Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Козлов Василий Владимирович. Оперативное управление погружными установками добычи нефти с учетом ресурса изоляции электродвигателя : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Козлов Василий Владимирович; [Место защиты: Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т].- Тюмень, 2009.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1698

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (ПЭД) В СОСТАВЕ УСТАНОВОК ТИПА УЭЦН.. 10

1.1. Механизированный способ добычи нефти установками погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН) 10

1.2. Характеристика факторов, оказывающих влияние на процесс эксплуатации ПЭД в составе установок добычи нефти типа УЭЦН 19

1.3. Роль контроля и прогнозирования показателей ресурса погружного оборудования в решении задачи оперативного управления установками типа УЭЦН 24

2. КРИТЕРИИ И ЗАДАЧА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ УЭЦН С УЧЕТОМ РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ ПЭД 28

2.1. Общие положения 28

2.2. Ограничения на область управления системой «УЭЦН скважина» и устойчивость системы 29

2.3. Критерии и задача оперативного управления электроприводом УЭЦН с учетом ресурса изоляции ПЭД 35

3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ТЕПЛОВОГО СТАРЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СИСТЕМЫ «ПЭД-ЦН» 41

3.1. Анализ факторов, влияющих на процессы нагрева и охлаждения ПЭД 41

3.2. Синтез уравнений модели теплового старения изоляции ПЭД... 60

3.3. Исследование модели теплового старения изоляции ПЭД 73

4. СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕСУРСА ГЛУБИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ УЭЦН 82

4.1 Роль средств контроля показателей ресурса глубинного оборудования УЭЦН в оптимизации процесса оперативного управления режимами его работы 82

4.2 Анализ существующих средств контроля изоляции системы «вторичная обмотка ТМПН - кабель - ПЭД» 87

4.3 Аналитическая оценка момента на валу ПЭД по измеряемым СУ электрическим параметрам 90

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 95

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 96

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Выборка данных по отказам УЭЦН месторождений Юганского региона за вторую половину 2007 года 102

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Данные регистрации СУ скважин Приобского нефтяного месторождения 117

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Протокол испытаний имитационной модели системы контроля изоляции установок типа УЭЦН

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Результаты расчета износа изоляции ПЭД на интервале безремонтной эксплуатации скважины № 5963 куста № 242 Приобского нефтяного месторождения

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Методика и результаты расчета механического момента на валу данным регистрации СУ 151  

Введение к работе:

Актуальность работы. Наметившаяся в последние месяцы на мировом рынке ситуация, характеризующаяся нестабильностью цен на энергоносители, в частности на нефть, и тот факт, что их экспорт в значительной степени определяет благосостояние и дальнейшее экономическое развитие страны, говорят о большой значимости задач наращивания объемов добычи нефти и уменьшения издержек и материальных потерь при разработке нефтяных месторождений.

Вышесказанное определяет ключевую роль решению задач интенсификации и оптимизации использования нефтепромыслового оборудования на всех этапах добычи и подготовки нефти к транспорту. Причем именно этап добычи нефти в значительной мере определяет эффективность функционирования нефтедобывающего комплекса в целом. Поэтому оптимальность использования скважинного оборудования, рациональность расходования его ресурса и соблюдение политики энергосбережения приобретают особую актуальность в сложившейся ситуации.

В связи со сказанным выше следует отметить, что на российских нефтяных промыслах в последние годы значительно возрастает доля скважин, оборудованных установками электроцентробежных насосов (УЭЦН), часть из которых оснащается регулируемыми преобразователями частоты (ПЧ), что значительно расширяет возможности по управлению процессом отбора жидкости из скважины. В то же время вопросы оперативного управления УЭЦН (особенно с ПЧ) с учетом состояния оборудования слабо изучены, а уже имеющийся отечественный и зарубежный опыт эксплуатационными службами используется недостаточно эффективно. Это приводит к частым преждевременным выходам установок из строя по различным причинам, к повышенному энергопотреблению и, как следствие, к увеличению себестоимости тонны добытой нефти. По данным ООО «Энергонефть» и ОАО «РН-Юганскнефтегаз» за 2006-2007 года по месторождениям Юганского региона порядка 80% отказов установок электроцентробежных насосов происходит из-за снижения сопротивления изоляции системы «вторичная обмотка трансформатора маслонаполненного повышающего наземного (ТМПН) - кабель - погружной электродвигатель (ПЭД)» ниже допустимого уставкой защиты значения, причем 26,15%) от общего количества отказов происходит по причине износа электрической изоляции ПЭД. Остальные 20%о отказов обусловлены износом механических узлов погружного оборудования.

Из вышесказанного можно предположить, что организация процесса управления установкой, на основе оперативно поступающей информации о степени износа погружного оборудования, особенно в части электрической изоляции двигателя, позволит повысить эффективность добычи нефти путем рационального расходования ресурса оборудования, что требует проведения соответствующих научных исследований.

Степень изученности проблемы. Исследованиями вопросов автоматизации и надежности погружных установок добычи нефти типа УЭЦН занимаются многие российские ученые. Среди них: Ведерников В.А., Ершов М.С., Кучумов Р.Я., Люстрицкий В.М., Семченко П.Т., Сушков В.В., Филиппов В.Н., Шпилевой В.А. и другие. Опубликованные ими работы посвящены вопросам совершенствования методов эксплуатации УЭЦН, в том числе с ПЧ, с целью более рационального энергопотребления и расходования ресурса оборудования. Однако следует отметить, что существует потребность в разработке подходов к диагностике состояния электрической изоляции и механических узлов ЭЦН, что имеет актуальное значение при эксплуатации скважин, оборудованных электроцентробежными насосными установками добычи нефти.

Цель работы. Повышение эффективности управления электронасосными установками добычи нефти путем учета оперативной информации о ресурсе погружного оборудования. Задачи исследований.

1. На основе анализа условий и режимов работы электроцентробежных насосов (ЭЦН), обосновать роль ресурса погружного оборудования в оперативном управлении установками добычи нефти;

2. Обосновать и ввести в известный набор критериев эффективности при оперативном управлении составляющую, учитывающую состояние погружного оборудования;

3. Разработать на основе уравнений тепловых процессов в системе «ПЭД-скважина-пласт» модель теплового старения изоляции статорной обмотки погружного электродвигателя, учитывающую режимы работы установки, условия отбора нефти в скважине и состояние погружного оборудования;

4. Разработать рекомендации по уменьшению погрешности оценки текущего состояния погружного оборудования по данным станций управления УЭЦН.

Методы исследований. В работе использовались аналитические методы системного анализа, математического моделирования, термодинамики, гидродинамики, теории электрических машин, материаловедения, а так же результаты исследований, проведенных в условиях реальных нефтепромыслов.

Научная новизна работы.

1. Обоснована роль механической и электрической составляющих ресурса оборудования ЭЦН в оперативном управлении режимами его работы, обеспечивающем продление работоспособного состояния погружной установки;

2. Сформулирована и включена в известный набор критериев оперативного управления составляющая, учитывающая текущую информацию о величине и интенсивности расходования ресурса погружного оборудования; 3. Разработана математическая модель расходования ресурса изоляции ПЭД, учитывающая состояние погружного оборудования, режимы его работы и условия отбора нефти в скважине;

4. Разработаны, на основе обработки данных промысловых и лабораторных испытаний, новые рекомендации по повышению точности оценки текущего состояния погружного оборудования и даты его отказа по параметрам «момент на валу ЭЦН» и «ток утечки» через изоляцию на землю.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными результатами, полученными в ходе промысловых и стендовых испытаний • проведенных на базе предприятий ООО «Энергонефть» и ОАО «РН-Юганскнефтегаз» и кафедры «Автоматизация и управление» ИНиГ ТюмГНГУ.

Личный вклад автора заключается в разработке подходов к диагностике состояния погружного оборудования ЭЦН и использованию этой информации в оперативном управлении режимами работы погружных установок добычи нефти.

Апробация результатов исследований производилась в форме докладов на международных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых: «Современные техника и технологии» в г. Томске (2006, 2007 и 2008 года), на второй научно-практической конференции «Проблемы нефтегазового комплекса Западной Сибири и пути повышения его эффективности» в г. Когалым (2006 год), на научно-технической конференция «Нефть и газ Западной Сибири» в г. Тюмень (2007 год) и на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы автоматизации в топливно-энергетическом комплексе Западной Сибири на современном этапе» в г. Тюмень (2007 год).

Публикации. По результатам исследований опубликованы десять научных работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК России. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста и содержит введение, четыре раздела, основные выводы, список литературы из 60 наименований, 23 рисунка, 12 таблиц и 5 приложений.

Практическая ценность работы. Разработанная модель теплового износа изоляции ПЭД и рекомендации по повышению информативности данных регистрации станций управления позволяют производить оперативную оценку состояния ЦН и ПЭД в процессе их эксплуатации.

Это позволяет в сочетании с уточненной, посредством включения дополнительного критерия, целевой функцией управления увеличить продолжительность наработки на отказ УЭЦН, за счет более экономичного расходования ресурса оборудования на начальном этапе эксплуатации.

Предложенные меры позволяют более точно прогнозировать дату отказа установки и дают возможность предварительной подготовки к ремонтно-восстановительным работам, значительно снижая, таким образом, . эксплуатационные затраты.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование роли механической и электрической составляющих ресурса оборудования ЭЦН в оперативном управлении режимами его работы, обеспечивающем продление работоспособного состояния погружной установки;

2. Критерий оперативного управления, учитывающий текущую информацию о величине и интенсивности расходования ресурса погружного оборудования;

4. Математическая модель расходования ресурса изоляции ПЭД, учитывающая состояние погружного оборудования, тепловые режимы его работы и условия отбора нефти в скважине; 5. Рекомендации по уменьшению погрешности оценки текущего состояния погружного оборудования и даты его отказа по параметрам «момент на валу ЭЦН» и «ток утечки» через изоляцию на землю.  


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net