Электрооборудование нефтяной промышленности

Полезная мощность, затрачиваемая на подъем жидкости иэ скважины,

соса, равный при номинальной производительности 0,34—0,58;

жидкости, механические потери на трение), равный 0,73—0,89; т]ск — к. п. д. станка-качалки, равный 0,7—0,9; т]ц — к. п. д. дви­ гателя при циклической нагрузке, принимающей значения от 0,65 до 0,88.

К. п. д. глубиннонасосных установок г) может изменяться в весьма широких пределах — от 0,2 до 0,7. Он зависит от степе­ ни уравновешивания станка-качалки, а также от режима рабо­ ты насоса и резко уменьшается при его износе. Чем меньше ди­ аметр насоса, тем меньше к. п. д. установки в целом.

Удельный расход электроэнергии при добыче нефти центро­ бежными погружными электронасосами выше, чем при добыче глубинными штанговыми, что определяется в основном более низким к. п. д. самого центробежного насоса.

290

Контрольные вопросы

1.Каким образом определить степень уравновешивания станка-качалки по току статора приводного двигателя?

2.Как определить среднецикловые к. п. д. и коэффициент мощности двига­ теля станка-качалки?

3.Какие виды двигателей применяют для привода станков-качалок и ка­ ким образом выбрать их мощность?

4.Приведите существующие схемы электроснабжения двигателей станковкачалок.

5.Каким образом осуществляется АПВ двигателей станков-качалок при управлении ими блоком БГШ? Опишите работу блока управления БУС-ЗМ.

6.Перечислите состав электрооборудования установки с бесштанговым погружным центробежным электронасосом.

7.Каким образом выбрать электрооборудование бесштанговой насосной установки?

8.Для какой цели служат отпайки обмотки трансформатора, питающего двигатель погружного бесштангового насоса?

9.Назовите примерные энергетические показатели насосной добычи нефти.

Глава 9 ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫСЛОВЫХ

КОМПРЕССОРНЫХ И НАСОСНЫХ СТАНЦИИ, УСТАНОВОК ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

9.1. Общие сведения

Для сбора нефти и газа, их транспортировки в пределах месторождения, отделения друг от друга и освобождения от посторонних примесей, а также для замеров добываемой про­ дукции на территории промыслов строится система трубопрово­ дов, аппаратов и сооружений. В этой системе осуществляются: сбор и замер продукции скважин; отделение (сепарация) неф­ ти от газа; освобождение нефти и газа от воды и механических примесей; транспорт нефти от сборных и замерных установок до промысловых резервуарных парков и газа до компрессорных станций или газораспределительных узлов; деэмульсация, обес­ соливание и стабилизация нефти; удаление из газа ненужных примесей и отбензинивание его; закачка газа в скважины при их газлифтной эксплуатации; подготовка сточных вод и закач­ ка их в скважины; учет добытых нефти и газа и их сдача транспортным организациям. При выполнении этих операций широко применяется электрическая энергия.

В состав систем сбора нефти и попутного газа входят комп­ рессорные установки для сжатия попутного газа, который вы­ деляется в сепараторах и подается потребителям вне промысла

19*

лифт). Существуют также компрессорные станции закачки газа в пласт для поддержания пластового давления. В некоторых случаях для закачки в скважину используют воздух (эрлифтные скважины), что определяет сооружение воздушных комп­ рессорных станций, однако последние не следует рассматривать как элемент системы сбора нефти и газа. На газовых промыс­ лах используют также газовые компрессорные станции для по­ вышения давления газа, направляемого в магистральные газо­ проводы.

Для внутрипромысловой перекачки нефти от пунктов ее сбо­ ра до установок подготовки и товарных парков применяют до­ жимные насосные станции. На установках подготовки нефти применяют насосы для нефти, подачи жидких химических ре­ агентов и др.

Особое место занимают водяные насосные станции, предна­ значенные для подъема воды из водоемов, а также для закачки воды в пласт с целью поддержания пластового давления. Водя­ ные насосные установки на промыслах широко применяют для производственного и бытового водоснабжения, в частности, для

щие на основе воздействия электрического поля на водонефтяные эмульсин, а также установки для электронагрева приза­ бойной зоны нефтяных скважин.

Значительная часть применяемых на нефтегазопромыслах компрессоров и насосов относится к механизмам центробежно­ го типа или турбомеханизмам, режим работы которых опреде­ ляется подачей Q, напорем Н и угловой скоростью OJ. Эти вели­ чины определяют также момент сопротивления и мощность на валу механизма.

Для турбомеханизма, работающего на сеть с постоянными параметрами и без противодавления, справедливы законы про­ порциональности

где (D) и со*— угловые скорости; Qb Q2» Н\ и #2 — подачи и на­ поры, соответствующие этим угловым скоростям.

292

как изменяется расход и напор при регулировании угловой ско­ рости турбомеханизма.

Установившийся режим работы турбомеханизма при некото­ рой угловой скорости со = const определяется графически — точ­

а произведение подачи на плотность у есть количество вещест­ ва, проходящего через турбомеханизм в единицу времени, то полезная мощность турбомеханизма определится произведением

где g — ускорение свободного падения.

С учетом к. п. д. турбомеханизма т]тм мощность на его валу

В силу своих конструктивных особенностей и условий техно­ логического процесса турбомеханизмы не требуют реверсирова­ ния. Их скорость согласуется со скоростью двигателя, поэтому электропривод этих механизмов выполняется безредукторным и поставляется обычно комплектно с механизмом.

Во многих случаях для облегчения условий пуска турбоме­ ханизмов принимаются меры по их разгрузке. Так, для разгруз­

ское сопротивление, вследствие чего момент на валу турбомеха­ низма при разгрузке составляет при номинальной скорости око­ ло 40% от номинального.

Начальный момент, развиваемый приводом при нулевой ско­ рости, должен превышать момент трогания турбомеханизма из

293

также меньше у синхронных машин вследствие лучшего коэф­ фициента мощности, а остальные потери примерно равны.

3.Наличие относительно большого воздушного зазора (в 2— 4 раза больше, чем у асинхронного двигателя) значительно по­ вышает надежность эксплуатации и позволяет, с механической точки зрения, работать с большими перегрузками. Кроме того, увеличенный зазор обеспечивает лучший отвод тепла.

4.Строго постоянная частота вращения синхронного двига­ теля, не зависящая от нагрузки на валу, на 2—5% выше часто­ ты вращения соответствующего асинхронного двигателя, что

•обеспечивает более высокую производительность механизма.

5.Напряжение сети меньше влияет на величину максималь­ ного момента синхронного двигателя, чем асинхронного. Умень­ шение максимального момента синхронного двигателя вследст­ вие понижения напряжения на его зажимах может быть час­ тично компенсировано форсировкой его тока возбуждения.

6.Синхронные двигатели повышают устойчивость энергоси­ стемы в нормальных режимах работы, поддерживают уровень напряжения.

7.Синхронные двигатели (в отличие от асинхронных) могут •быть изготовлены на низкую номинальную частоту вращения, благодаря чему отпадает необходимость в механических пере­ дачах, экономится площадь для установки привода, снижаются первоначальные затраты и устраняются потери в передачах.

8.Синхронные двигатели могут быть изготовлены практиче­ ски на любую мощность. Известны синхронные двигатели мощ­ ностью 50 МВт.

Стоимость и масса синхронных машин (без учета системы возбуждения) примерно такие же, как и у асинхронных двига­ телей с фазным ротором и незначительно (примерно на 15%) превосходят аналогичные показатели асинхронных короткозамк­ нутых двигателей. Однако, если учесть стоимость и массу кон­ денсаторов для повышения коэффициента мощности асинхрон­ ного двигателя, то оказывается, что массостоимостные показа­ тели синхронных двигателей самые низкие.

Перечисленным бесспорным преимуществам синхронного двигателя можно противопоставлять лишь следующие его недо­ статки.

1.Несколько большая сложность конструкции и процедуры

пуска.

2.Синхронные двигатели вследствие наличия контактных ко­ лец и коллектора электромашинного возбудителя менее асин­ хронных короткозамкнутых двигателей приспособлены для ра­ боты в взрывоопасных и сырых помещениях и требуют более квалифицированного обслуживания. Этот недостаток частично устраняется переходом к статическим и бесщеточным возбуди­ телям..

295

3. Синхронные двигатели, подпитывая место короткого замы­ кания, вынуждают в ряде случаев применять (при выборе) ком­ мутационные аппараты с увеличенной отключающей способно­ стью. Однако при коротких замыканиях, посадках напряжения в системе, они в сравнении с асинхронными двигателями, более устойчивы, форсировкой возбуждения увеличивают выдачу ре­ активной мощности в момент ее острого дефицита, что способ­ ствует поддержанию напряжения и обеспечению работы не по­ врежденной части системы.

Преимущества синхронных двигателей ярче проявляются при больших мощностях привода, поэтому синхронные двигате­ ли применяют для привода мощностью более 320—400 кВт. Вследствие большого насыщения предприятий нефтяной про­ мышленности синхронными двигателями в настоящее время стоит задача нахождения правильного соотношения между мощ­ ностью синхронных и асинхронных двигателей на промысле.

Прогрессивное направление совершенствования электропри­ вода турбомеханизмов состоит в применении регулируемого электропривода, в большинстве случаев имеющего низкий ко­ эффициент мощности, вследствие чего необходимо применять средства компенсации реактивной мощности. Наиболее целесо­ образно использовать синхронные нерегулируемые электропри­ воды в сочетании с частотно-регулируемыми приводами.

9.2. Электрооборудование промысловых компрессорных станций

На нефтепромысловых компрессорных станциях применяют преимущественно поршневые компрессоры. В восточных райо­ нах СССР наряду с поршневыми компрессорами применяют ро­ тационные и центробежные. Поршневые компрессоры для сбора и перекачки нефтяного газа имеют подачу 0,2—0,4 м3/с при ра­ бочем давлении 0,4—5 МПа, требуемая для них мощность 160— 180 кВт. Поршневые компрессоры, применяемые для повышения давления воздуха или газа, закачиваемого в пласт, с подачей 0,6—0,9 м3/с развивают давление на выходе 1—6,5 МПа и сна­ бжены приводными двигателями мощностью 200—220 кВт.

Отмеченные поршневые компрессоры имеют вертикальное расположение цилиндров. Частота вращения их приводных ва­ лов 365 об/мнн, механическое соединение последних с валом электродвигателя осуществляется при помощи клиноременной передачи. Это позволяет применять электродвигатели с боль­ шей частотой вращения, чем у вала компрессора.

В системах транспорта газа на промыслах применяют цент­ робежные компрессоры с подачей 1,5—8,3 м3/с и давлением на выходе 0,68—5,7 МПа с двигателями на 3000 об/мин, приводя­ щими в движение компрессоры через мультипликаторы.

296

При нормальном пуске компрессора в ход его клапаны от­ крыты, и приводной электродвигатель может успешно завер­ шить пуск при моменте на его валу, не превышающем 0,4—0,5' номинального. Тем не менее при определении пускового момен­ та двигателя исходят из того, что момент не должен быть мень­ ше номинального. Это определяется тем, что в случае кратко­ временного исчезновения или резкого снижения напряжения в питающей сети с последующим восстановлением нормального питания двигатель будет разгоняться при нагруженном комп­ рессоре.

Номинальная мощность электродвигателя для привода комп­ рессора обычно задается заводом-изготовителем.

Газовые компрессорные станции на промыслах содержат взрывоопасные зоны, относящиеся к классу В-Ia. В тех уста­ новках, где мощности двигателей не превышают 150—200 кВт

инапряжение питания установок до 1000 В, целесообразно при­ менять асинхронные короткозамкнутые двигатели во взрывоне­ проницаемом исполнении, например, BAO (ВА02), В или Вр, выпускаемые для мощностей 132—315 кВт на 600—3000 об/мин,

исинхронные в исполнении, продуваемом под избыточным дав­ лением, например, БСДКП 15-21-12 УЗ на 200 кВт, 500 об/мин.

Чаще всего на промысловых компрессорных установках с* поршневыми компрессорами используют двигатели на напряже­ ние 6 кВ мощностью 160—220 кВт. Здесь наибольшее распрост­ ранение получили электродвигатели в исполнении, продуваемом под избыточным давлением. По условиям пуска здесь можноприменять асинхронные короткозамкнутые и синхронные дви­ гатели. Так как последние имеют некоторое преимущество в от­ ношении к. п. д., коэффициента мощности и большей стабиль­ ности вращающего момента при снижениях напряжения, нм следует отдавать предпочтение. Из выпускаемых в настоящее' время синхронных машин в таком исполнении для компрессор­ ных станций могут быть применены электродвигатели серии СДКП. Для привода центробежных газовых компрессоров в на­

назад, распространенных в Азербайджане, применены двигате­ ли 6 кВ, 750 об/мин: асинхронные продуваемые под избыточ­ ным давлением мощностью 200 кВт с прямым пуском при пол­ ном напряжении сети и синхронные —* открытого типа с машин­ ным возбудителем в защищенном исполнении и асинхронным пуском при полном напряжении сети. Такие синхронные двига­ тели устанавливают вне помещения компрессоров, а вал дви­ гателя через проем в стене, снабженный сальниковым уплотне­ нием, выводится в это помещение.

297'

Компрессорные станции для сбора газа на нефтяных про­ мыслах восточных районов тоже в большинстве случаев были оборудованы асинхронными электродвигателями с соединением вала двигателя с валом ротационного компрессора через редук­ тор. Но в последние годы асинхронные двигатели были замене­ ны синхронными. Новые станции оборудуются синхронным электроприводом.

Компрессорные станции, на которых повышают давление воздуха, не содержат взрывоопасных зон и здесь применяют электродвигатели и прочее электрооборудование нормального (ие взрывозащищенного) исполнения.

Промысловые компрессорные станции для закачки газа или воздуха в пласт, где устанавливают до 16 компрессоров, явля­

тем, что даже при кратковременном прекращении их работы и вызванном этим снижении давления рабочего агента в линиях, подающих последний в скважины, нарушается технологический режим работы скважин. Особенно тяжелые последствия имеет перерыв в подаче рабочего агента для скважин, где жидкость содержит значительное количество песка. Здесь для восстанов­ ления нормального режима извлечения жидкости на поверх­ ность может потребоваться ремонт скважины и, следовательно, длительный перерыв в ее работе.

Компрессорные станции, предназначенные для подачи газа потребителям I категории, например, электростанциям, тоже относятся к I категории надежности. Для питания электро­ энергией электрооборудования компрессорных станций при на­ пряжении 6 кВ непосредственно при компрессорной сооружает­ ся трансформаторная подстанция 35/6 или 110/6 кВ. В тех слу­ чаях, когда к компрессорной может быть подведено питание при напряжении 6 кВ от какой-либо промысловой подстанции, сооружается только распределительное устройство.

В схеме питания электрооборудования компрессорной стан­ ции (рис. 9.1) выключатели высокого напряжения линий, пита­ ющих двигатели, установленные в распределительном устройст­ ве 6 кВ, снабжены дистанционным управлением из помещения, где установлены двигатели компрессоров. РУ 6 кВ питается двумя линиями. Питающие вводы 6 кВ присоединены к двум секциям шин, оборудованным секционным выключателем. При отключении одной из питающих линий этот выключатель со­ единяет обе секции шин, переводя питание всех потребителей на линию, оставшуюся в работе. Кроме линий, подводящих энергию к каждому двигателю высокого напряжения компрес­ сора, в распределительном устройстве предусмотрены две линии для трансформаторов 6/0,4 кВ, предназначенных для питания вспомогательных устройств компрессорной станции: двигателей

2 9 8