Эксплуатация УЭЦН с помощью частотно-регулируемого привода позволяет преследовать следующие цели:
- достижение максимального дебита скважины за счет оптимизации работы погружного оборудования;
- принятие решения о дальнейшей оптимизации скважин за счет спуска большего типоразмера УЭЦН (если при достижении максимальной частоты не выбран потенциал скважины);
- сохранить работоспособность погружного оборудования.
При повышении частоты питающего напряжения необходимо учитывать зависимости изменения параметров погружного оборудования (закон подобия). Ограничивающими факторами при повышении частоты являются:
§ запас мощности погружного двигателя – при повышении частоты мощность изменяется линейно, в то время, когда потребляемая насосом мощность изменяется с кубической зависимости, и наступает момент, когда двигатель не сможет выдать необходимую насосу мощность (вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу);
§ прочность валов погружной системы – при повышении частоты растет нагрузка на вал (т.к. меняется напор, производительность, и момент сопротивления вращению вала) и, выбрав погружной двигатель с большим запасом по мощности имеется риск скручивания вала, особенно при наличии в перекачиваемой жидкости механических примесей (эффект подклинивания);
§ глубина спуска УЭЦН – при повышении частоты в квадратичной зависимости увеличивается напор насоса и существует риск, что напор может превысить глубину спуска УЭЦН и произойдет остановка по недогрузу (когда насос откачает всю жидкость до приема насоса и перейдет в режим холостого хода).
При понижении частоты ограничивающими факторами являются:
§ напор насоса – при снижении частоты напор насоса ЭЦН снижается в квадратичной зависимости и может произойти момент, когда энергии насоса (напора) не хватит, чтобы поднять столб жидкости с динамического уровня и произойдет срыв подачи и остановка УЭЦН от срабатывания защиты по недогрузу (ЗСП).
§ минимально допустимая частота для погружных систем (рекомендуемая заводами-изготовителями):
- для УЭЦН отечественного производства – 40 Гц;
- для УЭЦН импортного производства – 35 Гц.
§ максимальная частота для погружных систем:
- для УЭЦН отечественного производства – 60 Гц;
- для УЭЦН импортного производства – 70 Гц.
§ максимально возможное напряжение питания ПЭД – при повышении частоты необходимо повышать напряжение, подаваемое на двигатель с учетом потерь в кабельной линии, потому что может наступить момент, когда при увеличении частоты вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу.
Учитывая ограничивающие факторы при повышении частоты, максимальной частотой для работы с УЭЦН считать частоту, при которой рабочий ток не превышает номинальные значения.
До принятия решения по «раскрутке» скважин необходимо оценить следующие критерии:
- максимально возможные токовые нагрузки на наземное электрооборудование;
- максимально возможные нагрузки на автомат в трансформаторной подстанции;
- сечение силового кабеля по стороне 0,4 кВ для работы с необходимыми нагрузками;
- текущую и ожидаемую загрузку трансформаторной подстанции 35/6 кВ;
- текущую и ожидаемую загрузку кустовой трансформаторной подстанции КТППН 6/0,4 кВ;
- столб жидкости над приемом насоса должен быть достаточным для обеспечения работы УЭЦН без срыва подачи;
- при наличии погружного датчика на УЭЦН условный столб жидкости над приемом насоса (глубина погружения) можно рассчитать по формуле:
;где, Рдатч – давление на приеме насоса по показаниям датчика, атм.;
Рзатр – затрубное давление, атм.;
рнефти – плотность пластовой нефти.
- при отсутствии погружного датчика на УЭЦН условный столб жидкости над приемом насоса можно рассчитать по формуле:
;где, L спуска – глубина спуска насоса, метров;
Н дин – динамический уровень в скважине, метров.
- содержание механических примесей в перекачиваемой жидкости при работе на повышенных частотах не должно превышать:
ü для УЭЦН в износостойком исполнении – 500 мл/л;
ü для УЭЦН в обычном исполнении – 100 мг/л;
- режим работы УЭЦН по токовым характеристикам должен быть стабильным (отсутствие скачков тока характерных подклиниванию насоса или прорывам газа).
- уровень токовых нагрузок УЭЦН не должен быть близким к значению уставки защиты по перегрузу (ЗП). В этом случае необходимо выполнить оптимизацию выходного напряжения на повышающем трансформаторе (подобрать оптимальное напряжение, при котором значение тока минимально). Напряжение на трансформаторе должно быть рассчитано исходя из напряжения, необходимого для двигателя и потерь напряжения в кабельной линии, относительно глубины спуска УЭЦН;
При оптимизации скважин выделяются следующие технологические фазы:
- Разгон – работа УЭЦН по определенной программе в сторону увеличения рабочей частоты;
- Отработка – временное прекращение разгона при достижении определенной частоты для снятия контрольных параметров (замеры дебита и КВЧ производить в период после непрерывной отработки в период от 6 до 12 часов);
- Стабилизация – прекращение разгона на определенном уровне при ухудшении режима работы или выносе КВЧ до возвращения параметров в нормальный режим;
- Оптимальный режим – режим, при котором достигнут оптимальный режим по дебиту и частоте;
- Отход – снижение рабочей частоты ниже ранее достигнутой, вследствие остановок УЭЦН по срабатыванию защит, резкого ухудшения режима работы или залповом выносе КВЧ.
Темпы разгона обозначить следующими условиями:
- Нормальный разгон – программа разгона 0.1/3600 (2Гц в сутки);
Критерии применения:
ü режим работы УЭЦН стабильный (токовые нагрузки ровные);
ü давление на приеме насоса более 40 атм.;
ü стабилизация выноса мехпримесей
- Осторожный разгон – программа разгона 0.1/7200 – 0,1/5400 (1 – 1,5 Гц в сутки);
Критерии применения:
ü режим работы УЭЦН удовлетворительный (колебания токовых нагрузок не приводят к остановке УЭЦН по недогрузу (ЗСП) или перегрузу (ЗП));
ü давление на приеме насоса более 40 атм.;
ü стабилизация выноса мехпримесей
- Быстрый разгон (до ранее достигнутой рабочей частоты) – программа разгона 0.1/120-360 (1Гц за 20 мин - 1Гц за 60 мин);
Критерии применения:
ü применяется для быстрого возврата на рабочую частоту после текущих или плановых отключений УЭЦН при стабильном режиме работы до остановки (токовые нагрузки ровные).
