УСТАНОВКА ПОГРУЖНАЯ ЭЛЕКТРОГИДРОПРИВОДНАЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к установкам механизированной добычи жидкости из нефтяных скважин и может быть использована для оптимизации технологии непрерывной и периодической эксплуатации нефтедобывающих скважин с помощью погружных электронасосов.
Уровень техники
Из области техники известно, что для эксплуатации погружных электроцентробежных насосов необходимо использовать силовой повышающий трансформатор для повышения напряжения в кабельной линии с целью компенсации потери напряжения в кабельной линии идущей к погружному электродвигателю.
Известные схемы эксплуатации нефтедобывающих скважин, содержат погружной электродвигатель, гидрозащиту, погружной электроприводной насос, кабельную линию, колонну НКТ, оборудование устья скважины, станцию управления, трансформатор. (Нефтепромысловое оборудование. Под общ. ред. В.Н. Ивановского. Учеб. для ВУЗов. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз. 2006. С. 180-181).
При эксплуатации нефтяных скважин данной схемой неизбежно возникает потребность в приобретении трансформатора, что влечет увеличение себестоимости добываемой нефти, а также делает не рентабельным эксплуатацию малодебитных скважин.
Использование трансформатора так же понижает общее КПД данной схемы из-за зависимости КПД трансформатора от нагрузки погружного электродвигателя, которая может меняться во времени от условий эксплуатации скважины, правильно подобранного оборудования и от алгоритмов станции управления, что приводит к увеличению потребления электроэнергии и увеличению себестоимости добываемой нефти, а также делает не рентабельным эксплуатацию малодебитных скважин.
Из общедоступных отраслевых источников известно, что среди особенностей эксплуатации малодебитных скважин в первую очередь стоит отметить низкую скорость движения жидкости внутри колонны НКТ и эксплуатационной колонны, что приводит к образованию АСПО, а так же повышает риск замерзания нефтяного коллектора на приеме в АГЗУ. В связи с этим нефтяные компании использую специальный обогревающий кабель (RU 2002118239, Е21В 37/00, Е21В 19/00, опубл. 20.01.2004)
Низкая скорость движения жидкости порождает еще одну проблему - недостаточную скорость охлаждения ПЭД, что требует использования кожухов и установки дополнительных теплообменников в центробежных насосах (http://glavteh.ru/files/8_InPraktika_7_2010_Valovsky.pdf,
http://glavteh.ru/files/3_InPraktika_7_2010_lvanovsky.pdf, Производственно-технический нефтегазовый журнал «Инженерная практика» выпуск №7, год 2010) и в конечном счете снижает эксплуатационную надежность всего насоса, а так же усложняет монтажные работы по спуску - подъему установки.
Сущность полезной модели
Технической задачей полезной модели является повышение КПД всей системы, повышение энергоэффективности эксплуатации малодебитного фонда нефтяных скважин, повышение надежности погружного оборудования, уменьшению риска пробоя погружного электрокабеля высоковольтным напряжением.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности всей установки.
Технический результат достигается за счет того, что установка механизированной добычи жидкости, состоящая из колонны насосно-компрессорных труб, с закрепленной погружной установкой, включающей маслозаполненный электродвигатель, гидрозащиту, рабочий насос, причем маслозаполненый электродвигатель выполнен с рабочим номинальным напряжением меньше 380 В на величину потери напряжения, зависящей от глубины спуска всей установки, при этом погружная установка выполнена с возможностью подключения посредством
погружного кабеля, при этом станция управления напрямую подключена к 3х фазной сети переменного тока номинальным напряжением 380 В.
В частном случае выполнения заявленной полезной модели рабочий насос выполнен поршневого (Объемного) типа.
В частном случае выполнения заявленной полезной модели рабочий насос выполнен центробежного типа.
В частном случае выполнения заявленной полезной модели рабочий насос выполнен винтового типа.
Погружной электродвигатель выполнен низковольтным с напряжением равным или меньше 380 В, станция управления напрямую подключатся к сети переменного тока напряжением 380 В при этом повышающий трансформатор, необходимый для стандартного высоковольтного погружного двигателя, отсутствует.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящей полезной модели следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленной полезной модели с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - изображена установка погружная электрогидроприводная
Фиг. 2 - изображена погружная установка электроцентробежного насоса.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - погружной маслозаполненный электродвигатель; 2 - гидрозащита; 3 - приводной маслонасос; 4 - масляный бак, 5 - рабочий насос плунжерного (поршневого) типа; 6 - колонна стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ); 7 - станция управления; 8 - электрический кабель; 9 - масляный бак.
Раскрытие полезной модели
Установка механизированной добычи жидкости, состоящая из наземной станции управления, колонны насосно-компрессорных труб, с закрепленной погружной установкой, включающей маслозаполненный электродвигатель, гидрозащиту, рабочий насос, состоящий из приводного маслонасоса и плунжерного насоса, причем маслозаполненый электродвигатель выполнен с рабочим номинальным напряжением меньше 380 В на величину потери напряжения, которая зависит от глубины спуска всей установки, и подключен к станции управления посредством погружного кабеля, при этом станция управления напрямую подключена к 3х фазной сети переменного тока номинальным напряжением 380 В.
Причем, указанный маслозаполненый электродвигатель может быть установлен как и в установку погружную электрогидроприводную, состоящую из погружного маслозаполненного электродвигателя (1), соединенного через гидрозащиту (2) с приводным маслонасосом (3), масляного бака (4), рабочего насоса (5) плунжерного (поршневого) типа. Установка крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ) (6). Электродвигатель подключен через кабель 8 к станции управления (7); так и в погружную установку электроцентробежного насоса, состоящую из погружного маслозаполненного электродвигателя (1), соединенного через гидрозащиту (2) с приводным валом погружного фильтра (3), далее с валом газосепаратора (9) и затем с валом самого погружного центробежного насоса (5). Установка крепится к колонне стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ) (6). Электродвигатель подключен через кабель (8) к станции управления (7);
Для правильного подбора электрических характеристик погружного электродвигателя необходимо учитывать потери в кабельной линии по следующим общеизвестным формулам:
Мощность, теряемая в кабеле пропорциональна квадрату протекающего тока и сопротивлению кабеля для каждой жилы:
K
M
K
ΔU=√3·I·R·cosφ
M
K
где I - ток, потребляемый двигателем (равен току, протекающему через кабель), R - активное сопротивление кабеля (одной жилы), cosφ - коэффициент мощности электродвигателя.
Активное сопротивление кабеля можно рассчитать по следующей формуле:
K
K
K
T
K
0
R=ρ·L·S·(1+α·(T-Т)),
0
K
K
T
K
2
2
где ρ - удельное сопротивление меди при температуре Т=20°C, составляет 0,0175 Ом·мм/м, L - длина кабеля, м, S - площадь сечения жилы кабельной линии, мм, α - температурный коэффициент сопротивления меди, равный 0,004 1/°C, T - абсолютное значение температуры жилы, °C.
Если известна температура окружающей среды в скважине, то температуры жилы кабеля можно вычислить по формуле (справедливо для диапазона температур окружающей среды от 40°C до 90°C):
K
M
T
T=I·k+Т,
T
где k - коэффициент нагрева проводника от тока 0,79°C/А, Т - температура окружающей среды.
2
Исходя из выше указанных формул, а так же требований к допустимому длительному току нагрузки кабеля сечением 35 мм при температуре окружающей среды 90°C (http://elca-kable.ru/elcaoil.html), видно что максимальная передаваемая мощность по кабелю на глубине спуска до 3000 м для погружного электродвигателя равна 25 кВт. Такая мощность вполне позволяет добывать пластовую жидкость малодебитным центробежным насосом или погружным объемным насосом, например, винтовым или поршневым, что является предпочтительным из-за более высокого КПД этих насосов по сравнению с центробежными. А максимальный ток, проходя через кабель будет обеспечивать дополнительный нагрев обеспечивая защиту от выпадения АСПО, предотвращая промерзание выходного коллектора, которое может возникнуть при низкой скорости течения пластовой жидкости, которое обуславливается низким расходом насоса.
Увеличение тока нагрузки кабеля, не превышающий допустимых значений для сечения кабеля, приводит к дополнительному нагреву, что позволяет использовать силовой кабель еще и как обогревающий, тем самым мы предотвращаем образование АСПО и промерзание коллектора наземной арматуры.
Установка погружная электрогидроприводная работает следующим образом.
При включении станции управления (7) по кабелю (8) подается напряжение 380 В на трехсотвольтовый электродвигатель (1), приводя в движение вал электродвигателя. При прохождении 3000 м по погружному электрокабелю возникают потери равные 80 В, таким образом на электродвигатель (1) приходит его номинальное напряжение. Он в свою очередь начинает вращать вал приводного маслонасос а (3), который подает масло из масляного бака (4) в рабочий насос (5), тем самым приводя его в работу. Рабочий насос всасывает пластовую жидкость и осуществляет ее подачу в НКТ (6) обеспечивая необходимый напор.
Благодаря тому, что электродвигатель (1) вращает вал приводного маслонасоса (3) и механически не связан с рабочим насосом, появляется возможность использовать маломощные высоконапорные гидравлические насосы в качестве приводных маслонасосов (3), а так же использовать эффект мультипликации, заключающийся в уменьшении подачи рабочего насоса и повышению его напорности, в рабочем насосе получая в совокупности маленькую мощность, высокий напор и КПД установки, а так же не высокую подачу установки, позволяющую эксплуатировать мало дебитную скважину в постоянном режиме.
Все это делает возможным применение низковольтных электродвигателей, которые вращают не нагруженный осевой силой вал маслонасоса в момент пуска двигателя, а так же дополнительно могут повысить КПД всей системы благодаря работе от сети переменного тока, путем исключения повышающего трансформатора, тем самым снижая долю электрических затрат на тонну добываемой жидкости.
Управление подачей рабочего насоса осуществляется с помощью станции управления (7), связанной с электродвигателем (1) кабелем (8). При изменении частоты вращения электродвигателя (1), изменяется производительность маслонасоса (3), а, следовательно, и производительность рабочего насоса (5). В зависимости от этого изменяется потребляемая мощность, а, следовательно, и сила тока в кабеле (8), что приводи к большему или меньшему нагреву в кабеле (8) и отсутствию необходимости применения дополнительных обогревающих кабелей.
Погружная установка электроцентробежного насоса работает следующим образом.
При включении станции управления (7) по кабелю (8) подается напряжение 380 В на электродвигатель (1), приводя в движение вал электродвигателя. Он в свою очередь, соединяясь через муфты, начинает вращать вал погружного фильтра, затем вал газосепаратора и в конце вал электроцентробежного насоса. Всасывание пластовой жидкости электроцентробежным насосом (5) осуществляется через погружной фильтр (3), далее происходит отделение газа от жидкости в газосепараторе (4) и проходя через ступени центробежного насоса (5) происходит подача пластовой жидкости по НКТ (6) с необходимым напором.
Управление подачей рабочего насоса осуществляется с помощью станции управления (7), связанной с электродвигателем (1) кабелем (8). При изменении частоты вращения электродвигателя (1), изменяется частота вращения приводного вала, а, следовательно, и производительность электроцентробежного насоса (5). В зависимости от этого изменяется потребляемая мощность, а, следовательно, и сила тока в кабеле (8), что приводи к большему или меньшему нагреву в кабеле (8) и отсутствию необходимости применения дополнительных обогревающих кабелей.