Разработка и исследование преобразователей частоты для установок электронагрева нефтескважин - Автореферат

Разработка и исследование преобразователей частоты для установок электронагрева нефтескважинРабота выполнена в департаменте силовой электроники ОАО «Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством» (г. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Иванов Александр Григорьевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Титов Владимир Георгиевич кандидат технических наук, доцент Малинин Григорий Вячеславович Защита диссертации состоится 22 марта 2013 г. в 15:00 ч. в зале Ученого совета на заседании диссертационного совета Д212.301.02 при ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н.Одна из самых распространенных причин отказов оборудования нефтескважин, оснащенных УЭЦН и ШНУ - образование значительных асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на поверхностях оборудования (на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб, поверхности насосных штанг, в проточных каналах устьевой запорной арматуры), контактирующих со скважинной жидкостью, что приводит к значительному сужению проходных сечений, возрастанию гидравлического сопротивления (вплоть до полного прекращения подачи жидкости вследствие образования парафиновых пробок). Электронагрев выкачиваемой скважинной жидкости является одним из эффективных способов борьбы с АСПО, а также снижает вязкость добываемой нефти, что способствует увеличению дебита нефтескважин. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи: 1 Определение оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины с учетом частотнозависимых параметров электрической цепи скважины и требований минимальной мощности и выходного напряжения установки электронагрева. Новизна полученных результатов: 1 Предложена новая методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины, отличающаяся тем, что обосновывается частота выходного тока в диапазоне (1-2) Гц с учетом частотнозависимых параметров электрической цепи скважины и требований минимальной мощности и выходного напряжения установки электронагрева. 2 Предложены новый принцип построения и алгоритм широтного регулирования ПЧ с АИН низкой частоты, отличающиеся тем, что не требуется накопитель энергии (батарея конденсаторов) в звене постоянного тока. частота электронагрев нефтескважина напряжениеМетод заключается в том, что в скважине создается электрическая цепь, элементами которой являются колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) и обсадная колонна (ОК), соединенные погружным электрическим контактом на глубине примерно на 30 метров ниже начала зоны парафиноотложения. Схему замещения электрической цепи нефтескважины с распределенными параметрами можно привести к простой электрической цепи с последовательно соединенными активным сопротивлением Rскв и индуктивным сопротивлением Хскв: где - циклическая частота тока в электрической цепи, = 2?fскв, fскв - частота тока в электрической цепи; Lскв - индуктивность электрической цепи. При ?скв > 0 величина Sскв приближается к активной мощности на постоянном токе Рскв(0), а напряжение в электрической цепи нефтескважины Uскв при заданной Рскв также будет минимальным и близким к напряжению на постоянном токе: Таким образом, с уменьшением выходной частоты преобразовательного устройства снижается напряжение, подводимое к электрической цепи скважины, уменьшается полная мощность силового трансформатора, увеличивается коэффициент мощности установки электронагрева. Однако при токах, соответствующих требуемой активной мощности в НКТ, на низких частотах по сравнению с частотой 50 Гц значительно ниже: - напряжение в устье скважины Uскв (рисунок 2,а), что увеличивает надежность и электробезопасность установки; Согласно расчетам, по сравнению с частотой 50 Гц полная мощность в скважине на частотах 0,5 и 1 Гц снижается в 1,4 раза, а напряжение в устье скважины - в 2,8 раз.На основе выполненных исследований в диссертации получены следующие результаты: 1 Предложена новая методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины, учитывающая частотнозависимые параметры электрической цепи скважины. Обоснована частота выходного тока ПЧ в диапазоне (1-2) Гц, что обеспечивает по сравнению с частотой 50 Гц уменьшение мощности установки электронагрева в 1,4 раза и снижение напряжения в устье скважины в 2,8 раз. Технические решения защищены 7-ю патентами РФ на изобретение (№№ 2105866, 2109927, 2117135, RU 2421870 C1, RU 2438225 C1, RU 2444111 C1, RU 2461950 C1) и 2-мя патентами РФ на полезную модель (№№ RU 98650 U1, RU 116288 U1). 3 На основании анализа электромагнитных процессов в полупроводниковых преобразователях на большие токи с 12-пульсными источниками напряжения предложена новая методика расчета УР в этих преобразователях.

Основное содержание работы