
ЭЦН-30/2000
|
27,2
|
4
|
22,0
|
17
|
|
401 Ач1
|
ЭЦН-30/2100
|
25,9
|
3,5
|
21,1
|
17,5
|
|
126 БВ8
|
ЭЦН-30/1900
|
23,6
|
79,8
|
0,0
|
20
|
|
404 Ач 1
|
ЭЦН-30/1700
|
22,1
|
13
|
16,2
|
17
|
|
406 Ач1
|
ЭЦН-30/1900
|
21,7
|
40,2
|
11,0
|
20
|
|
102 БВ8
|
ЭЦН-30/1900
|
21,0
|
0,8
|
17,4
|
17
|
|
109 ЮВ1
|
ЭЦН-30/2040
|
21,0
|
93,9
|
1,1
|
19,5
|
|
215 ЮВ1
|
ЭЦН-30/2000
|
20,0
|
4,0
|
16,2
|
21
|
|
212 ЮВ1
|
ЭЦН-30/1900
|
18,0
|
16,4
|
12,7
|
21,5
|
|
221 ЮВ-1
|
ЭЦН-30/2000
|
17,1
|
5,2
|
13,7
|
20
|
|
|
Ср,значение
|
29,0
|
23,8
|
18,7
|
18,6
|
Среднее значение тока у ВД по сравнению с асинхронными установками ниже на 28,3 %, как следствие и потребляемая мощность ниже на 28,3 % .