CC BY
14
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2005 р. Внп. №15
УДК 621.317.791:622.243.923-192
«1 2 Федор1в М.И. , Гладь I.B.
П1ДВИЩЕННЯ НАД1ЙНОСТ1 ФУНКЦЮНУВАННЯ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ КОМПЛЕКСУ ЕЛЕКТРОТЕХН1ЧНИХ ЗАСОБ1В
ДЛЯ ЕЛЕКТРОБУР1ННЯ
В cmammi показано спосгб забезпечення високог надшностг занурювалъних елект-родвигутв. Наведено опис системы контролю íx енергетичних параметргв.
Одшею з основних проблем енергетики Укра'ши е штенсифжащя видобутку рщких i га-зопод1бних енергоноспв. Г! вир1шити можна шляхом буршня нових свердловин та додаткових горизонтальних вщгалужень у д1ючих свердловинах. Електробуршня нафтових i газових свердловин мае суттбв1 переваги у пор1внянш з буршням турбобуром i ротором, головними з яких е жорстка мехашчна характеристика занурювального електродвигуна (ЗЕД) електробура, нечут-лив1сть до витрати промивно! рщини, вщсутшсть втрат потужност1 на обертання колони бури-льних труб (КБТ) та !х мале мехашчне зношування, неперервне отримання шформацп про ви-кривлення i кут нахилу свердловини вщ телеметрично! системи по жил1 кабельних секцш, мо-жлив1сть опосередкованого контролю обертового моменту на долоть
Специфжа буршня нафтових i газових свердловин така, гцо вщмова вибшного двигуна призводить до зупинки процесу активного руйнування породи, гцо мае певш негативш наслщ-ки. 1снуе ÍMOBipHÍCTb прихоплення низу бурильно! колони i необхщност! починати бур1ння ново! свердловини поряд Í3 авар1йною, для чого потр1бн1 додатков1 кошти. Ця обставина обумов-люе пщвищення р1вня експлуатацшно! над1йност1 комплексу електротехн1чних засоб1в для електробуршня, зокрема ЗЕД електробура [1].
Одним Í3 шлях1в вир1шення науково-практичного завдання пщвищення р1вня експлуатацшно! надшност1 та ефективност1 буршня свердловин електробуром е розробка спещальних техшчних засоб1в.
У робот1 [2] обгрунтовано необхщшсть стабш1зацп напруги на затискачах ЗЕД електробура шляхом плавного пофазного регулювання його напруги живлення (напруги на початку струмошдводу) шд час буршня нижшх штерв&шв свердловин. При 3míhí моменту опору долота збшынуеться струм споживання ЗЕД електробура, тому у неоднакових опорах жил струмошдводу виникають pÍ3HÍ втрати напруги, як1 призводять як до зменшення р1вня напруги на затискачах ЗЕД, так i до II асиметрп. Оскшьки обертовий момент ЗЕД е у квадратичнш залежност1 вщ величини прикладено! напруги, то при 6ypÍHHÍ глибоких свердловин суттево зменшуеться його перевантажувальна здатшсть. KpÍM того, асиметрична система напруг на затискачах ЗЕД обумовлюе асиметр1ю струм1в у його фазах, гцо негативно впливае на ресурс обмотки статора.
Для ефективного пофазного регулювання напруги живлення ЗЕД необхщною е шформа-щя про значения фазних напруг на його затискачах. Розташування сенсор1в напруги у вибо! свердловини обумовить 1х роботу при температур! близько 120° С, при якш вироби мжроелект-ронно! техн1ки функщонують дуже нестаб1льно. KpÍM того, передавання закодованого сигналу жилою струмошдводу спричинить значну часову затримку в систем! автоматичного регулювання напруги живлення електробура.
У вщповцщост! з авторським методом двох фаз значения фазних напруг на затискачах ЗЕД визначаються опосередковано шляхом цифрово! обробки миттевих значень напруг i стру-míb на початку струмошдводу [3] при використанш експериментально одержаного значения onopÍB його жил [4]. Метод двох фаз також уможливлюе визначення активно! потужност! споживання електробура та опосередковане визначення обертового моменту на долоть
1 1вано-Франк1вський шститут нафти i газу, канд. техн. наук, доц.
1вано-Франк1вський шститут нафти i газу, асистент
3 метою забезпечення в реальному масштаб! часу бурильника шформагцею про процес активного буршня авторами розроблено експериментальний зразок системи контролю енерге-тичних параметр1в електробура СКЕП-2. Використання персонально! ЕОМ забезпечуе створен-ня в1ртуального приладу (ВП) шляхом емуляци на екраш передньо! панел1 певного вим1рюва-льного приладу та застосування плат збирання даних. ВП мають певш переваги у пор1внянш з окремими приладами, головною з яких е ушверсальшсть апаратного забезпечення [5]. В якосп програмного забезпечення авторами застосовано математичний пакет Matlab. Важливою особ-лив1стю Matlab е можлив1сть збирання i обробки даних в реальному 4aci та збереження резуль-тат1в обчислень на жорсткому диску ЕОМ в компактному двшковому код1. Це досягаеться шляхом використання шструментарш Data Acquisition Toolbox. Даний шструментарш дае змо-гу взаемод1яти з платами збирання даних р1зних виробник1в безпосередньо з Matlab в реальному 4aci. В якост1 плат збирання даних передбачена можлив1сть застосування одше! або декшь-кох мультимедшних звукових плат, драйвери яких стандартизована Задопомогою Data Acquisition Toolbox створено ВП СКЕП-2 (рис. 1), який вим1рюе енергетичш параметри електробура з частотою обновления показ1в екрану 1 Гц. Ними е значения фазних струм1в, напруг i активно! потужност1 на затискачах ЗЕД, а також значения обертового моменту на долоть
СКЕП-2 також apxiBye значения енергетичних параметр1в у компактному бшарному формат^ який придатний для математично! обробки (рис. 2-А).
Застосування СКЕП-2 дозволяв бу-рильнику оперативн1ше реагувати на вщ-хилення параметр1в буршня, а технологу -ефектившше визначати режими буршня свердловин та створювати базу знань про бурим1сть геолопчних порщ нафтогазонос-ного регшну. У результат! збшыпуеться ефективн1сть буршня, першд безвщмовно! роботи електробура, зменшуеться ризик прихоплення КБТ i руйнування долота.
Внаслщок впровадження СКЕП електробура, яка функщонуе у поеднанн1 з регулятором напруги живлення його ЗЕД, прогнозуеться зб1лыпення середнього на-працювання на вщмову ЗЕД електробура.
В основу розрахунку шдвигцення pi-вня надшност1 ЗЕД електробура вщ впровадження СКЕП-2 закладеш статистичн1 модел1, як1 в1дображають iMOBipHicHi про-цеси функцшнування вузл1в ЗЕД електро-бур1в, а саме модел1 розподшу часу безвщ-mobhoi роботи.
Наирацювання на вщмову вузл1в електробура характеризуеться законом розподшу Вей-була-Гнеденко.
Щшьшсть розподшу Вейбула-Гнеденко визначаеться за такою функщею:
/(/) = «,.-Д-/-ехр(-(а,.0А) (I)
Г1 V'
де or. - параметр масштаоу розподшу для i-ro вузла ЗЕД, а — \ ;
Kai)
Д - параметр форми розподшу для i-ro вузла ЗЕД, Осюльки вузли ЗЕД електробура з точки зору надшносп мають послщовне лопчне з'еднання, то вщмова ЗЕД настае при вщмов! хоча б одного вузла. Тому розподш часу безв!д-мовноТ роботи ЗЕД електробура в цшому при кшькост! основних вузл1в к < 8, що мають роз-подш часу напрацювання на вщмову за законом Вейбула-Гнеденко, також тдпорядковуються цьому закону, параметри якого визначаюгься за такими формулами:
FJe Edit VieiV Web Wnctow M«fp
D ; .; el '. К ; t : Cjrrtr* Dtiftcfory.
GLYBYNA_VYMIR_VSOG0 =
2550.00 2918.00 3600.00
ENERGETYCHNI_PARAMETRY =
la lb Ic Ua Ub Uc P Pzed Mdol
DORiVNUUT =
63.08 65.54 71.58
537.53 544.86 56S.51
90.91 78.97 67,90
<#SIbtI | Busy
Рис. 1-Коп1я екрану ВП СКЕП-2
а
ЗЕД к
(-1
/
1=1
1 +
(2)
(3)
де ор - коефшент вар(ацн параметр!в
д.
Розрахунок надшносп ЗЕД електро-бур!в базуегься на вщомостях про параметри розподшу Вейбула-Гнеденко а1 та Д, як!
отриман1 на основ1 статистичних даних при
гт •
типових для Прикарпатського утп ргё в л I н н я
бурових роб1тумов експлуатацм.
1мов1рн1сть безвМмовно! роботи ЗЕД
(рис. 5) визначаеться так:
Р^) = ехр(- (аЗЕД ■ /)); (4)
Середне напрацювання на вщмову ЗЕД обчислюеться за таким виразом:
( . Л
Т = ■
ЗЕД
1
Г
а,
1 + -
I
Р-
(5)
ЗЕД У
'ЗЕЛ^"-'
де У - табульована га.ча-функц1я. Тод! в!днос не зростання середнього напрацювання на вщмову ЗЕД:
Т.' -Т
ЧЕД л ЗЬд , лп ^
1 ЗЕД
100
'ЗЕД
де Г3'ЕД - середне напрацювання на вщмову ЗЕД шсля впровадження СКЕП;
- середне напрацювання на вщмову ЗЕД до впровадження.
500
10С0
1500
Рис.^-уЦираммса змши струм1в фаз електробура Е1б4-8'МР шд час~оуршня свердловини № 829-"Долина" на глибиш 2550 м
500
1000
150С
Рис. 4-Динам1ка змши обертового моменту I активно! потужност1 електробура Е164-8МР шд час буршня свердловини № 829-'"Долина" на глибиш 2550 м
Рис. 2-Динам1ка змши фазних напруг на затискачах Рис 5-Залежп1сть ¡мов1рност1 безв1дмовно1 роботи
електробура Е164-8М Р при буршш свердловини електробура до I и имя впровадження СКЕП-2
№ 829-"Долина" на глибиш 2550 м
Висновки
В результат! наведеного вище розрахунку встановлено, що середне напрацювання на вщ-мову асинхронного двигуна електробура вщ впровадження СКЕП-2 збшыниться на 15 %.
Перспективою подалыних дослщжень у даному напрямку е створення бази знань про бу-рим1сть геолог1чних иор1д регшну та штегращя СКЕП-2 у автоматичну систему управлшня тех-нолог1чним процесом буршня свердловин електробурами.
ПерелЫ посиланъ
1. Гладь 1В, Анал1з надшност1 роботи електрообладнання системи електропостачання елект-робур1в / 1.В. Гладь, М.Й Федоргв II Зб1рник наукових праць 4-1 МНПК "Ефективн1сть та якють електропостачання промислових шдприемств". - Мар1уиоль. - 2000. - С. 94-97.
2. Гладь 1.В. Шдвигцення надшност1 та ефективност1 електробура/ 1.В. Гладь, М.Й. Федоргв II В1сник Схщноукрашського нацшнального ушверситету 1м. В. Даля. - 2003. - № 6 (64). -
С. 69-75.
3. Гладь 1.В. Експериментальш дослщження енергетичних параметр1в електробура /1.В. Гладь, М.Й. Федоргв II Розвщка та розробка нафтових 1 газових родовигц. - 2004. - № 4 (13). - С. 89-95.
4. Гладь 1В. Шдвигцення достов1рност1 контролю напруги на затискачах занурюваного елек-тродвигуна електробура в промислових умовах / 1В. Гладь II Методи та прилади контролю якость - 2004. -№ 12.-С. 104-107.
5. Гладь 1В. В1ртуальш прилади, 1х переваги та перспективи / 1.В. Гладь, М.Й. Федоргв II Мате-р1али III науково-техн. конф. "Приладобудування 2004: стан 1 перспективи". - Ки1в, ПБФ НТУУ "КПГ. - 2004. - С. 211-212.
Стаття надшшла 2.02.2005
