Эксплуатация скважин оборудованных УЭЦН с частотно-регулируемым приводом

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).

Учитывая ограничивающие факторы при повышении частоты, максимальной частотой для работы с УЭЦН считать частоту, при которой рабочий ток не превышает номинальные значения. В других случаях, максимальной частотой для погружных систем считать:

- для УЭЦН отечественного производства – 60 Гц;

- для УЭЦН импортного производства – 70 Гц.

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.;

р_нефти – 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.;

- 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.;

- 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).

Действия персонала при остановках скважин во время оптимизации.

Отключения электроэнергии (плановые или аварийные):

- произвести запуск на частоте ниже ранее достигнутой (допускается снижение частоты до 10 Гц.);

- проверить и при необходимости произвести корректировку защиты по недогрузу (ЗСП);

- по результатам запуска принять решение по дальнейшему «разгону» по программе - 0.1/120-7200;

Отключается автомат в ТП:

- запустить УЭЦН на пониженной частоте (допускается снижение частоты до 10 Гц.) для обеспечения его стабильной работы без отключений;

- проверить и при необходимости произвести корректировку защиты по недогрузу (ЗСП);

- произвести ревизию нагрузок на ТП, при необходимости согласовать замену автомата;

Недогруз (отключение по защите от недогруза – ЗСП):

- проанализировать причину снижения нагрузки (снижение динамического уровня, негерметичность НКТ, заморожена линия, недостаточный напор, слом вала и др.);

- принять меры к устранению препятствий к запуску;

- произвести запуск УЭЦН;

- проверить и при необходимости произвести корректировку защиты по недогрузу (ЗСП);

- предпринять меры для дальнейшей стабильной работы УЭЦН и продолжить разгон;

Перегрузруз (отключение по защите от перегруза – ЗП). Остановки УЭЦН по причине повышения рабочего тока выше допустимого значения (остановка по перегрузу – ЗП), могут происходить по следующим причинам:

- повышенное сопротивление вращению в насосе ЭЦН (засорения абразивами, отложение солей и т.д.);

- недостаточная мощность двигателя;

- не оптимальный подбор напряжения на силовом трансформаторе ТМПН;

- снижение изоляции в кабельной линии.

Персонал ЦДНГ при остановках УЭЦН по перегрузу (ЗП) должен:

- определить время и рабочую частоту, при которой произошла остановка (для принятия решения с какой частоты запускать УЭЦН и до какой частоты подниматься, после запуска и разгона рекомендуется не превышать частоту предыдущей остановки на 2-3 Гц до стабилизации или устранения причин перегруза);

- дождаться окончания слива столба жидкости из НКТ (динамический уровень в НКТ начинает увеличиваться, турбинное вращение ЭЦН прекратилось);

- произвести не более 3-х попыток запуска УЭЦН на частоте на 10 Гц ниже ранее достигнутой в ручном режиме на различных режимах расклинки, в том числе на режимах «расклинки» с промежутками между пусками не менее 30 минут (для охлаждения двигателя);

- произвести замер изоляции системы «кабель-двигатель»;

- если изоляция в норме, произвести запуск УЭЦН с агрегатом после окончания скачивания не менее одной цистерны нефти, создавая избыточное давление в затрубном пространстве для облегчения пуска УЭЦН. Количество не успешных попыток запуска с агрегатом не должно превышать 3-х с промежутками между пусками не менее 10 минут (для охлаждения двигателя);

- если УЭЦН запустилась, то оставить в работе на стартовой частоте для стабилизации выноса механических примесей (1-5 дней), далее продолжить разгон в режиме «осторожный разгон».

При выполнении программы необходимо осуществлять контроль текущих параметров работы УЭЦН (таблица № 6).

 

Таблица №6

Контрольный параметр	Периодичность контроля по фазам
	разгон	отработка	стабилизация	оптимальный	отход
1.Дебит скважины	1-3 раза в сутки	1 раз - в промежутке от 6 до 12 часов	не реже 1 раза в сутки	не реже 2-х раз в неделю	1 раз в сутки
2.Замер на КВЧ	-	1 раз - в промежутке от 6 до 12 часов	не реже 1 раза в сутки	не реже 1-го раза в 1-ю неделю, далее – не реже 1 раза в 2 недели.	-
3.Динамический уровень	1-3 раза в сутки	1 раз в сутки - после отработки не менее 6 часов	1 раз в сутки	не менее 2-х раз в неделю	1 раз в сутки
4.Давление по датчику (если имеется)	1-3 раза в сутки	не реже 1 раза в сутки	не реже 1 раза в сутки	не реже 2-х раз в неделю	1 раз в сутки