K003558 Дипломная работа Сущность технологии метода поддержания пластового давления

ВВЕДЕНИЕ

Электрификация нефтяных и газовых скважин тесно связана с электрификацией всего народного хозяйства. На основе применения электрической энергии возможна широкая механизация и автоматизация производственных процессов, создание автоматизированных цехов и предприятий, значительно увеличивающих производительность труда.

Одним из испытанных методов увеличения нефтеотдачи пластов является система поддержания пластового давления (ППД). Методы ППД позволяют значительно сократить объем буровых работ, капитального строительства и сроки разработки нефтяных месторождений.  Эти методы позволяют продлить более дешевый фонтанный метод работы скважины, выдерживать нужные темпы отбора нефти и не допускать выделения газа из нефти в пласт, то есть предотвратить переход пластов на работу при режиме растворенного газа. При помощи законтурного заводнения ускоряется срок разработки месторождения, уменьшается себестоимость одной тонны нефти в два раза, повышается коэффициент нефтеотдачи пласта более чем в два раза. В настоящее время в стране

80 % всей нефти добывается на месторождениях подвоздействием законтурного и внутриконтурного заводнения.

Важной технологической задачей является плавное регулирование давления и подачи насоса. При регулировании путем изменения частоты вращения рабочих колес насоса привод должен быть рассчитан на ее снижение относительно номинальной ориентировочно на (30 – 40) %. Диапазон регулирования должен быть определен в зависимости от конкретных условий эксплуатации трубопровода.

Эффективное глубокое регулирование частоты вращения синхронного двигателя возможно только при наличии источника с регулируемой частотой.

Современное состояние частотно - регулируемых электроприводов, в частности, выполнение  их силовой основы - полупроводниковых преобразователей частоты, а также средств управления и регулирования позволяет заменить нерегулируемые электроприводы турбомашин большой мощности на регулируемые, что позволит исключить многие из недостатков, присущих нерегулируемым электроприводам.

Энергетическую основу производства составляет электропривод, технический уровень которого определяет эффективность функционирования технологического оборудования.

Для многих современных регулируемых электроприводов  главным требованием является высокая точность и плавность регулирования скорости при условии обеспечения требуемого запаса устойчивости и лучшего качества переходных процессов. Эффективное глубокое регулирование частоты вращения синхронного двигателя является возможным только при наличии источника с регулируемой частотой.

Частотно - регулируемый электропривод на базе статических преобразователей частоты имеет широкое применение, благодаря широким функциональным возможностям экономичности и компактности.

Задача выбора регулируемого привода сводится к поиску системы, которая наиболее целесообразным с экономической точки зрения способом обеспечивает требуемый диапазон, быстродействие и точность регулирования.

Главной задачей поставленной в дипломном проекте является повышение энергетической эффективости потребителя, в частности cosφ электродвигателя. При решение этой задачи сделано следующее: выбор насоса серии ЦНС и его режима работы, рассмотрели регулирование скорости вращения на синхронном электродвигателе серии СТД преобразователем частоты типа ВПЧС.

1 Описание технологического процесса

1.1 Сущность технологии метода поддержания пластового давления

Современные системы поддержания пластового давления относятся к основным объектам [1]. Это сложный комплекс оборудования, установок икоммуникаций, рассредоточенных на площадках, которые исчисляются десятками и сотнями квадратных километров, связанных гидродинамически в единую систему. Методы ППД позволяют регулировать давление пласта путем нагнетания в нефтяной пласт через специальные скважины газа, воды, воздуха и прочих агентов, восполняющих запас двигательной энергии пласта. Современному состоянию техники соответствует следующее деление разработки по признаку воздействия на пластовое давление:

- метод ППД путем закачки воды;

- метод ППД путем закачки воздуха или газа.

При первом методе в нагнетательные скважины закачивается вода, которая, продвигаясь по пласту к эксплуатационным скважинам, проталкивает впереди себя скопление нефти. Исходя из того, что удельный вес нефти меньше, чем удельный вес воды, вода будет занимать нижнюю часть пласта. Кроме того, в зависимости от глубины, нижние частицы воды будут испытывать большее гидродинамическое давление; поэтому фронт воды нижней части продвигается быстрее. Вода, как рабочий агент, имеет особые преимущества. Вода способна смачивать пески и освобождать ту нефть, которая удерживается породой благодаря молекулярному притяжению; возможность вытеснения нефти водой, оставшейся в песках, под действием капиллярных сил увеличивается.

При разработке нефтяных месторождений у узких залежей проводят законтурное заводнение. Когда закачка воды в законтурную область не обес-печивает заданных темпов добычи и не охватывает своим влиянием эксплуатационные скважины, расположенные внутри залежи, целесообразно применять внутриконтурное заводнение. В последние годы предлагаются новые технологии заводнения и эффективные рабочие агенты.

Продуктивные пласты нефтяных месторождений обладают слоистой неоднородностью. В процессе вытеснения нефти, вода обходит частично изолированные участки, малопроницаемые слои и вытеснение нефти из них происходит с запозданием и в основном за счет капиллярной пропитки, и низкая проницаемость незаводненных слоев приводит к недостаточному охвату пласта процессом заводнения. Эффективным средством повышения охвата залежи заводнением служит метод, основанный на создании неустановившегося процесса вытеснения путем циклической закачки воды и перемены направления движения нефти.

Метод ППД характеризуется положительными результатами, выраженными в увеличении количества отдачи нефти, снижения необводненности и сокращением удельного расхода воды [1].

Разработка  месторождений нефти с применением заводнения связана с извлечением большого объема пластовой воды попутно с нефтью. Количество извлеченной совместно с нефтью пластовой воды только по месторождениям, Башкортостана составляет примерно 50 млн. м3 в год. Исходя из этого, нефтегазодобывающие управления стали использовать пластовые воды после установок подготовки нефти в системе заводнения. Закачка сточных вод в продуктивные горизонты обеспечивает ряд положительных факторов:

- сточные воды имеют наиболее высокую степень минерализации и содержат в своей структуре моющие поверхностно - активные вещества, поэтому этого они обладают лучшей, по сравнению с пресными водами, нефтевымывающей способностью;

- при закачке высокоминерализованной воды в слабопроницаемые слои горизонта, содержащие глины, проницаемость пластов фактически не снижается, потому что в воде с высокой минерализацией глины пласт разбухает значительно медленнее, чем в пресной воде. Однако сложность очистки сточных вод от механических примесей и их высокая коррозийная способность не позволяет широко применять их в системе заводнения. Система ППД реализует метод заводнения. Система ППД - это комплекс оборудования, коммуникаций и установок, связанных в единую систему. Объекты ППД содержат большое количество насосных станций, БКНС, насосные станции первого и второго подъема воды, водоочистные сооружения, водозаборы и нагнетательные скважины. Применение современных средств автоматики и телемеханики позволяет осуществлять согласованную работу всех звеньев системы ППД, их четкую координацию управления насосными агрегатами и установление наиболее рациональных режимов работы. При автоматизации и телемеханизации объектов ППД учитывались особенности их работы по технической схеме; поэтому объекты ППД были разделены на сосредоточенные и рассредоточенные. В группу сосредоточенных объектов входит оборудование насосной станции: насосные агрегаты; емкости; распределительные устройства и т. д. В группу рассредоточенных объектов входят водозаборные скважины подрусловых вод и нагнетательные скважины.

В системе ППД на нефтяных месторождениях применяют три системы подачи воды. При этом, в первом случае, вода забирается из подрусловых вод неглубокими скважинами, пробуренными в песчаных пластах водозаборными сооружениями, и подается непосредственно в водовод, так как при фильтрации через пласты она очищается настолько, что не требует дополнительной очистки. Тип скважин зависит от необходимого расхода воды [1].

Во втором случае, вода проходит самотеком из открытых водоемов на насосные станции первого подъема, а затем подается на станции очистки.

 В очищенном виде вода забирается насосной станцией второго подъема и подается в магистральный водовод. По магистральным водоводам вода поступает на кустовые насосные станции, откуда через нагнетательные скважины закачивается в пласт.

В третьем случае, используется соленая вода с установки комплексной подготовки нефти. Но наличие в сточной воде нефти может привести к загазованности помещений системы ППД, а содержание солей в воде требует использования коррозионностойкого оборудования.

1.2 Характеристика блочно-кустовой насосной станции

Блочные кустовые насосные станции используют для непосредственной закачки воды в пласт через нагнетательные скважины. Такие станции оборудуются мощными многоступенчатыми центробежными насосами высокого давления [2].

Производительность насосов в большинстве случаев берется от 50 до 200 м3/ч. На станции все насосы подключаются всасывающей стороной к одному коллектору (приемному), а нагнетательной стороной подключаются к выкидному коллектору с изменением давления от 8 до 15 МПа. На кустовых насосных станциях устанавливается от двух до пяти насосных агрегатов. Распределение воды по нагнетательным скважинам осуществляется при помощи водораспределительных коллекторов. Насосные агрегаты станции БКНС забирают воду из резервуаров, заполняющихся от насосных станций подъема или водозабора. Резервуары предназначены для стабилизации режима закачки, резервирования воды и постоянного нахождения насосов под заливом. На каждой станции установлена коммуникационная аппаратура и измерительные приборы. На подающих трубопроводах каждого насоса до напорного коллектора устанавливается обратный клапан, который открывается под давлением, создаваемым насосом при его пуске и закрывается под действием поступления воды из напорного коллектора при остановке насосного агрегата и при работающих других насосных агрегатах. Кроме того, обратный клапан закрывает путь потоку жидкости при остановке всех насосных агрегатах из нагнетательных скважин под действием пластового давления, достигающего значительной величины.

Режим закачки по нагнетательным скважинам в настоящее время устанавливается один раз в месяц на основании обработанных суточных диаграмм по каждой нагнетательной скважине и дебита эксплуатационных скважин. Контроль за процессом закачки воды в пласт производится в основном по количеству закачиваемой воды. Для осуществления контроля на каждую нагнетательную скважину устанавливают прибор, регистрирующий расход воды [2].

К каждому водоводу, идущему от станции подключают несколько нагнетательных скважин. Диаметры водоводов, идущих к нагнетательным скважинам, составляют от 89 до 150 мм. Эти водоводы рассчитаны на давление

16 МПа. Конструкция нагнетательных скважин предусматривает возможность закачки заданного количества воды при минимальных потерях давления. На устье скважины устанавливается фонтанно-компрессорная арматура. До глубины от 50 до 200 м спускается кондуктор. Затрубное пространство обсадной колонны заливается цементным раствором от башмака колонны до устья. Для соединения нагнетательной скважины с водоводом, ее устье оборудуется нагнетательной арматурой. Приемистость нагнетательных скважин с течением времени более или менее интенсивно уменьшается. Это происходит вследствие повышения пластового давления в зоне нагнетательных скважин, уменьшение проницаемости призабойной зоны пласта, возникновения песчаных пробок и т.п.

В связи с этим для поддержания стабильного темпа закачки требуется беспрерывное увеличение давления нагнетания путем постоянного открытия задвижек на напорном трубопроводе к нагнетательным скважинам. При работе на предельном давлении насоса наблюдается постоянное снижение темпа закачки, что вызывает на практике необходимость замены насосных агрегатов на более мощные, создающие более высокие давления.

2 Характеристики турбомеханизмов

2.1 Особенности характеристик насосов

Механизмы с характеристикой вентиляторного типа (ТМ) объединяют три крупных класса механизмов: центробежные насосы, вентиляторы и турбокомпрессоры. Их мощность лежит в широких пределах от единиц до десятков, тысяч кВт. Насос машина для создания потока жидкой среды, превращающая механическую энергию, подводимую от приводного двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию потока жидкости [3].

Турбомеханизмы получили чрезвычайно широкое распространение. Ниже приведены лишь основные сферы их применения:

- в теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системах теплофикации;

- на станциях ТЭС в системах гидрозолоудаления;

- на станциях АЭС в технологическом цикле;

- в промышленности в системах хозяйственного и технического водоснабжения, для подачи различных растворов и реагентов в технологических схемах производств;

- в строительной и угольной промышленности при гидромеханизации разработки грунтов и при гидравлическом способе добычи угля;

- для различных целей в легкой, химической, пищевой и нефтяной промышленности;

- в трубопроводных системах транспорта нефти и воды на дальние расстояния;

- в системах коммунального хозяйства.

На рисунке 2.1 показаны идеализированные характеристики ТМ и сети [4]. Они представляют собой зависимости напора Н от производительности Q. Кривая 1 является расходно-напорной характеристикой ТМ. Вид этой характеристики зависит от конструктивных особенностей механизма. Кривая 3 является характеристикой сети без противодавления и описывается выражением

Этот коэффициент зависит от протяженности сети, поперечного сечения трубопровода, вязкости жидкости, шероховатости стенок трубопровода. Характеристика сети 2 соответствует случаю, когда в сети имеет место противодавление, характеризуемое статическим напором Нст. Статический напор создается ТМ для преодоления противодавления, например в воздухозаборнике или для подъема жидкости на определенную высоту. С учетом противодавления характеристика сети обычно представляется выражением:

    Точка пересечения А характеристик является рабочей точкой всей системы

Существуют следующие разновидности центробежных насосов:

- насосы коммунального и промышленного водоснабжения;

- насосы погружные для подачи воды и нефти из скважин;

- насосы циркуляционные;

- насосы питательные;

- насосы водоотлива;

- насосы для транспортирования нефти, угля и других продуктов.

Работа насосов характеризуется следующими особенностями:

- большинство насосов работает на противодавление;

- статический напор в сети составляет не менее 20 % полного напора (исключение - циркуляционные насосы);

- в среднем диапазон регулирования частоты этих механизмов находится в пределах от 1,0 до 0,7 от номинального значения, однако, в зависимости от технологических требований пределы регулирования могут быть самыми разными;

- время пуска насосов не лимитировано, при этом главные критерии пускового режима - ограничение динамических моментов, пусковых токов и снижение вероятности гидравлических ударов;

- при пуске насоса на закрытую задвижку статический напор отсутствует, и зависимость момента на валу от частоты его вращения имеет вентиляторный характер, максимальный пусковой момент при этом составляет (0,4 – 0,8) номинального.

Таким образом, обобщая требования, предъявляемые к насосам можно сформулировать как общие для большинства ТМ особенности:

- зависимость момента нагрузки и мощности на валу от скорости вращения;

- продолжительный режим работы;

- отсутствие реверсов и торможений;

- ограниченный диапазон регулирования скорости вращения;

- отсутствие перегрузок;

- время пуска не лимитировано;

- предпочтительным является пуск при разгруженном механизме с ограничением динамических нагрузок и ограничением пускового тока приводного электродвигателя - плавный пуск.

В настоящем дипломном проекте для расчета будет использоваться насос марки ЦНС 63-1120 с подачей 80  , рабочим напором 1250 м и КПД 67 %.

Центробежные насосы типа ЦНС (высоконапорные) предназначены для нагнетания воды в скважину с целью поддержания пластового давления. Конструкция насосов типа ЦНС разработана с учетом создания на одной корпусной базе трех модификаций с давлением нагнетания от 9,5 до 19,0 МПа.

Насосы этого типа состоят из двух основных узлов: корпуса - совокупности неподвижных деталей, и ротора - вращающегося вала с расположенными на нем деталями. Ротор насоса состоит из рабочих колес, посаженных на вал по скользящей посадке, разгрузочного диска, защитных втулок и других деталей. Опорами ротора служат подшипники скольжения скольцевой смазкой. Насос соединяется с электродвигателем посредством зубчатой муфты [5].

2.2 Способы регулирования турбомеханизмов

Основной задачей регулирования ТМ является изменение ее расхода Q м3/ч, заданного определенным графиком. При этом все основные параметры машины (напор, мощность, кпд) имеют тенденцию изменяться. Сеть трубопроводов и потребители также накладывают на некоторые из параметров определенные условия. Существует несколько способов регулирования производительности ТМ [6].

На рисунке 2.2 изображены: (1 - характеристика Q - H ТМ при номинальной частоте вращения; 2 – характеристика Q - H ТМ при уменьшенной частоте вращения; 3 - характеристика Q - H трубопровода при полном открытии задвижки; 4- характеристика Q - H ТМ при уменьшении степени закрытия задвижки).

Дроссельное регулирование осуществляется введением дополнительных сопротивлений в трубопровод (т.е. изменением сопротивления сети) - за счет изменения положения дроссельной задвижки. Прикрывая или открывая задвижку, изменяют крутизну характеристики Q - H  трубопровода, которая зависит от его гидравлического сопротивления. Прикрывая задвижку, увеличивают крутизну характеристики, при этом рабочая точка ТМ А1 перемещается в положение А2, при этом подача уменьшается до значения Q2, напор, развиваемый насосом, возрастает от значения Н1 до значения Н2, а напор на трубопроводе за задвижкой снижается до значения  за счет потерь напора  в задвижке. Увеличивая степень открытия задвижки, уменьшают крутизну характеристики трубопровода. Вследствие этого подача увеличивается, напор, развиваемый ТМ, уменьшается, а напор в трубопроводе за задвижкой возрастает. Этот способ регулирования считается малоэкономичным, так как на преодоление дополнительного гидравлического сопротивления в задвижке требуются дополнительные затраты энергии. Достоинством же этого способа регулирования является его простота [7].

Регулирование изменением частоты вращения вала ТМ в отличие от дросселирования дает возможность регулировать подачу, как в сторону ее увеличения, так и в сторону уменьшения. При изменении частоты вращения ТМ изменяется положение характеристики Q - H насоса. Уменьшая частоту вращения, перемещают характеристику вниз параллельно самой себе на рисунке 2.2. При этом рабочая точка, перемещаясь по характеристике трубопровода, занимает положение   следовательно, подача уменьшается, так же как и напор в сети и напор, развиваемый насосом. Увеличение же частоты вращения вызывает обратные явления. Этот способ гораздо экономичнее предыдущего, но требует применения регулируемого ЭП, что усложняет и удорожает установку.

Другой способ регулирования производительности ТМ регулирование поворотными направляющими лопастями на входе в рабочее колесо ТМ. Удельная энергия, передаваемая потоку жидкости в машине, зависит от условий входа потока на рабочие лопасти. Закручивание потока, поступающего в рабочее колесо, влияет на величину напора и при заданной характеристике трубопровода изменяет подачу машины. Отсюда возникает возможность регулирования воздействием на поток, входящий в машину, с помощью поворотно-лопастного входного направляющего аппарата [8]. Поворот лопаток входного направляющего аппарата изменяет крутизну напорной характеристики ТМ, благодаря чему изменение подачи происходит без превышения напоров. Этим и обусловлена энергетическая эффективность этого способа регулирования, которая тем выше, чем ниже расчетный напор.

Широко распространенный способ регулирования производительности ТМ - последовательное  и параллельное  включения машин в сеть трубопроводов. Турбоустановки могут состоять из нескольких агрегатов, соединенных между собой последовательно,  параллельно или смешанным образом. Комбинируя различные способы соединения нескольких турбоагрегатов можно изменять суммарную напорную характеристику всей установки. Этот способ регулирования считается сравнительно экономичным, однако, как видно из графиков при таком способе регулирования излишние напоры снимаются не полностью.

2.3 Характеристика и анализ работы насосного агрегата на БКНС

Центробежный насос следует эксплуатировать при максимальном значении КПД, т.е. при оптимальном режиме с соответствующими значениями подачи Q и напора H. Однако на практике насосы работают и на других режимах, при иных значениях Q и H. Режим работы насоса следует рассматривать в связи с характеристикой трубопровода, на который он работает. Наиболее целесообразно определять режимы насоса графически – построением на одном чертеже и в одинаковом масштабе кривой H - Q насоса и кривой, характеризующей гидравлическую характеристику  трубопровода [9].

Станция БКНС работает на восемнадцать скважин, жидкость к которым подводится по семи направлениям. Для каждой скважины геологами заданы требуемый расход Qскв. и требуемый напор Ну. на устье скважины. Значения Qскв. и Ну.  приведены в таблицах на рисунке 2.3 для каждой скважины и направления.

Для построения совместной характеристики трубопровода  и насоса достаточно знать паспортную характеристику насоса и схему куста скважин с данными по их расходу и давлению. Сумма расходов на скважинах равна требуемой подаче насоса Qнас.. Для получения расчетной точки А соотносим требуемую подачу насоса Qнас. и паспортную характеристику насоса. Далее прочерчиваем прямую АНнас., параллельную  оси Q на высоте Ннас.. По каждому направлению составляется гидравлическая характеристика трубопровода.

Гидравлическая характеристика трубопровода от БГ до скважины

m - показатель степени, зависящий от напорного трубопровода, обычно принимается от 1,75 до 2,00. Так как значения R и m не известны, то гидравлические характеристики трубопроводов построены приближенно по значению Ну. и Qскв., при Н равной напоре насоса.

Сопротивление трубопровода (скважины № 435, 443) находится по формуле:

Аналогично находится сопротивление трубопроводов и для других направлений. Данные расчетов приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Сопротивление трубопроводов

Номер

направления Номер скважин Сопротивление трубопровода

R, Ом

1 435,443 184750

2 158 881081

3 480,484,496,503 91147

4 450,451,445,454 216138

5 469,463,482 216981

6 457,467,472 219728

7 86 417600

Необходимо отметить, что насос работает с неравномерной нагрузкой. По плану технологического режима  станция в сутки закачивает 1500 м3 жидкости. Насос без регулирования расхода не обеспечивает  данный объем закачки, поэтому регулирование расхода насоса производится путем дросселирования.

При дросселировании можно получить необходимую подачу насоса вплоть до полного перекрытия трубопровода (Q = 0). Изменение напоров и подачи при дросселировании показано на рисунке 2.6. При  подачах Q1, Q2, Q3  напор насоса определяется точками Н1, Н2, Н3. Дросселирование изменяет характеристику системы трубопроводов, при этом гидравлическая характеристика трубопровода при подаче Q1 соответствует кривой Нс - Нт1 и вертикальному отрезку Нт1 - Н1.  Отрезки Н1 - Нт1, Н2 - Нт2, Н3 - Нт3  определяют значение напора, потерянного при дросселировании, что ведет к дополнительным потерям мощности в дросселирующей задвижке и к снижению КПД насоса.

Рисунок 2.5 - Характеристика работы насоса при дросселировании

в напорном трубопроводе

При дросселировании происходят потери на задвижке [10], а также потери  за счет изменения КПД насоса и ЭД. Суммарные потери мощности  определяются выражением:

где ∆Н - потери напора на дросселирование, м;

Суммарные потери мощности на дросселирование при понижении подачи до Q1 (рисунок 2.5)  без учета изменеиия  КПД  ЭД и насоса по (2.4)

При снижении подачи, КПД насоса меняется. В данной работе используется экспериментальная характеристика насоса, снятая непосредственно на объекте. Изменение КПД ЭД не учитывалось, т.к. он изменяется несущественно.

где Н1 и Нт2 – напор насоса при дросселировании и без дросселирования соответственно, м.

Потери для ΔРн.ф. определяются поформуле (2.5)

Суммарные потери на дросселирование равны сумме потерь на задвижке и потерь от снижения КПД насоса

Так как  изменение КПД ЭД не учитывалось, то потери  по (2.5) равны дополнительным потерям в насосе за счет снижения КПД насоса.

Аналогично производится расчет для других значений подач Qi  по графику на

Данные расчетов показывают насколько увеличиваются потери мощности при дросселировании и вследствие снижения КПД. Из-за существенных недостатков (неэкономичность и возможность регулирования только в сторону уменьшения подачи) в проекте предложен способ регулирования подачи насоса путем изменения частоты вращения вала насоса. Такое изменение режима насосного агрегата является самым экономичным. Изменение частоты вращения рабочего колеса насоса по закону пропорциональности  ведет к изменению напорной характеристики насоса таким образом, что точка пересечения кривой Qi - Hi насоса с характеристикой насоса соответствует требуемой подаче Qx при напоре Нх рисунок 2.6, т. е. сохраняется материальный и энергетический баланс системы [11].

Рисунок 2.6 - Регулирование режима работы насоса изменением частоты вращения вала в сравнении с дросселированием

Для снижения подачи до Q1 достаточно снизить угловую  скорость элек-тродвигателя до w = 303,68 рад/с, при этом рабочая точка насоса из точки А переместится в точку Н1. Потерь на задвижке при этом не будет, КПД элек-тродвигателя и насоса не изменятся. Следовательно, не будет потерь в насосе, обусловленных снижением КПД.

Суточный график режима работы насоса на трубопровод показан на рисунке 2.7. Такой график нагрузки повторяется и в другие сутки года. Находим потери энергии при дросселировании за год при графике нагрузки, изображенном  

где  - время работы насоса на трубопровод в режиме дросселирования из графика на рисунке 2.7, ч.

На станции БКНС установлен синхронный электродвигатель типа

СТД-630-2РУХЛ4.

3.1 Выбор схемы регулирования технологического процесса

Режим работы кустовых насосных станций на нагнетательных трубопроводах переменный, т.е. изменяются количество перекачиваемой жидкости и давление ее на приеме станции. Это обусловлено главным образом неравномерностью потребления нагнетаемой жидкости. Кроме того, значительное влияние на изменение режима работы перекачивающей станции может оказать по¬этапный ввод в эксплуатацию добывающих и нагнетательных скважин и соответствующее этому постепенное увеличение его мощности [12].

Совместная работа трубопровода и центробежного насоса как турбомашины определяется точкой пересечения их характеристик. При этом количество жидкости, транспортируемой по трубопроводу, соответствует производительности насоса при данном напоре на приеме насосной станции [12].

В зависимости от потребления жидкости можно изменять характеристику насоса или трубопровода. Этого можно добиться дросселированием (регулированием задвижкой), отключением (включением) нескольких последовательно и параллельно включенных насосов, регулированием частоты вращения вала насосов. При этом система регулирования должна предусматривать регулирование как по графику потребления жидкости в течение года, так и в динамических режимах при текущих изменениях нагрузки трубопроводов.

На станциях с электроприводными центробежными насосами регулирование производительности может осуществляться одним из следующих способов:

- дросселированием жидкости на входе в насос;

- байпасированием потока жидкости;

- заменой сменной проточной части насоса;

- изменением передаточного числа передаточного механизма;

- установкой гидромуфты;

- изменением частоты вращения вала электродвигателя;

- изменением количества работающих агрегатов.

Одним из наиболее эффективных способов регулирования производительности является применение электродвигате¬лей с регулируемой частотой вращения. Данный тип привода предназначен для осуществления плавного пуска, регулирования и стабилизации частоты вращения насоса. Для синхронных двигателей регулирование частоты питающего напряжения является единственным способом регулирования скорости вращения [13].

3.2 Особенности частотного регулирования скорости СД

Частотное регулирование, являясь практически единственным способом регулирования угловой скорости синхронных двигателей, характеризуется в основном такими же показателями, что и частотное регулирование асинхрон¬ных двигателей с короткозамкнутым ротором [13]. Это регулирование является плавное, эко¬номичное, двузонное. Стабильность скорости высокая (идеально жесткие характеристики); допустимая нагрузка при постоянном возбуждении - номинальный момент; диапазон регулирования вверх от основной угловой скорости ограни¬чивается механической прочностью ротора и подшипников; диапазон регулирования вниз с учетом идеальной жесткости характеристик может быть большим при обеспечении синусоидальности напряжения, достаточного запаса устойчивости и сохранении значения максимального момента. Частотно - управляемый синхронный электропривод обладает рядом свойств, не присущих асинхронному электроприводу с частотным управлением в разомкнутых системах, а именно:

- стабильность угловой скорости независимо от момента нагрузки во всем диапазоне регулирования угловой скорости;

- высокая точность синхронного движения управляемых машин с контролем по углу вращающихся осей;

- большие значения моментов на ползучих скоростях при регулировании напряжения и тока возбуждения.

В частотно - регулируемом синхронном ЭП необходимо учитывать закономерности, связанные с зависимостью частоты напряжения, питающего статор с углом рассогласования  [13].

При постоянстве амплитуды напряжения, питающего статор, угол  при малых скоростях вращения:

- при уменьшение частоты уменьшается скорость вращения, а угол рассогласования увеличивается, следовательно увеличивается момент;

- при увеличение частоты увеличивается скорость вращения, а угол рассогласования уменьшается, следовательно уменьшается момент.

В связи с этим возникает необходимость при частотном регулировании СД одновременно с изменением частоты изменять напряжение, его амплитуду и ток возбуждения двигателя. Если закон регулирования имеет вид, что отношение напряжения к частоте равно номинальному отношению напряжения к частоте, то

Если при этом ток возбуждения равен номинальному току возбуждения, то в принципе поддержание момента можно реализовать только с помощью выражения (3.1). Такое регулирование СД называется регулированием при постоянном моменте на валу двигателя.

Если регулирование производится при постоянной мощности на валу двигателя, то  в этом случае оно осуществляется только изменением частоты при постоянстве Iв. и питающего напряжения. Таким образом, регулирование СД является двухзонным, т.е. при постоянстве момента реализуется регулирование вниз, при постоянной мощности вверх. В процессе регулирования СД возникает задача стабилизации скорости вращения привода при колебаниях момента нагрузки на валу. В этом случае такое регулирование производится при регулировании некоторого значения частоты:

Необходимо отметить, что СД обладает еще одним очень важным свойством, которое характеризуется отключением обмотки статора от переменного        напряжения        и замыканием на тормозное сопротивление.

Существует также способ фиксации ротора в заданном положении без применения механических тормозов, который заключается в том, что статорная обмотка отключается от трёхфазного напряжения и подключается к источнику постоянного напряжения. Такой способ возможен только в частотно - регулируемой системе частотного ЭП.

Кроме того, отличием частотно - регулируемого СД от АД является то, что в нем в меньшей степени, чем в асинхронном проявляется отрицательное влияние активной составляющей обмотки статора R1 на момент. При этом это влияние даже не велико на нулевых скоростях. Это влияние в регулируемых СЭП может быть скомпенсировано током возбуждения Iв..