Реферат: Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и винтовых насосов

Федеральной целевой программой «Энергосбережение России», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 24 января 1998г. № 80, в целом по экономике страны планируется на ближайшую перспективу снизить энергопотребление на 3-4%. В нефтяной отрасли эта задача должна решаться как за счет многочисленных локальных задач по каждому технологическому процессу и оборудованию, так и путем создания и широкого использования оборудования нового поколения со значительно более высокими технологическими и энергетическими параметрами.

Объектами совершенствования в первую очередь должно стать оборудование, потребляющее значительное количество электроэнергии. К такому оборудованию относится оборудование нефтедобычи: установки погружных центробежных насосов, установки штанговых насосов и др. оборудование с годовым потреблением электроэнергии в 15-20 млрд кВт-часов. Поэтому снижение энергопотребления этих видов оборудования является существенным фактором уменьшения затрат на добычу нефти.

В структуре прямых издержек на добычу нефти УЭЦН затраты на электроэнергию составляют 20-30%, поэтому повышение энергетических характеристик электропогружных установок является важным резервом снижения себестоимости добычи.

Рассматривая задачу создания более эффективного привода для погружных насосов, следует отметить и необходимость создания привода погружных винтовых насосов на частоту вращения 250-500 об./мин., которая позволит существенно повысить ресурс УЭВН и довести его до уровня ресурса винтовых насосов с поверхностным приводом, работающих, в основном, в этом диапазоне частоты вращения.

Однако создание погружных асинхронных двигателей с частотой вращения менее 1000 об./мин. практически невозможно, да и двигатель с частотой вращения 1000 об./мин. удалось создать мощностью только 16 кВт, так как большая мощность требует перехода на секционные двигатели, что увеличивает их стоимость и снижает надежность. Поэтому основным двигателем для привода винтовых насосов остается 4-хполюсный двигатель с частотой вращения 1500 об./мин. В последние годы за рубежом и в России ведутся работы по снижению частоты вращения двигателя за счет установки редуктора.

Технически эта задача нашла решение, однако, на наш взгляд, остаются проблемы цены, ресурса, возможности их обслуживания и ремонта.

Для повышения эффективности работы погружных винтовых электронасосов необходимо создать двигатель с регулируемой частотой вращения в диапазоне 250-1000 об./мин.

Поставленные задачи наиболее успешно решены созданием установок погружных центробежных насосов с приводами на основе вентильных электродвигателей (рис. 1).

Вентильные электродвигатели не являются изобретением последних лет, тем не менее их широкое использование стало возможным только на базе последних достижений в области микроэлектроники, силовой электроники и программных средств управления.

В нефтедобывающем оборудовании приводы на основе вентильного электродвигателя до последнего времени не использовались.

В результате совместной работы специалистов ОАО «ЛУКОЙЛ» и ОАО «РИТЭК» создан и поставлен на производство новый тип привода погружных центробежных насосов, который обладает лучшими по сравнению с серийными асинхронными электродвигателями функциональными, ресурсными и энергетическими характеристиками.

Привод состоит из погружного электродвигателя типа ВД (рис. 2) и специальной станции управления (cм. рис. 1).

Привод работает в комплекте с насосами, кабельными линиями и трансформаторами, используемыми в составе УЭЦН с асинхронными погружными электродвигателями типа ПЭД.

Диапазон регулирования частоты вращения электродвигателя — 500÷3500 об./мин.

Технические характеристики КП ЭЦН-ВД представлены в табл. 1.

Табл. 1. Технические характеристики КП ЭЦН-ВД
Тип привода	Мощность номинальная, кВт	Напряжение номинальное, В	Ток номинальный, А	КПД, %	cos φ
КП ЭЦН-ВД16-117В5	16	800	14,5	89,7	0,95
01КП ЭЦН-ВД24-117В5	24	1200	14,5	89,7	0,95
08КП ЭЦН-ВД24-117В5	24	850	20	89,7	0,95
02КП ЭЦН-ВД32-117В5	32	1150	20	89,7	0,95
09КП ЭЦН-ВД32-117В5	32	900	25,5	90	0,95
03КП ЭЦН-ВД40-117В5	40	1400	20,5	89,7	0,95
10КП ЭЦН-ВД40-117В5	40	1150	25,5	89,2	0,95
04КП ЭЦН-ВД48-117В5	48	1350	25,5	90,2	0,95
11КП ЭЦН-ВД48-117В5	48	1050	33,5	90,2	0,95
05КП ЭЦН-ВД56-117В5	56	1600	25,5	90,2	0,95
12КП ЭЦН-ВД56-117В5	56	1200	34	90,2	0,95
06КП ЭЦН-ВД64-117В5	64	1800	25,5	90,2	0,95
13КП ЭЦН-ВД64-117В5	64	1400	34	90,2	0,95

Погружные электродвигатели типа ВД

Вентильный погружной электродвигатель типа ВД представляет собой синхронную электрическую машину, у которой ротор 1 выполнен на постоянных магнитах, а питание обмотки статора 2 осуществляется по определенному алгоритму от находящейся на поверхности специальной станции управления типа «Ритэкс».

Электродвигатель ВД имеет высокую степень унификации с электродвигателем типа ПЭД. В нем применены материалы, комплектующие изделия и отработанные технические решения, которые используются в асинхронных электродвигателях ПЭД.

Технические характеристики вентильных электродвигателей типа ВД при частоте вращения 3000 об./мин. представлены в табл. 2.

В табл. 3 указаны преимущества приводов на основе вентильных электродвигателей и их параметры, за счет которых обеспечиваются эти преимущества.

Возможности созданного вентильного привода могут быть реализованы:

при эксплуатации УЭЦН, подобранных с учeтом характеристик насоса при номинальной частоте вращения 2910 об./мин.;

при эксплуатации УЭЦН с выбранной частотой вращения.

Номинальная частота вращения насоса 2910 об./мин. в серийной УЭЦН определена частотой вращения работающего в составе установки погружного асинхронного 2-хполюсного электродвигателя типа ПЭД. Однако эта частота вращения не для всех условий эксплуатации является оптимальной. Для некоторых скважин более близкие к оптимальным значениям рабочих показателей подачи, напора, мощности, наработки на отказ, КПД и др. можно достичь при работе установки с частотой вращения, отличающейся от номинальной частоты 2910 об./мин.

Регулируемый вентильный привод позволяет также изначально выбрать частоту вращения насоса, при которой будет обеспечена более эффективная работа ЭЦН в скважинах с низким пластовым давлением, высоким газовым фактором, высокой вязкостью продукции, большим содержанием механических примесей и других осложняющих факторах. Новая частота вращения может снизить вероятность возникновения резонансных явлений в установке, являющихся одной из причин самопроизвольного их расчленения в процессе работы.

Если в используемой на предприятии программе или методике не предусмотрен алгоритм подбора ЭЦН, работающего при новой частоте вращения, то подбор насоса производится с использованием параметров, рассчитанных для насосов, работающих с частотой вращения 2910 об./мин., с последующим пересчетом на новую частоту вращения.

При пересчете используются известные зависимости подачи, напора, мощности и ожидаемого ресурса от частоты вращения насоса:

Qn=Q29 n/2910 (1),

Hn=H29 (n/2910)2 (2),