Синергетический эффект при использовании погружных вентильных электродвигателей
Потребитель, приобретая вентильный привод, получает оборудование с с комплексом характеристик, которых нет в заменяемом приводе. Вентильный привод обеспечивает интегральную эффективность, которая должна быть учтена независимо от того, что какая–то часть её часть может быть обеспечена с помощью другого типа оборудования.
Эффективность замены ПЭД на ВД определяется:
-
— снижением энергопотребления;
— повышением ресурса оборудования УЭЦН;
— возможностью работы ВД при низких частотах вращения при
— постоянном моменте.
Снижение энергопотребления
Энергопотребление УЭЦН зависит от следующих характеристик, формирующих энергопотребление:
-
— КПД привода;
— рабочего тока двигателей;
— регулирования подачи насоса изменением частоты вращения;
— выбранной технологии отбора продукции скважин.
Снижение энергопотребления за счет больших значений КПД вентильных приводов
КПД ПЭД и ВД
Снижение энергопотребления за счет меньших значений рабочих токов двигателей
Рабочий ток двигателя определяет потери мощности в кабельных линиях. Величина рабочего тока определяется величиной его линейного напряжения. Для минимизации значений токов необходимо повышать напряжение. Однако величина напряжения ограничивается конструктивными и технологическими особенностями погружного двигателя, а также условиями его эксплуатации. При повышении напряжения существенно снижается надёжность погружного оборудования и, в первую очередь, кабеля, работающего в пластовой жидкости, и имеющего очаги микродефектов, в результате многократных спуско–подъёмных операций и ремонтов. Однако при одинаковом напряжении рабочий ток вентильного двигателя всегда будет ниже рабочего тока асинхронного ПЭД равной мощности.
Потери мощности в кабельных линиях
Снижение энергопотребления 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 преобразователями частоты.
Возможность регулирования частоты вращения обеспечивает и вентильный электродвигатель, который, в отличие от асинхронного с ПЧ, обладает универсальной эффективностью, обеспечивающей более высокие, чем регулируемый ПЭД с ПЧ, показатели КПД.
При эксплуатации УЭЦН с ВД практически во всех скважинах используется возможность регулирования частоты вращения. Средневзвешенная частота вращения насосов – 2750 об./мин. При этой частоте вращения потребляемая насосом мощность снижается на 11,0%.
Регулирование подачи насоса установкой штуцера и изменением частоты вращения
Снижение энергопотребления при эксплуатации УЭЦН с ВД в циклическом режиме
Ранее было принято считать, что периодический способ эксплуатации скважин – это вынужденная технология, которая приводит к снижению отбора продукции скважин. Разработанные в последние годы «кратковременный метод эксплуатации УЭЦН» (КЭС) и «метод циклических отборов» (МЦО), которые, по сути, остаются методами периодической эксплуатации, позволяют для определенной категории скважин повысить эффективность добычи, в том числе снизить энергопотребление, без снижения их производительности, за счёт замены в составе УЭЦН насосов с малыми подачами, имеющими низкий КПД, на насосы большей производительности с более высокими КПД.
Периодический метод эксплуатации скважин считался неэффективным не только в связи с уменьшением отбора продукции скважин, 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. Это положение справедливо при использовании в качестве привода ЭЦН асинхронного электродвигателя ПЭД, который имеет относительно высокую температуру перегрева обмотки статора. Поэтому в этой технологии более эффективен вентильный электродвигатель, имеющий более низкую температуру перегрева, что обеспечивает ему более высокий ресурс относительно ресурса ПЭД, работающих в аналогичном режиме.
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. В. Н. Ивановского.
Энергоэффективность методов циклических отборов
Повышение ресурса оборудования УЭЦН
Факторы, обеспечивающие повышение наработок ЭЦН
Регулирование частоты вращения
При регулировании частоты вращения ЭЦН ожидаемый ресурс его проточной части определяется:
Rn = Rн•(2910/n)m,
где: Rn – ресурс насоса при частоте вращения n;
Rн – ресурс насоса при номинальной частоте вращения 2910 об/мин;
n – новая частота вращения;
m = 3?5 – в зависимости от характеристики пластовой жидкости.
Практически во всех скважинах, эксплуатируемых УЭЦН с ВД, регулируется частота вращения насоса.
Средневзвешенная частота вращения – 2750 об/мин.
| При частоте вращения насоса 2750 об/мин ожидаемый ресурс насоса возрастёт в 1,2?1,3 раза |
Плавный запуск, исключает динамические нагрузки на шлицевые соединения валов насосов, гидрозащиты и двигателя, улучшает режим смазки радиальных подшипников и пяты.
Более низкая температура погружных узлов УЭЦН
Снижение температуры погружного оборудования снижает темпы солеотложения в рабочих органах насосов.
Факторы, обеспечивающие повышение наработок вентильных электродвигателей
Низкие значения перегрева обмотки двигателя
Температура перегрева обмотки вентильного электродвигателя в штатном режиме на 200С ниже перегрева обмотки ПЭД (?Твд = 25oС, ?Тпэд = 45oС)
| Ресурс изоляции обмоток статора при снижении температуры на каждые 100С повышается вдвое. |
Низкие значения токов: номинальных и пусковых
При прямом запуске ПЭД пусковой ток Iпуск = (5?6) Iном
Ток запуска ВД УЭЦН в штатном режиме всегда ниже его номинального значения.
Факторы, обеспечивающие повышение наработок кабельных линий
Низкие значения токов: номинальных и пусковых
При прямом запуске ПЭД пусковой ток Iпуск = (5?6) Iном. Такие «ударные» значения токов приводят к возникновению сил притяжения между кабельными жилами и их сближению, что особенно опасно при повышенных температурах, при которых существенно снижается модуль упругости материала изоляции жил полиэтилена, или пропилена.
Большие значения токов снижают надёжность контактов в кабельных вводах, в которых всегда есть некоторая неплотность контактных поверхностей.
Факторы, обеспечивающие повышение наработок гидрозащиты
Более низкие температуры двигателя обеспечивают более высокий ресурс резиновых деталей гидрозащиты.
Возможность работы ВД в широком диапазоне частот вращения без снижения момента
Зависимость КПД и момента от частоты вращения двигателя ВВД22–117В5