Электротехнические комплексы нефтегазодобычи (стр. 1 )

6.Электротехнические комплексы нефтегазодобычи

Содержание

1. Обоснование структуры, параметров и алгоритмов управления электротехническим комплексом систем поддержания пластового давления____________________________________________________стр.2.

2. Моделирование режимов и процессов нефтегазовых электротехнических комплексов с вентильным приводом_____________________________стр.12.

3. Повышение надежности и экономичности электроснабжения компрессорных станций газотранспортных систем_________________стр.20.

4. Повышение надежности и качества электроснабжения электротехнических комплексов при грозовых воздействиях и резко переменных нагрузках____________________________________________________стр.27.

5. Режимы работы систем электроснабжения объектов нефтегазовых месторождений ______________________________________________стр. 36.

6. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода методом многокритериальной оптимизации параметров и режимов работы ____стр.40.

7. Системы и алгоритмы энергосберегающего управления частотно-регулируемыми электроприводами штанговых скважинных насосных установок____________________________________________________стр.51.

8. Вопросы повышения эксплуатационной надежности электрических сетей нефтяных месторождений Западной Сибири______________________стр.57.

9. Улучшение эксплуатационных характеристик электроустановок систем электроснабжения нефтяной промышленности при перенапряжениях_стр.70.

10. Оценка влияния кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей нефтедобывающих предприятий и разработка устройства АВР для надежного их электропитания_________________стр.78.

11. Активные системы коррекции формы кривых тока и напряжения в сетях нефтепромыслов _____________________________________________стр. 89.

12. Оценка влияния кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей нефтедобывающих предприятий и разработка устройства АВР для надежного их электропитания_____________стр.100.

Обоснование структуры, параметров и алгоритмов управления электротехническим комплексом систем поддержания пластового давления

Цель работы:

Снизить энергетическую составляющую в структуре себестоимости добычи нефти путем координации профиля электрических нагрузок и формирования рациональных режимов электропотребления с использованием в качестве потребителей-регуляторов электродвигателей кустовых насосных станций, при которых обеспечивается динамическая устойчивость электроустановок извлечения технологической жидкости на дневную поверхность.

В работе требуется решить следующие задачи:

1. Произвести анализ графиков нагрузки, электродвигателей насосов закачки воды в нефтяные пласты с учетом вероятностной оценки превышения возможности суточных максимумов нагрузки.

2. Создать имитационную компьютерную модель электромеханического комплекса с синхронными электродвигателями УППД для обоснования возможности использования их в качестве потребителей-регуляторов.

3. Обосновать структуры, параметры и алгоритмы управления электродвигателями системы поддержания пластового давления при использовании их в качестве потребителей-регуляторов.

4. Координировать графики электрических нагрузок посредством использования СД УППД в качестве ПР. Оценка эффективности координации электрических нагрузок при использовании СД УППР в качестве ПР.

5. Оценить эффективность электрических нагрузок путём организации режимного взаимодействия НГДП с энергосистемой.

6. Произвести экспериментальные исследования режимов работы высоковольтных синхронных электродвигателей в промысловых сетях

Методы исследования, используемые в работе:

Использовать методы теории электрических цепей, теории систем электроснабжения электротехнических комплексов, теории электрических машин, теории вероятности, методы имитационного математического моделирования.

Актуальность работы:

Нефтегазодобывающие предприятия (НГДП) являются одними из основных потребителей электроэнергии среди промышленных предприятий России. Текущий период эксплуатации энергетического комплекса НГДП характеризуется постепенным ростом стоимости электроэнергии и мощности, а также увеличением затрат на техническое обслуживание и ремонт.

Энергетическая составляющая себестоимости добычи нефти находится на уровне 30+40%. Это требует внедрения энергосберегающих технологий на предприятиях нефтедобывающей промышленности, которая является одним из основных потребителей в масштабе всей страны. Экономия электроэнергии может быть достигнута за счет совершенствования технологических процессов, рабочих машин и механизмов, а также за счет совершенствования режимов электропотребления.

В Законе об энергосбережении ставится задача снижения энергетической составляющей в себестоимости продукции [1]. Эта задача может быть решена путём выполнения паспортизации электрических нагрузок предприятий. Целью паспортизации электрических нагрузок предприятия является построение профилей графиков нагрузки по отдельным подстанциям и определение профиля усреднённого графика нагрузки НГДП в целом, путем суммирования профилей графиков отдельных подстанций; вычисление по полученным графикам коэффициентов формы, заполнения, равномерности, определение максимальных, минимальных и средних нагрузок по тарифным зонам.

Полученные значения являются основой для проведения координации электрических нагрузок предприятия. Координация электрических нагрузок - это приведение в соответствие электрических нагрузок предприятия к их оптимальным значениям, обеспечивающим минимизацию энергетической составляющей в себестоимости продукции с учётом дифференцированных тарифов оплаты за электроэнергию. Ограничение оплаты за электрическую энергию достигается путем рационального формирования графиков электрических нагрузок.

Специфика электроснабжения потребителей нефтепромыслов, обусловлена удаленностью от энергосистем, территориальным рассредоточением объектов и разнообразием возможных энергоисточников. Передача электроэнергии от районных подстанций и электростанций энергосистемы к потребителям по линиям электропередач (ЛЭП) неизбежно связана с кратковременными нарушениями электроснабжения (КНЭ) потребителей (в виде провалов и исчезновений напряжения), которые возникают из-за коротких замыканий и грозовых повреждений ЛЭП. Эксплуатации месторождений, содержащих трудноизвлекаемые запасы нефти, особое значение приобретает безостановочная добыча. Система электроснабжения (СЭС) нефтегазодобывающих комплексов характеризуется рассредоточенностью объектов, протяженностью распределительных линий электропередач (ЛЭП), постоянным увеличением потребляемой мощности, связанным с ростом электрических нагрузок месторождений.

Начиная с 40-х годов прошлого столетия, нефтяные месторождения России эксплуатируются с использованием такого метода интенсификации добычи, как поддержание пластового давления. Этот метод применяется в случае отсутствия у залежи естественного водонапорного режима и позволяет сохранить такую важнейшую энергетическую характеристику, как пластовое давление, на начальном уровне на всем протяжении разработки месторождения.

Система поддержания пластового давления представляет собой целый комплекс технологического оборудования, предназначенного для подготовки, транспортировки и закачки в пласт энергоносителя. Система включает в себя нагнетательные скважины, трубопроводы и распределительные блоки, кустовые насосные станции (КНС) по закачке агента и оборудование для подготовки агента для закачки в пласт.

В настоящее время значительная часть центробежных насосов кустовых насосных станций (КНС) оснащены нерегулируемыми электроприводами с высоковольтными синхронными электродвигателями (СД) мощностью до 6 МВт. Регулирование производительности насосов осуществляется дискретно изменением их числа и плавно - весьма неэффективным способом - дросселированием с помощью задвижек. Последний способ связан с повышенным энергопотреблением, низкой точностью регулирования технологических параметров, а также повышенным износом электрического, механического и гидравлического оборудования.

Известно, что метод пуска высоковольтных электродвигателей прямым подключением к сети имеет важные недостатки - влияние на двигатель, на питающую сеть и на технологический процесс.

В условиях предприятий нефтедобычи наиболее чувствительными к нарушениям в электроснабжении являются установки извлечения нефти на дневную поверхность. Нарушение электроснабжения подобных установок может привести к отключениям и как следствие - расстройству технологического процесса, на восстановление которого может потребоваться несколько десятков минут. Это приведет к ущербу, обусловленному потерями добычи нефти.

Пуск СД КНС сопровождается броском пускового тока, неблагоприятно сказывающимся на питающую сеть, приводя к недопустимым по нормам ГОСТ 13109-97 [1] провалам напряжения, что отрицательно сказывается на устойчивости работы других потребителей. Нарушается нормальное течение технологических процессов. При добыче вязких нефтей освоение скважин после простоя становится очень сложной задачей. Нефть в призабойной зоне пласта успевает восстановить свою первоначальную внутреннюю структуру и увеличить эффективную вязкость за время простоя насосного оборудования.

Также становится невозможным массовый самозапуск электродвигателей после восстановления напряжения на источниках питания.

Согласно строительных норм СН 174-75 остаточное напряжение на шинах 6 кВ при пуске электродвигателей должно составлять не менее 75%. Остаточное напряжение на шинах 6 кВ при пуске высоковольтных синхронных двигателей КНС в некоторых случаях составляет 70% и менее, что недопустимо. Поэтому важными техническими мероприятиями по энергосбережению являются мероприятия по модернизации существующих электроприводов и систем регулирования.

В связи с тем, что на закачку воды в пласты расходуется до 40% электроэнергии потребляемой нефтегазодобывающими предприятиями и мощность приводов в единичной установке достигает нескольких тысяч киловатт, формирование заданных пусковых характеристик насосных агрегатов является одной из важнейших задач в электротехнических системах предприятий нефтегазовой промышленности. Так как СД КНС являются наиболее энергоемкими элементами системы электроснабжения НГДП, то представляется возможным производить их отключение на время прохождения максимума электрических нагрузок, однако количество пусков для СД допускается не более двух раз в сутки из горячего состояния по условиям нагрева обмоток, что затрудняет использование СД в качестве потребителей-регуляторов. Поэтому формирование заданных пусковых характеристик насосных агрегатов является одной из важнейших задач в системах электроснабжения нефтегазодобывающих комплексах.