CC BY
11
The article discusses the main stages of the process of controlling the polymerization parameters of electrical insulation materials by changing the capacity during drying of the insulation of the anchors of the traction engines of an electric locomotive over time. The authors proposed a scheme for installing the anchor and connecting the device to determine the insulation capacity during the polymerization of varnish. The testing of the isolation technology of the anchor of the traction motor NB-514 after compounding in the impregnating compound PK-11 (e) instead of the impregnating varnish FL-98 was carried out at the Rostov-on-Don electric locomotive repair plant - a branch of JSC Zheldorremmash. Based on the results of testing, the curves of the dependence of the temperature of the armature in the furnace as a function of time T = f (t) and the curve of the dependence of capacity on time C = f (t) are constructed.
Key words: polymerization degree, electrical insulation materials, traction motor anchor, electric locomotive, furnace temperature, insulation capacity.
Gubarev Pavel Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, gdv_cmko@rgups. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Shapshal Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, llh@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,
Bolshikh Ivan Valerievich, candidate of technical sciences, docent, ivan. bolshih@yandex. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 625.232
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ
Э.А. Загривный, А.В. Коптева, А. А. Бельский, В.И. Маларев, И.Н. Войтюк
Показано, что наиболее производительным и энергоэффективным способом добычи вязкой нефти является добыча на основе электротехнических комплексов с использованием скважинных электродных нагревателей. Представлено исследование основных режимов работы электротехнического комплекса с целью обеспечения заданной температуры в призабойной зоне продуктивного нефтяного пласта и последующей эффективной тепловой обработки. Приведены функциональные схемы систем управления электротехнического комплекса.
Ключевые слова: электротехнический комплекс, скважинный электродный нагреватель, система управления, электропроводность, энергоэффективность, ресурсосбережение.
Энергетическая стратегия России до 2030 года, определяющая основные цели и задачи, направленные на развитие энергетического сектора, в качестве одного из приоритетных направлений выделяет разработку методов и средств, которые позволят осуществлять эффективную и энергосберегающую разработку месторождений высоковязкой нефти.
483
На сегодняшний день наиболее производительным и энергоэффективным способом добычи вязкой нефти является добыча на основе термической обработки пласта, наиболее эффективно которую возможно осуществить за счет использования электротехнических комплексов на основе активно развиваемой методики использования скважинных электродных нагревателей (СЭН) [1-3]. Основные преимущества СЭН обусловлены ресурсосбережением, энергоэффективностью, малой металлоемкостью и капиталоемкостью, простотой конструкции. В сравнении с традиционными методами паротепловой обработки пластов, на основе закачки теплового агента с поверхности, скважинные парогенераторные устройства позволяют снизить потери энергии и повысить качество пара, закачиваемого в пласт. Отличительным преимуществом является способность генерации рабочего агента на основе пара со степенью сухости 0,8 на уровне продуктивного пласта, что при равном количестве производимой тепловой энергии снижает затраты пара на 20% в сравнении с классическими методами [4, 5]. Таким образом, предлагаемые в работе электротехнические комплексы на основе СЭН обеспечивают создание энергоэффективной, ресурсосберегающей, экологически чистой технологии добычи высоковязкой нефти.
Основными частями электротехнического комплекса являются: СЭН (рис.1), погружная кабельная линия, силовой трансформатор, насосный агрегат с электроприводом, компрессор с электроприводом. Описание принципа работы электротехнического комплекса на основе СЭН подробно указано в работах [6-9].
С
прод/ктиеныи пласт еысоковпзкой небти
Рис. 1. Скеажинный электродный нагреватель: а - конструктивная
схема; б - расчетная схема; в - элемент в перфорированной зоне; 1 - корпус; 2 - эксплуатационная колонна; 3 - пластовая жидкость; 4 - центральный токовод; 5 - фазный электрод; 6 - нулевой электрод; 7 - стенка корпуса; 8 - изоляторы; 9 - рабочая жидкость
Режимы работы электротехнического комплекса на основе СЭН. В электротехническом комплексе с целью обеспечения заданной температуры в призабойной зоне продуктивного нефтяного пласта, предлагается использовать следующие параметры [10]:
1. Задание тока СЭН.
2. Задание напора питательного насоса.
3. Задание и тока, и напора.
В первом режиме работы ток СЭН /н.зад. задаётся вручную и стабилизируется посредством обратной связи от датчика тока с точностью не менее 2% от заданного значения. Для изменения тока применяется однофазный полупроводниковый преобразователь, например, с двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно относительно друг с другом, как показано на рис.2. Управление осуществляется регулятором тока и системой импульсно-фазового управления, которая формирует управляющие импульсы для открытия тиристоров. Благодаря этой системе может обеспечиваться поддержание максимального тока.
- и сети
ДТ >
СН
Рис.2. Система управления током СЭН: РТ - регулятор тока; СИФУ- система импульсно-фазовогоуправления; ТРН- тиристорный регулятор напряжения; ДТ - датчик тока; СН - скважинный
нагреватель
Во втором случае изменение напора питательного насоса осуществляется регулируемым асинхронным электроприводом с преобразователем частоты. Благодаря частотному электроприводу можно регулировать производительность насоса от нуля до номинального значения.
При выборе системы управления в данном случае нет необходимости использовать векторную систему управления частотно-регулируемого электропривода, поскольку не предполагаются жёсткие требования к динамике электропривода [11].
Поскольку статический момент питательного насоса, как и любой другой насосной установки, пропорционален квадрату скорости:
Мс.нас=£'Ю2 , (1)
то при выборе закона управления предлагается использовать скалярное управление с законом частотного регулирования:
Цт//2=СОП81 (2)
Однако для поддержания требуемой точности давления в системе требуется высокая точность поддержания частоты вращения Юзад (не ниже 0,65% от заданного значения). Для реализации этого требования в системе
СИФУ
РТ
5Г25
ТРН
скалярного управления применяется 2-х контурная система регулирования с компенсационными обратными связями, благодаря чему увеличивается диапазон регулирования в зоне низких частот по сравнению с разомкнутой системой управления.
га
гзад„
РС РТ
—К; J У—► 1
Рис.3. Система управления электроприводом насоса СЭН: РС - регулятор скорости; РТ - регулятор тока; СУ - система управления ПЧ; ПЧ- преобразователь частоты со звеном постоянного тока; В - вычислитель амплитудного значения тока статора и частоты вращения двигателя; ДТ - датчик тока; ДН - датчик напряжения; АД - асинхронный двигатель
питательного насоса
Для последующего анализа и имитационного моделирования электротехнического комплекса можно использовать упрощенное представление асинхронного двигателя питательного насоса в виде апериодического звена первого порядка:
кэ (3)
©г =
Тэр +1
где кэ - коэффициент пропорциональности; Тэ- эквивалентная постоянная времени электродвигателя; юо - синхронная частота вращения электродвигателя; юг - частота вращения ротора электродвигателя.
В третьем случае оба параметра, и ток нагревателя, и напор задаются независимо друг от друга. При этом, для обеспечения эффективного парообразования при максимальном токе нагревателя /н.мах подают такое количество воды, чтобы соблюдалось условие:
р = и • I = W (4)
э ном тах "о' V /
где Рэ - часовая мощность скважинного электронагревателя; Wо - энтальпия пара,
Wo = Wк + Wп, (5)
где Wк - энергия для нагрева воды до температуры кипения; Т = ТкоС; Wп -энергия, необходимая для образования пара.
Заключение. Разрабатываемый электротехнический комплекс помимо режима парообразования должен обеспечивать режимы горячей и холодной воды: в режиме горячей воды электронагреватель и питательный насос работают с максимальным током и максимальной производительностью соответственно (предельный режим), а в режиме холодной воды работает только насос, нагреватель - должен быть выключен.
Для обеспечения заданного режима работы комплекса необходимо строгое соответствие мощности электронагревателя и производительности (мощности) насоса, однако добиться этого в ручном режиме сложно. Усложняет эту задачу и то, что нелинейными величинами являются основные параметры комплекса - энергия СЭН и производительность питательного насоса [12]. Всё это обуславливает необходимость автоматизировать систему управления основными частями электротехнического комплекса с помощью микропроцессорного контроллера, который будет определять рабочие параметры системы для обеспечения заданного режима, а также необходимость совершенствования математической модели асинхронного двигателя с целью недопущения погрешности при расчетах объединенной системы управления.
Список литературы
1. Маларев В.И., Загривный Э.А., Коптева А.В., Войтюк И.Н. Исследование режима работы электротермического комплекса для добычи высоковязкой нефти // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 575-581.
2. Макаревич В.Н., Искрицкая Н.И., Макарова И.Р., Суханов А.А., Крыкова Т.Н. Перспективы поисков и освоения нетрадиционных источников нефти на территории северо-запада россии // Недропользование. XXI век. 2014. № 3 (47). С. 46-55.
3. Искрицкая Н.И., Макаревич В.Н., Щепочкина А.А. Основные тенденции освоения трудноизвлекаемых запасов нефти Российской Федерации // Геология нефти и газа. 2015. № 4. С. 62-66.
4. Загривный Э.А., Козярук А.Е., Маларев В.И., Мельникова Е.Е. Перспективы использования забойных электротермических комплексов для повышения нефтеотдачи пластов с тяжёлой высоковязкой нефтью // Электротехника. 2010. № 1. С. 50-56.
5. Зырин В. О., Штыков А. А., Шафхатов Е.Р. Разработка системы управления забойным электропарогенератором для добычи газовых гидратов // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017 / под ред В.В. Максарова. СПб: Изд-во СПГУ, 2017. С. 151-155.
6. Kopteva A.V., Malarev V.I. Studying thermal dynamic processes in an isolated type borehole electrode heater for high-viscosity oil extraction // Proceedings of the 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2018. 2018. Р. 678-681.
7. Маларев В.И., Коптева А.В. Исследование режимных параметров работы скважинного электродного нагревателя изолированного типа // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017 / под ред. В.В. Максарова. СПб: Изд-во СПГУ, 2017. С. 161-165.
8. Загривный Э.А., Козярук А.Е., Батаев С.Н. Электротермический комплекс на основе скважинного электродного нагревателя мощностью более 500 кВт для теплового воздействия на продуктивный пласт высоковязкой нефти // Электротехника. 2003. № 5. С. 61-69.
9. Зырин В.О., Загривный Э.А., Маларев В.И., Козярук А.Е. Устройство для тепловой обработки газогидратных залежей. Патент на изобретение RU 2516303 C2, 20.05.2014. Заявка № 2012127641/03 от 02.07.2012.
10. Батаев С.Н. Электротехнические комплексы на основе скважин-ных электротермических устройств для теплового воздействия на пласты высоковязкой нефти: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет). 2005.120 с.
11. Павлов И.С. Система электроснабжения электромеханического комплекса для разработки месторождений высоковязкой нефти // XVII Междунар. молодежн. науч. конф. «Севергеоэкотех-2016». 2016. С. 229233.
12. Has?akir, B., Babadagli, T., Akin, S. Field-scale analysis of heavy-oil recovery by electrical heating // SPE Reservoir Evaluation and Engineering. 2010. № 13 (1). P. 131-142.
Загривный Эдуард Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, zagrivnyy_ea@pers.spmi..ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Коптева Александра Владимировна, канд. техн. наук, доцент, kopteva av apers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Бельский Алексей Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, ahelskijagmail.com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Маларев Вадим Игоревич, канд. техн. наук, доцент, malare vat, yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Войтюк Ирина Николаевна, канд. техн. наук, доцент, voytyuk inapers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет
RESEARCH OF OPERATING MODES OF ELECTROTECHNICAL COMPLEX FOR INCREASING OIL TRANSFER OF OIL LAYERS
E.A. Zagrivny, A. V. Kopteva, A.A. Belskii, V.I. Malarev, I.N. Voytyuk
The paper presents the main operating modes of the electrical complex based on a borehole electric steam generator in order to ensure a predetermined temperature in the hole zone of a productive oil formation and subsequent effective heat treatment. It is shown in the work that the most productive and energy-efficient way of producing viscous oil is production based on electrical systems using downhole electrode heaters. Functional schemes of control systems are given and the main modes of operation of the electrical complex are substantiated.
Key words: electrical complex, downhole electrode heater, control system, electrical conductivity, energy efficiency, resource saving.
Zagrivnyy Eduard Anatolievich, doctor of technical science, professor, zagrivnyy_ea@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Kopteva Alexandra Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, kopteva_av@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Belskii Aleksey Anatolievich, candidate of technical sciences, docen, abelskij@,gmail. com, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Malarev Vadim Igorevich, candidate of technical sciences, docent, malarev@yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,
Voytyuk Irina Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, voytuk_irina@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University
УДК 621.311.243
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ МОДУЛЕЙ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ПОВЕРХНОСТИ
И.М. Кирпичникова, И.Б. Махсумов
Предложен недорогой и технологичный метод термозащиты солнечных модулей с использованием структурированных голографических пленок, приведены результаты сравнительных лабораторных испытаний солнечных модулей с использованием таких пленок. Вольт-амперная характеристика, снятая при различных значениях освещенности, показала эффективность использования данного метода. Показано, что при нанесении пленки на переднюю поверхность модуля эффективность его работы не меняется, а в некоторых случаях даже становится лучше. Пленка позволяет снижать температуру поверхности модуля, что позитивно сказывается на эффективности его работы. Установлено, что температура модуля зависит от угла его наклона к горизонту, что необходимо учитывать при выборе места установки солнечных батарей. Проведенные эксперименты подтвердили предположение об эффективной защите модулей от перегрева с использованием структурированной гологра-фической термозащиты и показали ее перспективность.
Ключевые слова: солнечная энергетика, перегрев солнечных модулей, деградация, термозащита, структурированные голографические плёнки.
Повышение температуры сверх стандартной ведет к деградации солнечных модулей и преждевременному выводу их из эксплуатации, поэтому защита рабочей поверхности модулей от перегрева является
