CC BY
23
Управление режимами работы электротермического комплекса для добычи
газогидратных залежей Зырин В.О.
Зырин Вячеслав Олегович / Zyrin Viacheslav Olegovich - кандидат технических наук, ассистент, кафедра электротехники, электроэнергетики, электромеханики,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассмотрен электротермический комплекс для добычи газовых гидратов, рассмотрен процесс пуска забойного электропарогенератора, режимы работы комплекса.
Ключевые слова: газовые гидраты, забойный электропарогенератор, электротермический комплекс, тепловая обработка скважин.
Газогидратные залежи представляют собой кристаллические соединения, которые описываются формулой MnH2O, где М-молекула газа, n=6-17. [1] Кристаллическая решетка состоит из молекул воды, удерживаемых водородными связями, а молекулы газа размещены во внутренних полостях решетки. При образовании гидратов один объем воды связывает от 70 до 210 объемов газа. Для устойчивого состояние газогидратной залежи необходимо наличие двух условий: высокое давление и низкая температура. Газогидраты залегают в условиях придонных шельфовых месторождений (шельф Сахалина, Охотское море, Черное море и др.), так и при материковом расположении залежей, в частности в условиях вечной мерзлоты. Для добычи газовых гидратов необходимо воздействовать на залежь таким образом, чтобы изменить равновесное состояние гидрата, т.е. изменять давление или температуру.
В Горном университете была создан электротехнический комплекс для теплового воздействия на газогидратные залежи [2]. Комплекс условно можно разделить на три системы: электроснабжения, водоподачи, управления. Система электроснабжения состоит из трансформатора (генерирующего устройства), линии передачи. Система водоподачи представляет собой резервуар с рабочей жидкостью, насос с электроприводом 25 и водоподающую трубу 23. Система управления электротермическим комплексом образована микропроцессорным устройством 22 и тиристорным регулятором напряжения 20.
Основной частью комплекса является электротепловой генератор (ЭТГ) 29, закрепленный на конце колонны насосно-компрессорных труб 6 в нагнетательных скважинах 17. ЭТГ состоит из герметичного внутреннего корпуса, в котором происходит нагрев токопроводящей жидкости, и внешнего, заполненного требуемым теплоносителем. Наружный корпус имеет больший диаметр, чем внутренний корпус 4, заполняется рабочей жидкостью 13. В качестве рабочей жидкости используют пресную воду, морскую воду, солевые растворы. Через линию передачи, тиристорный регулятор, переходник 30 на центральный токовод и фазные электроды ЭТГ подается напряжение. Ток протекает от фазных электродов к нулевым, вызывая нагрев токопроводящей жидкости, испарение и конденсацию пара на стенках, что приводит в теплообмену между стенкой внутреннего корпуса 4 и рабочей жидкостью в наружном корпусе 3. При достижении определенной температуры и давления, в наружном корпусе 3 срабатывают выпускные клапаны 5, и жидкость (пар) выходят из корпуса 3, производя тепловую обработку призабойной зоны.
Для получения заданной мощности при номинальном напряжении необходимо обеспечить требуемое соотношение между объемами пара и воды в нагревателе, которые определяются температурой и давлением в замкнутом объеме. Нарушение этого соотношения (излишнее заполнение водой) может привести к разрыву корпуса нагревателя из-за чрезмерного повышения давления.
Рис.1. Электротермический комплекс с забойным электропарогенератором
Пуск забойного ЭПГР:
1) Включается насос по сигналу от контроллера - происходит заполнение внутреннего корпуса водой, до уровня 1-1. Выключение насоса происходит по сигналу от датчика уровня, установленного на уровне 1-1 (рис.1). 2) Включается тиристорный преобразователь, происходит нагрев воды во внутреннем корпусе. 3) Во внутреннем корпусе установлены датчики температуры на трех уровнях, за оперативным контролем над процессом нагрева, если на одном из уровней происходит рост температуры выше заданного значения, то по сигналу от датчика происходит уменьшение тока тиристорным преобразователем. Во избежание перегорания электродов должны быть установлены два датчика уровня - выше расчетной границы раздела сред вода-пар (по сигналу от него также происходит уменьшение тока) и непосредственно на границе (по сигналу от него происходит отключение питания. 4) Для контроля за давлением устанавливается датчик давления, при превышении заданного значения срабатывает защитный клапан и происходит выпуск воды во внутренний корпус, также загорается сигнальная лампа и происходит отключение питания. 5) В процессе нагрева во внутреннем корпусе необходим контроль за процессом нагрева, при превышении уровня отключается насос, при превышении температуры включается насос и открывается выпускной клапан.
Для режима горячей воды
Насос Q1 включается по сигналу от входа X1, происходит заполнение внешнего корпуса водой до уровня 1-1 (вход X2), по сигналу от которого насос выключается. Тиристорный преобразователь Q2 включается по сигналу X3, и регулируется в соответствии с показаниями датчиков Х4-Х9.
На рисунке 2 показана реализация алгоритма для режима горячей воды, разработанная в среде LOGOSOFT.
Рис. 2. Реализация режима горячей воды в виде функциональной схемы
На рисунке 2 указаны: Х1 - питательный насос, Х2 - датчик уровня 1-1, X3- включает тиристорный преобразователь, X4,5,6 - датчики температуры на трех уровнях во внутреннем корпусе, X7 - датчик уровня внутреннего корпуса, X8 - аварийный датчик уровня внутреннего корпуса, X9 - датчик давления внутреннего корпуса, Q1 -насос, Q2- тиристорный преобразователь.
Режим паротеплового воздействия. Вход I1 подключен к тиристорному регулятору. Через тиристорный регулятор может устанавливаться уровень открывания тиристоров, в следовательно и уровень выходного напряжения. Если температура находиться ниже температуры пузырькового кипения, то через I1 запускается тиристорный преобразователь, затем угол открывания увеличивается, пока не достигнет конечной температуры, а также предела угла ТП будет увеличивать угол открывания. При достижении конечной температуры также постепенно уменьшается уровень напряжения.
Этот алгоритм показан на рисунке 3.
Рис. 3. Реализация режима паротеплового в виде функциональной схемы
Таким образом, электротермический комплекс позволяет реализовать различные режимы тепловой обработки газогидратной залежи для повышения эффективности извлечения газа из гидратов.
Литература
1. Макогон Ю.Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели образования, ресурсы. -Российский химический журнал (журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева), т. XLVII, 2003 г., с. 70-79.
2. Пат.№2516303. Устройство для тепловой обработки газогидратных залежей/ Э.А.Загривный, В.И. Маларев,А.Е. Козярук, В.О. Зырин; от 02.07.2012
