Решение проблем малодебитных нефтяных скважин при помощи электропривода

КАССЕМ С.А., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р техн. наук, профессор АНДРЕЕВ Н.К.

Докладываются результаты разработки и внедрения системы управления (регулирования) скорости и момента в электроприводах скважинных штанговых насосных установок (СУ ШГНУ).

Электроприводы скважинных штанговых насосных установок (ШГНУ) испытывают резко изменяющиеся динамические нагрузки. Задачи СУ – быстро среагировать на такую нагрузку и поддерживать постоянную скорость добычи нефти.

Такую роль могут выполнять СУ, работающие в режиме прямого управления моментом электродвигателя насосной установки, в режиме, который в английской научно-технической литературе называется Direct Torque Control (DTC).

СУ ШГН использует технологию прямого управления моментом электродвигателя при помощи частотного регулирования и запрограмми-рованной модели происходящих в скважине процессов, что позволяет изменять скорость вращения двигателя независимо, без измерительных приборов, датчиков положения или скорости, погружной телеметрии, тормозных или разгонных сопротивлений. Применяемые в СУ ШГН технологии позволяют создать страгивающий вращательный момент до 200 % от номинального значения и максимальный крутящий момент при нулевой скорости, причем время нарастания момента в 4 и более раза быстрее по сравнению с технологией векторного управления, что позволяет несколько раз менять скорость даже в пределах одного хода поршня.

СУ ШГН идеально подходит не только для высокодебитных скважин, но и для «проблемных» скважин, в которых наблюдаются интерференция газа или газовые пробки, приток различных пород, плохой коэффициент наполнения насоса, низкая подача насоса. После установки СУ ШГН на объект система автономно поддерживает оптимальный режим нефтедобычи. За счет этого потребление электроэнергии снижается на
20-30 %, увеличивается срок службы оборудования, минимум на 20 % возрастает производительность скважины. Кроме того, СУ ШГН позволит существенно экономить на обслуживании оборудования, что не без оснований позволяет назвать такую скважину «интеллектуальной».

Отличительные особенности разработанной системы: применение прямого управления моментом (ПУМ) электропривода и «бездатчикового» принципа управления. Система автоматически рассчитывает средний расход электроэнергии за цикл хода плунжера насоса вверх-вниз, делает пробные изменения скорости хода и находит условия, близкие к минимальному расходу электроэнергии, а затем поддерживает этот режим добычи, и, следовательно, поддерживается рациональный динамический уровень добываемой скважинной жидкости. Для повышения точности контроля расхода электроэнергии и регулирования момента и скорости в систему дополнительно введен датчик положения штока. За счет «сверхбыстрого» ПУМ и непрерывного режима добычи сокращаются ударные для механизмов и скважины режимы работы, удлиняется межремонтный период, сокращаются расходы на ремонт, сокращается удельный расход электроэнергии на добычу нефти. Структура системы упрощена по сравнению с другими аналогичными системами, за счет этого повышена надежность функционирования.

УДК 621.3.072.6

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ

МАШИН МАЛОЙ МОЩНОСТИ

КОРОЛЁВ Д.А., ТИТОВА А.А., АлтГТУ, г. Барнаул

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ЕРЕМОЧКИН С.Ю.

Трехфазные асинхронные электродвигатели малой мощности активно используются в производстве, сельском хозяйстве и других сферах. Однако далеко не везде используется трехфазная сеть переменного тока, и возникает проблема включения трехфазного двигателя в однофазную сеть. В настоящее время эта проблема в основном решается включением пускового конденсатора параллельно одной из обмоток электродвигателя. У вышеуказанного метода существует ряд недостатков, таких как: недостаточная надежность и большие габариты, вследствие использования бумажных конденсаторов большой емкости усложняется возможность осуществления реверса. Данный метод является простым в осуществлении, но малоэффективным.

Для решения данной проблемы разработан широкополосный регулятор частоты вращения ротора для трехфазных асинхронных машин малой мощности. Схема предлагаемого устройства представлена на рисунке.

Широкополосный регулятор частоты вращения ротора

для трехфазных асинхронных машин малой мощности

На рисунке изображены силовые транзисторы VT1–VT6, а также обмотки трехфазного асинхронного двигателя A, B, C.

С помощью данного регулятора появляется возможность использовать потенциал асинхронной машины практически целиком. Кроме того, возможно осуществление реверса и регулировки скорости вращения ротора в широком диапазоне. К достоинствам предлагаемого регулятора можно отнести простоту в изготовлении и, как следствие, невысокую стоимость.

Работа широкополосного регулятора частоты вращения ротора для трехфазных асинхронных машин малой мощности осуществляется следующим образом. Для обеспечения вращения магнитного поля статора в начальный момент времени открываются транзистор VT3 и транзистор VT6, ток пойдет по трем обмоткам: обмотке С, обмотке В, обмотке A. Напряжение на обмотке С равно фазному U сети, на обмотках A и B напряжение равно U сети, деленному на 2. Образуется первое положение вектора магнитного поля статора. Аналогичным образом, посредством последовательного открытия и закрытия транзисторов, образуются остальные положения векторов [3].

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что предложенный широкополосный регулятор частоты вращения ротора для трехфазных асинхронных машин малой мощности имеет ряд преимуществ по сравнению с известными методами запуска и работы трехфазного асинхронного двигателя при питании от однофазной сети.

Литература

1. Еремочкин С.Ю. Рациональный выбор типа электропривода для фермерских хозяйств с однофазной линией электропередачи: [Электрон. ресурс] / C.Ю. Еремочкин, Т.М. Халина, М.И. Стальная // Энергосберегающие технологии: междунар. молодеж. конф. – [Россия]:
[б. и.], 2011. – URL: http://conferences.tpu.ru/assets/files/energy-saving_
technologies/32ratsionalniy_vibor_tipa_elektroprivoda_dlya_fermer.pdf.

2. Торопцев Н.Д. Трехфазный асинхронный двигатель в схеме однофазного включения с конденсатором / Н.Д. Торопцев. – М.: Энергия, 1979. – 80 с. (Б-ка электромонтера, № 487).

3. Пат. РФ № 157686. Широкополосный частотный регулятор скорости для трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродви-гателя / М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин, Д.А. Королёв, А.А. Титова. – № 2015116577/07, 29.04.2015. – Бюл. № 34.

УДК 62-38