Рассмотрены вопросы энергосбережения при эксплуатации погружных насосов для добычи нефти, предложены вентильные погружные двигатели, которые имеют лучшие по сравнению с асинхронным приводом энергетические характеристики
добыча нефти, энергосбережение, центробежные насосы, энергетические характеристики, вентильные электродвигатели
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. Чаронов, В.Я. Совершенствование режима потребления электроэнергии на нефтедобывающих предприятиях / В.Я. Чаронов, Б.Н. Абрамович, В.П. Ганский, Ю.В. Коновалов, А.С. Логинов // Нефтяное хозяйство. 1988. № 7. – С. 7-9.
2. Арсентьев, О.В. Особенности проектирования частотнорегулируемых асинхронных двигателей / О.В. Арсентьев, Ю.В. Коновалов // Сборник научных трудов Ангарского государственного технического университета. 2007. Т.1. № 1. – С. 90-92.
3. Пичкур Е.В., Козлов В.В., Макарова Л.Н. Управление установкой электроцентробежных насосов с асинхронизированным вентильным двигателем двойного питания // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 7-1. С. 54-58.
4. Чаронов, В.Я. Электродвигатели насосных станций как потребители-регуляторы активной и реактивной мощности / В.Я. Чаронов, А.Н. Евсеев, Б.Н. Абрамович, Ю.В. Коновалов, А.С. Логинов // Нефтяное хозяйство. 1990. № 5. – С. 9.
