The issues of energy saving during the operation of submersible pumps for oil production are con-sidered, and valve submersible motors are included, which have better energy characteristics compared to asynchronous drives
oil production, energy saving, centrifugal pumps, energy characteristics, valve electric motors
В мире более 830 тысяч скважин эксплуатируются механизированными способами добычи нефти, из них 14% занимают установки погружных электроприводных центробежных насосов (УЭЦН) [1]. Способ добычи нефти установками УЭЦН для России является преобладающим. В 80-е годы в России ежегодно добывалось 600 млн. т, в 2010-е – 500 млн. т нефти. Последние 5 лет в России установками с электроцентробежными насосами (ЭЦН) добывалось 81% всей нефти.
В УЭЦН для добычи нефти применяются асинхронные погружные электродвигатели (ПЭД). Электромагнитный расчет для асинхронных двигателей общего (наземного) исполнения не подходит для расчета характеристик приводных двигателей насосов, работающих в скважине, т.к. погружные электродвигатели имеют конструктивные особенности по сравнению с наземными, основная из которых в том, что отношение длины активной части к наружному диаметру для погружных и наземных двигателей отличается в 50-70 раз.
В отличие от асинхронных двигателей, в вентильных ПЭД для создания вращательного момента вместо обмотки в роторе используются редкоземельные постоянные магниты, а также специальная схема подачи питающего напряжения на обмотку статора. Как результат – повышение КПД и снижение энергопотребления двигателя примерно на 15% [2-4].
Управление работой двигателя осуществляется с помощью электронных ключей (так называемых вентилей), переключение которых выполняется станцией управления по специальной программе. Кроме того, станция управления формирует регулируемую частоту питания двигателя, от которой напрямую зависит его частота вращения и полезная мощность на валу.
Преимущества вентильных двигателей по сравнению с асинхронными двигателями:
- энергосбережение, сокращают потребление энергии до 15%, а в паре с энергоэффективным насосами - до 30%;
- улучшают производительность ЭЦН в широком диапазоне подач и напоров;
- поддерживают стабильную работу ЭЦН, сохраняя постоянный крутящий момент на валу независимо от скорости вращения;
- обеспечивает большую наработку за счет снижения нагрева оборудования;
- предоставляют до двух раз большую мощность в одной секции;
- имеют высокую мощность в секции, поэтому нет необходимости в применении секционных двигателей.
В результате проведенного анализа приводов ЭЦН определено, что вектор развития электродвигателей смещается в область синхронных и вентильных двигателей. По сравнению с традиционными, асинхронными двигателями они имеют повышенную в 2 раза частоту вращения ротора, что позволяет в квадратичной зависимости улучшить характеристики насосного оборудования. Энергоэффективность предложенных технологий для добычи нефти достигает 30%. Перспективным является использование систем с двойным питанием, которые расширяют возможности регулируемого привода ЭЦН и снижают потери энергии на создание магнитного поля электродвигателя насоса.
1. Charonov, V.Ya. Sovershenstvovanie rezhima potrebleniya elektroenergii na neftedobyvayuschih predpriyatiyah / V.Ya. Charonov, B.N. Abramovich, V.P. Ganskiy, Yu.V. Konovalov, A.S. Loginov // Neftyanoe hozyaystvo. 1988. № 7. – S. 7-9.
2. Arsent'ev, O.V. Osobennosti proektirovaniya chastotnoreguliruemyh asinhronnyh dvigateley / O.V. Arsent'ev, Yu.V. Konovalov // Sbornik nauchnyh trudov Angarskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2007. T.1. № 1. – S. 90-92.
3. Pichkur E.V., Kozlov V.V., Makarova L.N. Upravlenie ustanovkoy elektrocentrobezhnyh nasosov s asinhronizirovannym ventil'nym dvigatelem dvoynogo pitaniya // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2016. № 7-1. S. 54-58.
4. Charonov, V.Ya. Elektrodvigateli nasosnyh stanciy kak potrebiteli-regulyatory aktivnoy i reaktivnoy moschnosti / V.Ya. Charonov, A.N. Evseev, B.N. Abramovich, Yu.V. Konovalov, A.S. Loginov // Neftyanoe hozyaystvo. 1990. № 5. – S. 9.
