ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СКВАЖИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2023 года по МПК F04D13/10 H02P4/00 H02K29/00 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для электроснабжения изолированных нефтепромысловых участков. Изобретение направлено на увеличение энергетической эффективности нефтедобывающего комплекса за счет уменьшения потерь электроэнергии при её преобразовании и передачи.

Известна система автономного электротехнического комплекса на основе ветро-, дизельного генератора для электроснабжения отдаленных изолированных потребителей (патент RU 2 588 613 C1, опубл. 10.07.2016 г.), включающий в себя, по меньшей мере, один ветрогенератор, один дизель-генератор, два выпрямительно-зарядных устройства, аккумуляторную батарею и инвертор, при этом всём выходы генераторов системы подключены ко входам выпрямительно-зарядных устройств, образующие шину постоянного тока. Система распределения электроэнергии и сами потребители же подключены к шине переменного тока, которая связана с шиной постоянного тока через инвертор.

Недостатком данного комплекса является необходимость в установке дополнительного оборудования в виде частотного преобразователя для потребителя, где необходима регулировка частоты сети, что ведет к дополнительным потерям энергии на преобразовательных устройствах, а также установка устройств для компенсации реактивной мощности у потребителя.

Известна скважинная насосная установка для добычи нефти (патент RU 2103557 C1, опубл. 27.01.1998), состоящая из погружного центробежного насоса с электродвигателем, электрического кабеля питания, трансформатора, преобразователя частоты и колонны подъемных труб, отличающаяся тем, что для питания электродвигателя используется однопроводный электрический кабель, а питающее рабочее напряжение подается по нему к погружной части установки в виде постоянного тока, для чего инвертор конструктивно выведен из схемы преобразователя частоты и расположен в скважине в зоне подвески электродвигателя, а трансформатор, обеспечивающий необходимое для работы двигателя напряжение, установлен на входе в преобразователь.

Недостатком данного комплекса является электрохимическая коррозия колонны подъемных труб из-за их использования в качестве проводника для питания электродвигателя, что приводит к разрушению самих труб и значительному уменьшению межремонтного периода эксплуатации скважины.

Известно электрооборудование для подъема пластовой жидкости на кусте скважин и способ управления им (патент RU 2554692 C1, опубл. 27.06.2015), состоящее из установки погружных электронасосов по числу скважин, связанные через кабель, и повышающий трансформатор с соответствующей наземной станцией управления прямого пуска, подключенной к питающей сети. Электрооборудование дополнительно снабжено управляющим контроллером, по меньшей мере, одной станцией управления с преобразователем частоты, подключенной через дополнительный повышающий трансформатор к питающей сети, и блоком управляемых контакторов. Электродвигатели насосов выполнены синхронными с постоянными магнитами на роторе.

Недостатком данного комплекса является установка дополнительного повышающего трансформатора после станции управления с преобразователем частоты, а также использование трехфазного силового кабеля для электроснабжения электродвигателей, что ведет к дополнительным потерям электроэнергии.

Известен электротехнический комплекс (патент RU 2688143 C1, опубл. 20.05.2019), состоящий из входного трансформатора с соединённой треугольником первичной обмоткой и с расщеплённой вторичной обмоткой, получающего электрическое питание от источника питания трёхфазного переменного напряжения по линии электропередачи, выходы вторичных обмоток входного трансформатора присоединены к входам двух полупроводниковых выпрямителей, собранных по схеме Ларионова, к выходам которых подключено распределительное устройство постоянного тока. К шинам постоянного тока подключен по меньшей мере один автономный инвертор напряжения, подающий переменное напряжение на подключенного к нему потребителя, система автоматического управления измеряет напряжение и ток на входе и выходе инвертора и управляет периодом и скважностью импульсов напряжения, генерируемых автономным инвертором напряжения. Автономный инвертор напряжения имеет по меньшей мере один индивидуальный конденсатор, который параллельно подключен к автономному инвертору напряжения и к шинам постоянного тока распределительного устройства постоянного тока.

Недостатком данного комплекса является установка дополнительного оборудования в виде выпрямителя и инвертора перед трансформатором с расщепленной обмоткой для возможности использования комплекса в автономной системе с возобновляемыми источниками энергии, что ведет к дополнительным потерям электроэнергии.

Известен прототип устройство электропитания с использованием солнечной энергии и энергии ветра в качестве приводной энергии насосной установки (патент CN 201667545 U, опубл. 08.12.2010), включающее в себя установку для выработки солнечной энергии и энергии ветра, шину постоянного тока, преобразователь частоты, двигатель, насосную установку и контроллер, где все части соединены проводами и управляются контроллером для подачи энергии.

Недостатком данного комплекса является установка дополнительного оборудования в виде компенсирующего устройства перед двигателем для обеспечения надлежащего качества электроэнергии и уменьшения потребления реактивной мощности.

Техническим результатом является повышение энергоэффективности автономной системы электроснабжения кустовых скважин.

Технический результат достигается тем, что выход шины постоянного тока наземного исполнения через силовой электрический кабель постоянного тока соединен со входом блока управления двигателя, а именно силовыми контактами IGBT-транзисторов, который находится непосредственно у погружного вентильного электродвигателя в скважине. Выходы блока управления электротехническим комплексом соединены со входами микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ, шкафа управления двигателем и входом блока аккумуляторных батарей, которые выполнены в наземном исполнении. Выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления двигателя наземного исполнения соединен со входом погружного блока управления двигателя, а именно с управляющими контактами IGBT-транзисторов, а выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ соединен с входом ВЭУ.

Электротехнический комплекс для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти поясняется следующими фигурами:

фиг. 1. – общая схема электротехнического комплекса для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти, где:

1 – ветроэлектрическая установка (ВЭУ);

2 – выпрямительное устройство;

3 – блок аккумуляторных батарей;

4 – шина постоянного тока;

5 – блок управления двигателем;

6 – погружной вентильный электродвигатель;

7 – шкаф управления двигателем;

8 – шкаф управления ВЭУ;

9 – блок управления электротехническим комплексом.

Комплекс для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти состоит из ветроэлектрической установки (ВЭУ) 1, выход которой соединен с входом выпрямительного устройства 2 через силовой кабель переменного тока. Выпрямительное устройство 2 выполнено по схеме Ларионова. Выходы блока аккумуляторных батарей 3, выпрямительного устройства 2 соединены с шиной постоянного тока 4 с помощью зажимов кабелей на шину. Один конец двухжильного кабеля постоянного тока соединен с шиной постоянного тока 4 , а второй конец через клеммную колодку соединен с блоком управления двигателя 5, который выполнен на управляемых IGBT-транзисторах. Выход блока управления двигателя 5 соединен с входом погружного вентильного электродвигателя 6. Вход блока управления двигателя 5 соединен электрическим кабелем с выходом шкафа управления двигателя 7 наземного исполнения. Вход ВЭУ 1 через электрический кабель соединен с выходом шкафа управления ВЭУ 8 наземного исполнения. Входы блока аккумуляторных батарей 3, шкафа управления ВЭУ 8 и шкафа управления двигателя 7 соединены с выходом блока управления электротехническим комплексом 9.

Электротехнический комплекс работает следующим образом. При достаточных ветровых условиях ВЭУ 1 начинает вырабатывать переменный ток. Выпрямительное устройство 2, подключенное к ВЭУ, преобразует переменный ток в постоянный и передает его на шину постоянного тока 4, куда также поступает постоянный ток от блока аккумуляторных батарей 3. Блок аккумуляторных батарей 3 используется для стабилизации напряжения и резервирования электроснабжения комплекса.

С шины постоянного тока 4 общая мощность посредствам силового двухжильного кабеля постоянного тока попадает на блок управления двигателя 5. Блок управления двигателя 5 преобразует постоянный ток в импульсные сигналы необходимой частоты и уровня напряжения для работы погружного вентильного электродвигателя 6.

К блоку управления двигателя 5 на устье скважины подключен шкаф управления двигателя 7, выполненный в наземном исполнении, и позволяющий настраивать и управлять режимами работы электродвигателя. Таким образом, появляется возможность эксплуатации малодебитной нефтяной скважины в периодическом режиме.

Шкаф управления ВЭУ 8 позволяет настроить и управлять режимами работы ВЭУ.

Для контроля исправной работы комплекса, перераспределения генерируемой электроэнергии между ВЭУ 1 и блоком аккумуляторных батарей 3 и согласованием режима работы погружного вентильного электродвигателя с режимом работы ВЭУ 1 используется блок управления электротехническим комплексом 9.

За счет построения системы электроснабжения комплекса на постоянном токе достигаются сокращение потерь энергии на преобразовательных устройствах, сокращение потерь в кабельных линиях, повышение экономичности комплекса за счет уменьшение металлоемкости распределительных сетей и отсутствия необходимости компенсации реактивной мощности у удаленных потребителей. С помощью управления вентильным двигателем малодебетную нефтяную скважину можно эксплуатировать в периодическом режиме работы, позволяя сохранять нефтепластовое давление на необходимом уровне.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для электроснабжения изолированных нефтепромысловых участков. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности электротехнического комплекса для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти за счет уменьшения потерь электроэнергии при её преобразовании и передаче. Электротехнический комплекс для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти включает ветроэлектрическую установку, выпрямительную установку, блок аккумуляторных батарей, шину постоянного тока и блок управления электротехническим комплексом. Выход шины постоянного тока наземного исполнения через силовой электрический кабель постоянного тока соединен со входом блока управления двигателя, а именно силовыми контактами IGBT-транзисторов, который находится непосредственно у погружного вентильного электродвигателя в скважине. Выходы блока управления электротехническим комплексом соединены со входами микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ, шкафа управления двигателем и входом блока аккумуляторных батарей, которые выполнены в наземном исполнении. Выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления двигателя наземного исполнения соединен со входом погружного блока управления двигателя, а именно с управляющими контактами IGBT-транзисторов. Выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ соединен с входом ВЭУ. 1 ил.

Электротехнический комплекс для автономного электроснабжения скважинных насосных установок для добычи нефти, включающий ветроэлектрическую установку, выпрямительную установку, блок аккумуляторных батарей, шину постоянного тока и блок управления электротехническим комплексом, отличающийся тем, что выход шины постоянного тока наземного исполнения через силовой электрический кабель постоянного тока соединен со входом блока управления двигателя, а именно силовыми контактами IGBT-транзисторов, который находится непосредственно у погружного вентильного электродвигателя в скважине, выходы блока управления электротехническим комплексом соединены со входами микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ, шкафа управления двигателем и входом блока аккумуляторных батарей, которые выполнены в наземном исполнении, выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления двигателя наземного исполнения соединен со входом погружного блока управления двигателя, а именно с управляющими контактами IGBT-транзисторов, а выход контактов микропроцессорного устройства шкафа управления ВЭУ соединен с входом ВЭУ.