CC BY
53
Направление 3 ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА, ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК
УДК 622.276
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ НИЗКОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН
Е. М. Огарков, П. Н. Цылев, А. Д. Коротаев, А. М. Бурмакин
Пермский государственный технический университет
Обосновывается необходимость и целесообразность применения дугоста-торного электропривода для штанговых насосов станков-качалок низкодебит-ных скважин.
Парк низкодебитных скважин с притоком жидкости менее 5 тонн в сутки непрерывно возрастает. Причинами этого являются геологические условия на данном участке месторождения и истощение нефтеносных пластов.
Приток жидкости в скважину во многом определяется разностью пластового давления и давления внутри скважины, зависящего от динамического уровня жидкости. Если динамический уровень максимален, то внутрисква-жинное давление уравновешивает пластовое и приток жидкости в скважину прекращается. При снижении динамического уровня давление в забое скважины уменьшается, а приток жидкости возрастает. В случае, когда динамический уровень находится у приема глубинного насоса, давление в забое скважины минимально, а приток жидкости максимален.
Добыча жидкости из низкодебитных скважин, как правило, производится штанговыми глубинными насосами. Возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг и соединенного с ними плунжера насоса обеспечивается станком-качалкой, в состав оборудования которого входят: 3-х фазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель с комплектом сменных шкивов
различного диаметра, клиноременная передача, редуктор, кривошипно-шатун-ный механизм коромысло с балансиром и тросовая подвеска.
В таблице 1 приведены данные по числу качаний коромысла станка-качалки СК-8 при различных диаметрах шкива на валу электродвигателя. В этой таблице приняты следующие обозначения:
— (1) — диаметр шкива на валу асинхронного электродвигателя;
— 6.2 — диаметр шкива на входном валу редуктора;
— передаточное число клиноременной передачи;
— 12 — передаточное число редуктора;
— 1з~ общее передаточное отношение редуктора и клиноременной передачи;
— М] — момент нагрузки на валу электродвигателя;
— М2 — расчетный момент нагрузки на входном валу редуктора;
— П) и К] — число качаний коромысла в минуту и коэффициент использования мощности двигателя при установке на станке-качалке электродвигателя мощностью 30 кВт с номинальной частотой вращения 960 об/мин.;
— п2 и к2 — число качаний коромысла в минуту и коэффициент использования мощности двигателя при установке на станке-качалке электродвигателя мощностью 22 кВт с номинальной частотой вращения 720 об/мин.
Таблица 1
Зависимость частоты качаний коромысла от диаметра шкива на валу электродвигателя
¿1 мм 200 224 250 280 315
¿2 мм 900
и а е. 4,5 4 3,6 3,2 2,86
к а е. 40
Ь а е. 180 160 144 128 114
М1 Нм 160 180 200 225 252
М2 Нм 720
щ кармин. 5,3 6 6,7 7,5 8,4
щ а е 0,53 0,6 0,67 0,75 0,84
п2 кармин. 4 4,5 5 5,6 6,3
К2 а е 0,55 0,61 0,68 0,77 0,86
Анализ табличных данных показывает, что существующая система электропривода станка-качалки позволяет получить 4^8,4 качания коромысла в минуту, что требуется для обеспечения непрерывного режима работы скважины при дебите, превышающем 10 тонн в сутки. Использование данной системы электропривода на станках-качалках, установленных на низкодебитных скважинах, приводит к необходимости перехода к циклическому режиму экс-
плуатации, который можно характеризовать продолжительностью включения скважины:
/ = ^—100%,
*Р+*о
где ^ ^ — время работы и время отключения.
Перевод скважин в циклический режим работы связан с рядом недостатков, основными из которых являются: уменьшение добычи нефти, увеличение установленной мощности асинхронного электродвигателя, рост динамических нагрузок на кинематические звенья станка-качалки, необходимость использования оперативного персонала для управления режимом работы скважин.
Для обеспечения непрерывного режима работы низкодебитных скважин необходимо с помощью электропривода получить 1+4 качания коромысла в минуту. Практически этого можно достичь включением асинхронного электродвигателя через преобразователь частоты /1/ или же заменой асинхронного электродвигателя двигателем постоянного тока с управляемым выпрямителем /2/.
Указанные пути перевода низкодебитных скважин в непрерывный режим работы позволяют за счет плавного изменения числа качаний коромысла достичь оптимального режима отбора жидкости из скважины. Особенно эффективно использование этих средств в условиях скважин с быстро изменяющимися во времени дебитом, когда простота и малые затраты времени на переход к новому режиму становятся определяющими.
Следует, однако, отметить, что на практике регулируемые электроприводы переменного и постоянного тока широкого применения не получили. Объясняется это высокой стоимостью преобразователей частоты и управляемых выпрямителей, их негативным влиянием на питающую сеть трехфазного переменного напряжения, возрастающим по мере уменьшения числа качаний коромысла, существенным увеличением эксплуатационных затрат и снижением надежности электропривода.
Учеными кафедры электротехники и электромеханики (ЭТиЭМ) Пермского государственного технического университета (ПГТУ) для привода станков-качалок низкодебитных скважин предложен тихоходный высокомоментный дугостаторный асинхронный электродвигатель /3/. Его отличие от асинхронных электродвигателей, ныне эксплуатируемых на станках-качалках, заключается в конструктивном выполнении статора, который имеет форму дуги с центральным углом а.
Выполненные расчеты показывают, что применение дугостаторных асинхронных электродвигателей с элементами кинематической цепи станка-качалки (табл. 1) делает возможным получение от 4-х до 1-го и ниже качаний
коромысла в минуту, что и требуется для осуществления непрерывного режима добычи жидкости из низкодебитных скважин.
Опытный образец дугостаторного асинхронного двигателя (Рном = 2,3 кВт, пном = 68 об/мин.) изготовлен на кафедре ЭТ и ЭМ ПГТУ и установлен на скважине №292 Кокуйского месторождения нефти ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» взамен асинхронного электродвигателя типа 4АР200Ь6УЗ (Рном=30 кВт, пном=960 об/мин.)
Замена приводного электродвигателя станка-качалки позволила перейти от циклического режима работы скважины №292 (ПВ=20 %) к непрерывному (ПВ=100 %). Обработка результатов работы скважины, полученных в ходе промысловых испытаний с 22.12.2004 г. по 20.10.2005 г., показывает, что добыча нефти увеличилась с 5,6 тонн до 17 тонн в месяц, т. е. в три раза. Одновременно достигнуто снижение установленной мощности приводного электродвигателя в 13 раз, что привело к увеличению степени его загрузки, росту коэффициента полезного действия, снижению потерь.
Положительные результаты промысловых испытаний дугостаторного асинхронного электропривода станка-качалки делают необходимым проведение дальнейших всесторонних исследований в данном направлении. По заказу ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» Холдинговая компания «Привод» (г. Лысьва Пермской области) совместно с учеными кафедры ЭТ и ЭМ ПГТУ приступила к разработке и изготовлению опытной партии дугостаторных электродвигателей мощностью 3^5 кВт с номинальной частотой вращения ротора 150^200 об/мин.
Литература
1. В. Н. Ивановский, В. И. Дарищев, А. А. Сабиров. Скважинные насосные установки для добычи нефти. — М., ГУЛ: Изд-во «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002. - с. 824
2. В. П. Казанцев, А. Ж Костыгов, А. Д. Коротаев, П. Н. Цылев. Регулируемый электропривод станков-качалок малодебитных нефтяных скважин. Электрические машины и электромагнитные системы // Межвузовский сборник научных трудов. Пермь, ПГТУ. 1995, с. 191.
3. Привод станка-качалки для добычи нефти из малодебитных скважин. Патент на полезную модель №47990 от 10.09.2005 г., /А. Д. Коротаев, К Ж Огарков, П. Н. Цылев и др.
