CC BY
92
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 658.26:621.31 (075.80)
Мваку У.М., Корнилов В.Ю.
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРИ И ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
В данной статье рассмотрен вопроса снижения потерь электроэнергии от проведения организационных мероприятий, наибольшее внимание из которых уделяется режимным. Показаны два типа электрооборудования, входящие в состав буровых установок. Описаны механизмы непосредственной добычи нефти из скважины и объекты подготовки нефти. Ключевые слова: потери и потребление электроэнергии, электротехнический комплекс, добыча, подготовка, нефть.
Потери электроэнергии в элементах сети и электроприемниках систем электроснабжения могут достигать 5-10% от общего электропотребления [1]. Они определяются, прежде всего, потерями в линиях и трансформаторах. Методы расчета потерь электроэнергии основываются на различных приемах перехода от потерь мощности к потерям энергии за расчетный период, что определяет их погрешность и область применения. Наиболее широко используются детерминированные методы, в которых на основании выбранного характера режима определяются потери мощности, считающиеся неизменными в течение расчетного периода [2].
Потребители электроэнергии на нефтегазодобывающих предприятиях по функциональному признаку разделяются на следующие виды: буровые установки; механизмы непосредственной добычи
нефти - глубинно насосная установка с электродвигателем, установленным на поверхности земли; насосная установка с электродвигателем, расположенным у насоса электроцентробежных насосов (ЭЦН); объекты сбора и внутрипромысловой перекачки нефти, к которым следует отнести групповые замерные установки (ГЗУ), до-жимные насосные станции (ДНС); объекты подготовки нефти, к которым относятся электро-обезвоживающие и электрообессоливающие установки, термохимические установки, насосные станции внешней перекачки нефтесборных парков и пунктов; газокомпрессорные станции, компримирующие попутный нефтяной газ; объекты поддержания пластового давления - кустовые насосные станции (КНС), водораспределительные блоки (ВРБ), водозаборы, установки очистки сточных вод; объекты вспомогательного назначения - базы обслуживания нефтепромысла, базы бурения, ремонтные базы и участки и т.п.
Буровые установки
В состав электрооборудования буровой установки входят основные (лебедка, ротор, буровой насос) и вспомогательные (компрессоры сжатого воздуха, вибросито, кран-балка, водяной насос, автомат спуска-подъема) механизмы. Число основных и вспомогательных механизмов и их электровооруженность определяются классом и назначением буровой установки [2].
Принципиальное отличие электробура от обычной буровой установки заключается в том, что электродвигатель, вращающий до лото, перенесен на забой скважины (рис.1). Потребление активной мощности буровой установкой зависит от режима ее работы, твердости разбуриваемой породы, качества бурового раствора, скорости пускоподъемных раций, длины и массы колонны буровых труб. В связи с этим график нагрузки, записанный за длительный период работы буровой установки (10-15 сут), имеет резко переменный характер [2].
Рис.1. Схема бурения электробуром
где 1-токоприемник; 2-кабель; 3-буравая лебедка; 4 - пульт управления; 5 - бурильная труба с вмонтированными внутрикабельными муфтами ; 6 - электробур; 7 - долото.
Механизмы непосредственной добычи нефти
Непосредственная добыча нефти из скважин при отсутствии фонтанирования производится с использованием:
• глубинно-насосных установок с электродвигателем, установленным на поверхности земли, от которого движение к насосу передается посредством колонны штанг (рис.2 и 3);
• центробежных насосных установок с погружным электродвигателем, расположенным непосредственно в скважине, это так называемые бесштанговые насосные электроцентробежные установки (УЭЦН) [1].
Рис.2. Схема глубинно-насосной установки
где 1 - плунжерный глубинный насос; 2 - плунжер; 3 - насосные трубы; 4 - штанга; 5 - полированный шток; 6 - головка балан сира; 7 - балансир; 8 - шатун; 9 - кривошипный противовес^ - редуктор; 11 - клиноременная передача;12 — электродвигатель; 13 — балан-сирный противовес;14 - кривошипный противовес
Рис.3. Плунжерный насос 1 -муфта крепления; 2- верхний клапан; 3 - цилиндр; 4-плунжер; 5 - нижний (приемный) клапан
Наиболее распространенными на нефтепромыслах станками -качалками являются станки типа СКН 2-615, СКН 3-1515 СКН 5-
3015, СКН 10-3315, СКН 10-3012. По ГОСТ 5866-87 изготавливают девять базовых моделей СКН от 1 до 9СК с наибольшей допустимой нагрузкой 1-20 т., мощностью электродвигателя для привода этих станков 1,7-55 кВт.
К специфической особенности работы станка-качалки относится пульсирующий характер графика его нагрузки, на котором отчетливо можно выделить пиковые значения тока статора приводного двигателя. Вследствие этой особенности КПД и cosф приводного двигателя снижаются по сравнению с номинальными, соответствующими постоянной нагрузке.
В настоящее время широкое распространение получило кустование скважин, т.е. компоновка на одной площадке нескольких установок механизированной добычи нефти. Количество скважин, оборудованных УЭЦН и подключенных к одной линии электропередачи, обычно не превышает 12, а оборудованных УЭЦН и станка ми-качалками, а также газлифтных - 20 [3].
Объекты сбора и внутрипромысловой перекачки нефти
Добытая нефть из скважин поступает на автоматизированные групповые замерные установки, где осуществляется замер дебита скважины, контроль подачи нефти из скважин, введение реагента в жидкость и блокировка скважин при аварийном состоянии оборудования. К одной установке ГЗУ в зависимости от ее конструкции можно подключить от 5 до 14 скважин [1].
В состав блочной сепарационной установки с насосной от качкой и подачей 750-2000 м /сут входят: технологический блок, блок управления, канализационные сооружения, свечи аварийного выброса газа. В состав блочной сепарационной установки с насосной откачкой и подачей 2000 м /сут и более входят: блок насоса, блок сепарационной емкости, блок сбора и откачки утечек нефти, блок низковольтной аппаратуры, контрольно-измерительные приборы (КИП) и автоматики, распределительное устройство (РУ) 6 кВ, свеча аварийного выброса газа [2].
Пройдя групповые замерные установки и дожимные насосные станции нефть поступает на нефтесборный пункт или парк, где она подвергается подготовке - обезвоживанию и обессоливанию, а затем насосными установками внешней перекачки подается на товарные парки объектов транспортировки нефти.
Существует широкий ряд различных установок по подготовке нефти, которые подбираются в зависимости от производительности нефтесборного парка (пункта) и качества нефти (процентное содержание в нефти солей и воды). Эти установки можно разделить на два вида: установки, на которых подготовка нефти осуществляется путем нагрева - термохимический метод; установки, на которых осуществляется комплексная подготовка нефти - обезвоживание и обес-соливание с получением кондиционной продукции, где подготовка нефти производится термохимическим методом с обработкой ее в электрическом поле с помощью электродегидратора [1].
Сущность обработки нефти в электрическом поле заключается в том, что под действием его заряженные частицы воды направляются к электродам дегидратора. Частицы воды приобретают заряд благодаря перемещению эмульсии под действием внешних сил (гравитация, давление насоса и др.) и удалению от них части зарядов. Две частицы воды, разделенные слоем нефти, могут рассматриваться как элементарный конденсатор. Под действием внешнего электрического поля эти частицы приобретают разноименные заряды и стремятся притянуться друг к другу. Это вызывает деформацию защитных оболочек. Под воздействием поля на частицы воды разрушаются защитные оболочки в результате столкновений частиц и прорыва нефти между соседними частицами. В этом случае происходит слияние частиц и оседание капель воды [4].
На нефтепромыслах применяют электродегидраторы промышленной и повышенной частоты. В зависимости от производительности установки по комплексной подготовке нефти (УКПН), частоты электрического поля и качества нефти применяют электродегидраторы трех видов: вертикальный (рис. 4), горизонтальный (рис. 5) и ша-
ровой.
Рис.4 Вертикальный электродегидратор 1 -распределительная головка;
2- электроды;
3- проходной изолятор;
4-изоляторы;
5- верхний электрод;
6-цилиндрический сосуд объемом 300 м;
7-нижний электрод;
8-вертикальный стояк.
Газокомпрессорные станции
Рис. 5 Горизонтальный электродегидратор
1- выходной нефтяной коллектор;
2-электроды;
3- коллектор сбора воды;
4- входной нефтяной коллектор;
5-корпус;
Для компримирования (сжатия) попутного нефтяного газа на нефтяном промысле сооружают компрессорные станции, на которых производится также отчистка газа от сероводорода. Наиболее часто на нефтепромыслах применяют газокомпрессоры с газомоторным приводом. Однако используют и газокомпрессоры с электрическим приводом: винтовой газовый компрессор ЭВКГ -25/5 с
электродвигателем мощностью 160 кВт; винтовой газовый компрессор ВК-4/5-13 с электродвигателем 75 кВт; поршневые компрессоры ГСТ-4, 2СТ-50 с электродвигателями мощностью 160 -200 кВт; поршневые компрессоры ДСГ-62, 2СТ-25-250 с электродвигателями мощностью 200-220 кВт. В эксплуатации находятся компрессорные станции с ротационными компрессорами РСК-8 с приводом от электродвигателя мощностью 160-220 кВт, а также компрессоры с приводом от асинхронных электродвигателей ДАМСО -147-8 мощностью 200 кВт, синхронных электродвигателей СМ-300750, ДС-1408-8 мощностью 217 кВт. Эти агрегаты установлены в капитальных зданиях с перегородкой между помещениями компрессоров и электродвигателей. График нагрузки газокомпрессорной станции на нефтяном промысле характеризуется постоянством нагрузки в течение суток [2].
Объекты поддержания пластового давления
К объектам поддержания пластового давления относятся кустовые насосные станции для закачки воды нефтяной пласт, водозаборы чистой воды, установки по очистке сточных вод. В настоящее время все объекты поддержания пластового давления изготавливаются в блочном исполнении.
Заводнение нефтяных пластов - сложный и длительный процесс с использованием больших объемов воды. При разработке системы заводнения производятся:
• выбор надежного источника водоснабжения, бесперебойно обеспечивающего необходимым количеством воды месторождения на весь период осуществления процесса заводнения;
• определение необходимого количества воды для закачки в пласты и разработка технологии ее очистки.
На основании длительного опыта эксплуатации нефтяных месторождений установлено, что при площадном заводнении требуется 10-15 м воды на 1 т добытой нефти, а при законтурном и риконтур-ном заводнении пластов - 1,5-2 м на 1 т нефти. Для заводнения нефтяных пластов преимущественно используют пресные воды откры-
тых поверхностных водоемов, легко доступных и не требующих сложных методов их подготовки для закачки в нефтяные пласты. На нефтепромыслах Западной Сибири кроме пресной воды для заводнения используют воды сеноманского горизонта, насыщенные метаном, в связи с чем для отделения его на кустовых насосных станциях предусматривают узел сепарации [2].
Для заводнения нефтяных пластов применяют пластовые и сточные воды, освобождающиеся при деэмульсации и обессолива-нии нефти. Применение сточных вод в системе заводнения кроме экономии пресной воды позволяет увеличить нефтеотдачу пластов, так как в сточных водах содержится некоторое количество поверх ностно-активных веществ (дисолван и т.д.) [2].
В КНС устанавливают от двух до пяти центробежных насосов, один из которых является резервным. Наибольшее распространение получили КНС с тремя насосами, которые в зависимости от объема обеспечивают закачку воды в 10-15 нагнетательных скважин. В настоящее время изготавливают следующие автоматизированные блочные установки для объектов подготовки и закачки воды: установки очистки сточных вод У0В-750, У0В-1500, У0В-3000, У0В-10000; кустовые насосные станции БКНС-2-100, БКНС-3-100, БКНС-1-150, БКНС-2-150, БКНС-3-150, БКНС-2-200, БКНС-3-200 и др.
Снижение потерь электроэнергии от проведения организационных мероприятий
Из организационных мероприятий по снижению потерь электроэнергии наибольшее внимание уделяется режимным. Следующие некоторые из режимных мероприятий, способствующих снижению потерь электроэнергии в электротехнических комплексах и сетях [2]:
• выравнивание графика нагрузки;
• выравнивание нагрузок фаз в сетях напряжения 380 В;
• оптимизация регулирования напряжения в центрах питания разомкнутых электрических сетей;
• оптимизация режимов замкнутых сетей по реактивной мощности и коэффициентам трансформации;
• отключение трансформаторов в режимах малых нагрузок;
• управление работой компенсирующих устройств;
• регулирование режимов работы электродвигателей.
Выводы
1. К специфической особенности работы станка-качалки относится пульсирующий характер графика его нагрузки. Вследствие этой особенности КПД и cosф приводного двигателя снижаются по сравнению с номинальными, соответствующими постоянной нагрузке.
2. На основании длительного опыта эксплуатации нефтяных месторождений установлено, что при площадном заводнении требуется 10-15 м воды на 1 т добытой нефти, а при законтурном и ри-контурном заводнении пластов - 1,5-2 м на 1 т нефти.
3. Из организационных мероприятий по снижению потерь электроэнергии наибольшее внимание уделяется режимным.
1. Бак С.И., Читипаховяп С.П. Электрификация блочпо -комплектных установок пефтяпой промышленности. М: Недра, 1989. 183 с.
2. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности: учебник для вузов. М.: Недра, 2000. 487 с.
3. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэпергопадзор России, 1998. 608 с.
4. ГОСТ P 54149-2010. Нормы качества электрической энергии в системах электроспабже-ния общего назначения. М.: Стандартинформ, 2012 г.
References
1. Bak S.I., CHitipahovyan S.P. E'lektrifikaciya blochno-komplektny'h ustanovok neftyanoy promy'shlennosti. M: Nedra, 1989. 183 s.
2. Men'shov B.G., Ershov M.S., YArizov A.D. E'lektrotehnicheskie ustanovki i kompleksy' v neftegazovoy promy'shlennosti: ucheb. dlya vuzov. M.: Nedra, 2QQQ. 487 s.
3. Pravila ustroystva e'lektroustanovok. M.: Glavgose'nergonadzor Rossii, 1998. 6Q8 s.
4. GOST P 54149-2Q1Q. Normy' kachestva e'lektricheskoy e'nergii v sistemah e'lektrosnabjeniya obsch'ego naznacheniya. M.: Standartinform, 2Q12 g.
Зарегистрирована 17.01.2013.
