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, (согласно п. 3.2.2.).
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).