Электрооборудование нефтяной промышленности

Система местной автоматики насосной станции на базе аппа­ ратуры АБН обеспечивает возможность автоматического пуска резервного насоса при аварийной остановке рабочего насоса, самозапуск рабочих насосов после кратковременного перерыва электроснабжения, автоматическое управление задвижками во время пуска насосов, автоматическое управление электроотопленнем.

Водоводы от плавучей насосной имеют гибкие вставки, так как понтон с насосной станцией перемещается по вертикали в соответствии с колебаниями уровня воды в реке. Подвод элект­ роэнергии к насосной от трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ, устанавливаемой на берегу, осуществляется гибкими кабелями в резиновой оболочке.

Плавучие насосные станции должны быть защищены от ле­ дохода н должны иметь направляющие свайные основания для вертикального перемещения. На них периодически нужно ска­ лывать лед в зимнее время. От этих недостатков свободны на­ сосные станции со струнными насосами. Понтоны со струйными насосами укрепляют на дне реки на подготовленном основании. Струпные головки соединены водоводами с приводными насоса­ ми, которые расположены на незатопляемом берегу совместно с насосами второго подъема. Приводные насосы нагнетают воду к струйным установкам, энергия потока воды передается воде, подсасываемой из реки.

Кинетическая энергия суммарного потока преобразуется в статический напор, необходимый для создания требуемого дав­ ления на приеме насосов второго подъема. Все электрооборудо­ вание насосной со струйными установками расположено на бе­ регу совместно с электрооборудованием насосной станции вто­ рого подъема вблизи от источника питания — объединенного РУ 6 кВ.

Насосные станции второго подъема, а также приводные на­ сосы для струйных установок применяются только в блочном исполнении. Насосные агрегаты на заводе-изготовителе соби­ рают в блоки, состоящие из рамы или понтона с ограждающи­ ми конструкциями из утепленных металлических панелей. Вод­ ном блоке монтируется от одного до шести насосных агрегатов,

взависимости от типа насоса и электродвигателя.

Внасосных второго подъема применяют синхронные двига­ тели мощностью 2500 кВт и асинхронные двигатели мощностью

200— 1600 кВт напряжением 6 кВ. На объединенном водозаборе со струйными установками для системы ППД Аганского, Ватинского и Северо-Покурекого месторождений установлено 15 дви­ гателей мощностью по 250 кВт, три двигателя мощностью по 1600 кВт и два двигателя мощностью по 500 кВт. Насосные аг­ регаты размещены в семи отдельных блоках, что дает возмож­ ность строить водозабор отдельными очередями. Общая уста­

810

новленная мощность потребителей электроэнергии для этого водозабора составляет 9,9 МВт. Объединенное распределитель­ ное устройство водозабора обеспечивает питание 20 электродви­ гателей напряжением 6 кВ и двух трансформаторных подстан­ ций, от которых питаются все потребители напряжением 380/220 В (электроотопление, электроосвещение, вентиляция и др.). РУ 6 кВ получает питание от подстанции 35/6 кВ мощ­ ностью 2X10 M B -А, расположенной на территории водозабора, вблизи от насосной станции второго подъема. Управление ава­ рийной и исполнительной сигнализацией от аппаратуры АБН блочных насосных станций выведено на общий щит оператора, установленный в отдельном помещении. Регистрация показании приборов замера количества перекачиваемой воды по каждому водоводу также предусмотрена на щите оператора. Возможна передача этих показаний, а также аварийных сигналов по кана­ лам телемеханики. Для всех насосных агрегатов предусмотрена единая система автоматического поочередного пуска при вос­ становлении электроснабжения после кратковременного пере­ рыва.

Кустовые насосные станции расположены на небольших рас­ стояниях от нагнетательных скважин и оборудуются тремя — пятью насосными агрегатами каждая. Здесь используются центробежные насосы, а иногда поршневые. Частота вращения рабочего вала у первых 3000 (иногда 1500) об/мин; у поршне­ вых 375 об/мин. На КНС применяют синхронные двигатели 800—1000 кВт, 6 кВ и асинхронные короткозамкнутые 450— 850 кВт, 6 кВ на 3000 об/мин (синхронных), монтируемые так же, как и насосы в зданиях.

Впоследние годы строятся и находятся в эксплуатации КНС

вблочном исполнении. Эти станции (БКНС) изготовляют в за ­ водских условиях и монтируют на месторождении в течение 3—4 месяцев. Типовыми проектами нормального ряда БКНС

предусмотрены станции производительностью 150, 300 и 450 м3/ч с давлениями на выходе 10—20 МПа. Число установленных аг­

6кВ.

Вчастности, на месторождениях Западной Сибири применя­

ют БКНС производительностью 450 м3/ч с насосами ЦНС-ISO- 1422 и двигателями 1250 кВт и БКНС производительностью 2100 м3/ч с насосами ЦНС-500-1000 с двигателями 4000 кВт и ЦНС-180-1900 с двигателями 1600 кВт. Двигатели — синхронные марки СТД на 3000 об/мин, 6(10) кВ с бесщеточной системой возбуждения.

311

Синхронные двигатели БКНС снабжены защитой от корот­ ких замыканий (для двигателей на 1250 кВт — токовой отсеч­ кой, а для двигателей на 4000 кВт — продольной дифференци­ альной токовой); перегрузки; минимального напряжения; замы­ каний на землю; асинхронного хода. Кроме того, предусмотрены защиты, действующие от технологических факторов: при паде­ нии давлений всасывания и нагнетания; при падении давления масла в подшипниках; при перегреве подшипников или масла в конечном участке системы смазки.

На промыслах встречаются одноагрегатные насосные стан­ ции высокого давления. Эти станции располагают вблизи на­ гнетательных скважин. Каждая станция закачивает воду под высоким давлением в одну скважину, обеспечивая оптимальные условна воздействия на пласт.

В нефтедобывающих районах, содержащих мощные водяные горизонты, закачка воды в пласт для поддержания пластового давления иногда производится с помощью погружных электро­ насосов. Такой насос откачивает пластовую воду из водозабор­ ной скважины и подает ее в напорный трубопровод и далее в нагнетательные скважины.

В частности, погружные насосы для поддержания пластового давления снабжены погружными двигателями мощностью 125— 700 кВт, питаемыми от сети 6—10 кВ через комплектные уст­ ройства серии КУПИЛ 700 наружной установки климатическо­ го исполнения ХЛ категории размещения 1. Устройство содер­ жит ячейку КРУ, установку дросселя, блок разъединителя, трансформатор собственных нужд 25 кВ-А, 6/0,4 или 10/0,4 кВ, комплектное устройство питания и шкаф управления, смонтиро­ ванные в утепленной кабине контейнерного типа с электриче­ ским обогревом. Конструктивно комплектное устройство КУПНА 700 имеет высоковольтный отсек и коридор обслуживания, разделенные перегородкой с сетчатой дверью.

Напряжение 6 или 10 кВ подводится к комплектному устрой­ ству через разъединитель, установленный вне комплектного устройства на ближайшей опоре воздушной линии электропере­ дачи. От разъединителя напряжение подается воздушным вво­ дом на разрядники, предназначенные для защиты КУПНА от атмосферных перенапряжений, и в ячейку КРУ с масляным вы­ ключателем и трансформаторами тока. Последние служат для питания реле максимальной токовой защиты, токовых обмоток счетчиков технического учета активной и реактивной энергии, а также для включения амперметра, контролирующего силу то­ ка нагрузки всей установки. После высоковольтных раэгъемов ячейки КРУ напряжение кабелем подается к силовому транс­ форматору 6(10) установленному впе комплектного уст­ ройства. С выводом низшего напряжения силового трансформа­ тора цепь питания проходит кабелем виовъ в ячейку КРУ на

т

вторую пару трансформаторов тока, а затем кабелем на по­ гружной электродвигатель. Вторая пара трансформаторов тока служит для питания реле защиты и амперметра, контролирую­ щего нагрузку погружного электродвигателя.

От одной из фаз низшего напряжения силового трансформа­ тора через предохранитель, дроссель, пробивной предохрани­ тель, разрядник, конденсатор и резистор подается сигнал на прибор контроля изоляции системы «погружной двигатель — кабель». Все вышеперечисленные элементы за исключением резистора размещены в установке дросселя.

С неподвижных контактов высоковольтных разъемов, распо­ ложенных до масляного выключателя, напряжение 6(10) кВ че­ рез разъединитель и предохранители подается на трансформа­ торы напряжения (предназначены для питания обмоток напря­ жения счетчиков активной и реактивной энергии и вольтметра, контролирующего линейное напряжение сети) и на трансформа­ тор собственных нужд 25 кВ-А, 6(10)/0,4 кВ.

От трансформатора собственных нужд получает питание комплектное устройство питания привода масляного выключа­ теля и шкаф управления типа ШГС 9007. В шкафу ШГС 9007 размещена вся релейноконтактная аппаратура, выполняющая логические функции по управлению погружным двигателем и его защите. Выходные элементы шкафа ШГС 9007 включены в цепи катушек электромагнита отключения масляного выключателя и контактора, управляющего электромагнитом включения масля­ ного выключателя.

Комплектное устройство КУПНА 700 обеспечивает ручное и автоматическое включение и отключение электронасосной уста­ новки, а также управление ею с диспетчерского пункта или по программе; автоматическое повторное включение электронасосной установки после восстановления напряжения сети, если сра­ батывание защиты вызвано отклонением напряжения питания за пределы рабочей зоны (0,85—1,1) UHCmm, АПВ электронасосной установки с регулируемой выдержкой времени от 0,5 до 10 мин при восстановлении напряжения после его исчезнове­ ния; быстродействующую защиту, отключающую установку при перегрузке электродвигателя током более чем на (40—70)% Iном с выдержкой времени 1,5—2 с; отключение установки с вы­ держкой времени 18—28 с при перегрузке электродвигателя то­ ком более чем на 20% /нОМ; отключение с выдержкой времени 18—28 с при срыве подачи жидкости насосом и снижении на­ грузки по току электродвигателя более чем на 15% от устано­ вившегося рабочего значения; невозможность повторного вклю­ чения установки при срабатывании любого вида защиты, кро­ ме случая срабатывания защиты, вызванного отклонением на­ пряжения за пределы рабочей зоны; грозозащиту установки.

В схеме предусмотрены световая сигнализация, указываю­

313

щая на включенное состояние электродвигателя и состояние готовности к включению электродвигателя; наружная световая сигнализация контроля работы установки; непрерывный конт­ роль сопротивления изоляции системы «кабель—погружной двигатель» с отключением установки при снижении сопротив­ ления изоляции ниже заданного уровня; контроль напряжения сети, силы тока погружного двигателя и всей установки, техни­ ческий учет активной и реактивной энергии, потребляемой уста­ новкой. В шкафу управления ШГС 9007 имеются трехфазный штепсельный разъем на ЗОА для подключения передвижных то­

большое количество воды. Обводненная нефть представляет со­ бой водонефтяную эмульсию, образующуюся в результате пере­ мешивания воды и нефти в процессе извлечения жидкости из скважины и прохождения ее по системе сбора. Водонефтяные эмульсии содержат большое количество минеральных солей, растворенных в воде, входящей в состав этих эмульсий. В не­ которых случаях нефти содержат и кристаллические соли, ко­ торые образуются при промысловой обработке нефти и отделе­ нии ее от газа после извлечения из скважины. В получаемой из скважины нефти содержатся также механические примеси, в ча­ стности мельчайшие частицы глины и песка.

Чтобы исключить вредное действие воды, солей и механи­ ческих примесей нефти на аппаратуру нефтеперерабатывающих заводов, а также для улучшения условий работы сооружений и установок транспорта и хранения нефти перед выдачей с про­ мыслов нефть подвергается обезвоживанию и обессоливанию. Удаляют воду и соли из нефти на специальных установках. Так как выдаваемая с промыслов нефть во многих случаях не осво­ бождается от воды и солей до тех норм, которые отвечают тре­ бованиям, предъявляемым нефтепереработкой, то установки обезвоживания и обессоливания предусмотрены и на нефтепере­ рабатывающих заводах. Наиболее часто встречаются эмульсии «вода в нефти», в которых водяные частицы диспергированы в нефти и покрыты пленкой гидрофобного эмульгатора, препят­ ствующей их слиянию.

Стойкость водонефтяных эмульсий определяется структурой поверхностных слоев на границе раздела воды и нефти, физико­ химическими свойствами нефти (вязкостью, удельным весом,

314

содержанием асфальтово-смолистых веществ и парафина). Чем больше дисперсность эмульсии, т. е. степень раздробленности частиц воды, тем труднее разрушить эмульсию. Размер частиц воды находится в пределах 0,2— 100 мкм. Уменьшение размеров механических примесей, имеющих обычно величину 2—50 мкм, также повышает стойкость эмульсии. С повышением темпера­ туры снижается вязкость нефти и уменьшается стойкость эмуль­ сии, особенно при значительных содержаниях парафина в неф­ ти. Стойкость эмульсий возрастает со временем, что принято на­ зывать «старением» эмульсии. Обезвоживание нефти непосред­ ственно после получения ее со скважины, когда эмульсия све­ жая, требует меньших усилий и затрат, чем последующая об­ работка, когда эмульсия «постарела».

Определенное влияние на стойкость эмульсии оказывают электрические заряды частиц воды. Каждая частица воды обла­ дает электрическим зарядом, равномерно распределенным по ее поверхности и имеющим положительный или отрицательный знак в зависимости от кислотности воды. Этот заряд существу­ ет вследствие адсорбции ионов электролитов, которые содер­ жатся в воде.

Дисперсионная среда, окружающая частицу воды, несет за­ ряды, противоположные по знаку заряду воды и распределенные неравномерно. Большую плотность имеют заряды дисперсионной среды в слоях, ближайших к частице воды, по мере удаления от последней плотность этих зарядов убывает. Одноименные за ­ ряды частиц воды в статическом состоянии эмульсии препятст­ вуют слиянию этих частиц. При движении эмульсии часть за­ рядов дисперсионной среды, расположенных относительно да­ леко от водяной частицы, уходит, что приводит к преобладанию заряда водяной частицы и нарушению электрического равнове­ сия системы. При разрушении нефтяных эмульсий предвари­ тельно осуществляется слияние мелких частиц диспергирован­ ной воды в крупные капли. Далее удаляют укрупненные капли за счет оседания их из нефти в процессе отстоя.

Одновременно с обезвоживанием нефти происходит ее обес­ соливание, так как соли обычно растворены в водяных частицах нефтяной эмульсии. В тех случаях, когда нефть содержит кри­ сталлические соли, их удаляют промывкой нефти водой с одно­ временным перемешиванием воды и нефти. Кристаллические со­ ли растворяются в воде и удаляются с ней при обезвоживании возникшей водонефтяной эмульсии.

Существует ряд методов обезвоживания и обессоливания нефтей. На промышленных установках нефтяных промыслов обычно используются термохимический, термический и электри­ ческий методы, их комбинации, а также холодный отстой с при­ менением химреагентов. Сущность термохимического метода за­ ключается в том, что в обводненную нефть вводится деэмуль­

315

гатор, который хорошо перемешивается с ней. Далее нефть с деэмульгатором поступает в подогреватель. Подвергнутая воз­ действию деэмульгатора и нагрева нефть отстаивается в резер­ вуарах, где вода отделяется от нефти и удаляется. Деэмульга­ торы представляют собой поверхностно-активные вещества, т. е. вещества, способствующие снижению поверхностного натяже­ ния. Контакт деэмульгаторов с частицами воды, диспергирован­ ными в нефти, приводит к уменьшению прочности защитных оболочек на их поверхности. Это облегчает последующее слия­ ние частиц воды.

Повышение температуры водонефтяной эмульсии приводит к ослаблению защитных оболочек, состоящих из асфальтово-смо­ листых и парафиновых веществ, прочность которых с нагревом уменьшается. При нагреве эмульсии уменьшается ее вязкость. С уменьшением вязкости при прочих неизменных условиях ин­ тенсифицируется движение частиц воды в нефти, от которого зависит их контактирование друг с другом и слияние.

Для разрушения водонефтяных эмульсий термическим спо­ собом при высоконапорной герметизированной системе сбора нефти применяют типовые автоматизированные блочные сепа­ раторы-подогреватели с огневым подогревом нефти за счет сжи­ гания части газа, выделяющегося из нефти. В частности, уста­ новки УДО-2М и УДО-ЗМ обладают производительностью по жидкости, соответственно, 2000 и 3000 т/сут, работают при дав­ лении 0,58 МПа и обеспечивают одновременно с дегидрацией нефти отбор легких фракций.

Электрический метод основан на действии электрического поля на частицы воды. При перемещении эмульсии под дейст­ вием внешних сил (сила тяжести, напор насоса и др.) система «вода — нефть» перестает быть электрически нейтральной, так как часть зарядов, удаленных от частиц воды, уносится. Преоб­ ладает избыточный заряд частиц воды (положительный или отрицательный). Под действием постоянного электрического поля, созданного приложенным извне напряжением, частицы воды, имеющие положительный заряд, направляются к отрица­ тельному электроду, а частицы с отрицательным зарядом — к положительному электроду. Две частицы воды, разделенные слоем нефти, можно рассматривать как элементарный конден­ сатор.

Под действием внешнего электрического поля эти частицы приобретают разноименные заряды и стремятся притянуться

воды будут подвергаться действию сил, стремящихся перемес­ тить их в зону поля с большим градиентом потенциала. Под воздействием поля на частицы воды разрушаются защитные оболочки как в результате столкновений частиц, так и в резуль­

316

тате пробоя нефти между соседними частицами. Происходит слияние частиц и оседание капель воды. При внешнем напряже­ нии определенной величины может быть пробой цепочки, обра­ зованной частицами воды, расположенными вдоль силовых ли­ ний поля, и замыкание электродов через образовавшуюся водя­ ную токопроводящую нить. Вследствие этого резко увеличивает­ ся ток и снижается напряжение, действующее на эмульсию, что приводит к прекращению ее обработки.

При воздействии на эмульсию переменного электрического поля частицы воды находятся в колебательном движении. За­ щитные оболочки непрерывно меняют направление своей дефор­ мации и разрушаются. Увеличение градиента потенциала поля, приводящее к повышению интенсивности движения частиц воды и деформации их оболочек, ограничено определенными преде­ лами. Во-первых, ограничение градиента обусловлено появлени­ ем коротких замыканий вследствие пробоя цепочек водяных

эмульсии.

Как на нефтяных промыслах, так и на нефтеперерабатываю­ щих заводах применяют электрообезвоживающие и электрообес­ соливающие установки, работающие на переменном токе про­ мышленной частоты (50 Гц). Электрические аппараты, в кото­ рых осуществляется воздействие электрического поля на эмуль­ сии, называют электродегидраторами. Так как электродегидра­ торы промышленной частоты хорошо работают при содержании воды в обрабатываемой нефти, не превышающем определенных значений, то часто на промысловых установках перед подачей нефти в электродегидратор ее предварительно обезвоживают термохимическим способом.

При холодном отстое высокоэффективный неионогенный деэмульгатор дозировочным насосом подается на забои или на устье скважины. Водонефтяная эмульсия с деэмульгатором на­ правляется в резервуары, где расслоение ее на нефть и воду происходит в течение 2—3 ч. Здесь применяют поршневые насо­ сы-дозаторы с электроприводом от асинхронных двигателей мощностью от 0,27 до 3 кВт, 380 В.

В СССР в настоящее время находят применение отечествен­ ные электродегидраторы промышленной частоты двух видов: шаровой и горизонтальный.

На рис. 9.6 представлена схема электрических соединений электрооборудования горизонтального электродегидратора 1ЭГ-160. К электродам дегидратора Э подводится напряжение 22-33-44 кВ от двух однофазных повышающих трансформато­ ров 77 и Т2 мощностью по 50 кВ-А 0,38/11-16,5-22 кВ. В цепь первичной обмотки каждого трансформатора включена реактив-

317

380/220 В

А

ная катушка Р, ограничивающая ток при повышении проводи­ мости эмульсии и аварийных режимах, вызывающих рост тока. Оперативное включение и отключение дегидратора осуществля­ ется кнопками, которые замыкают и размыкают цепь катушки контактора ЛВ.

Одна пара кнопок КВ1 и KOI установлена на панели управ­ ления в помещении операторной, а дублирующая пара кнопок КВ2 и К02 — в шкафу управления дегидратором. Защита от токов короткого замыкания обеспечивается максимальными то­ ковыми реле РМ1 и РМ2, действующими через указательные реле РУ1 и РУ2 и промежуточное реле РП1 на катушку контактора ЛВ. При падении уровня нефти в электроде­ гидраторе ниже определенного значения срабатывает сиг­ нальное устройство СУ, контакт которого через промежу­ точное реле РП2 обесточивает катушку ЛВ и отключает трансформаторы. Доступ к трансформаторам и реакторам, установленным на специальной площадке, возможен лишь при отключении питания дегидратора. Это обеспечивается введени­ ем в схему «дверного» блок-контакта БКД, отключающего ка­ тушку ЛВ в случае открывания дверей входа на площадку. Сиг­ нальные лампы ЛС1 и ЛС2 установлены на этой площадке для наблюдения за работой трансформаторов. Вольтметр с пере­

318

ключателем, амперметры, сигнальные лампы ЛСЗ и ЛС4 смон­ тированы на панели управления в операторной. Коммутацион­ ные аппараты ЛВ, PJ, Р2, трансформаторы тока и реле уста­ навливают в шкафу управления дегидратором.

9.6. Электрические установки для тепловой обработки призабойной зоны и депарафинизации скважин

Для снижения фильтрационного сопротивления призабой­ ной зоны нефтяных скважин применяют ее прогрев глубин­ ными электронагревателями, действующими периодически либо непрерывно (стационарными).

Периодическая электротепловая обработка осуществляется в течение 5—7 суток при помощи электронагревателя мощностью 10—25 кВт, опускаемого на кабель-тросе в интервал продуктив­ ного пласта после извлечения из скважины глубиннонасосного оборудования. После окончания прогрева электронагреватель удаляют, устанавливают эксплуатационное оборудование и во­ зобновляют откачку нефти. При непрерывно действующих электронагревателях последние стационарно монтируют вместе с глубиннонасосным оборудованием. Осуществляется непрерыв­ ный прогрев пласта или прогрев по заданной программе.

Оборудование для периодической электротепловой обработ­ ки монтируют на самоходной установке. На шасси автомашины ЗИЛ-157Е располагают подъемник с лебедкой, три электрона­ гревателя с кабель-тросом и вспомогательное механическое обо­ рудование, а на каждом из трех одноосных прицепов — по стан­ ции управления и автотрансформатор. В установках (типа 1УЭС-1500) содержится пять комплектов нагревательного обо­ рудования. Глубинный нагреватель (рис. 9.7) в качестве основ­ ного элемента содержит трубчатые электронагреватели (напри­ мер, типа НММ 17,85/21).

Рис. 9.7. Глубинный электронагреватель:

1 — крепление кабель-троса; 2 — проволочный бандаж; 3 — кабель-трос; 4 — головка элек­ тронагревателя; 5 — асбестовый шнур; 6 — свинцовая заливка; 7 — нажимная гайка; в — полость с зажимами; 9 — нагревательный элемент

3 1 9