Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

Б.Г. МЕНЬШОВ,

И.И. СУД

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ

ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Д о п у щ е н о

Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебника для студентов, обучающихся по специальности <гЭлектрификация и автоматизация горных работ»

МОСКВА «НЕДРА» 1984

труда в промышленности страны, а в 1980 г. электровооружен­ ность труда уже достигла 210 тыс. кВт • ч.

Применение электроэнергии на предприятиях добычи и транспорта нефти и газа, в бурении и газопереработке способ­ ствует повышению технических и экономических показателей производства. Так, себестоимость проводки скважин при буре­ нии их установками с электроприводом на 15—20 % ниже, а скорость проходки выше, чем при бурении установками с ди­

Дальнейшее развитие добычи нефти и газа,''успешное вы­ полнение производственных и экономических задач зависят от технического уровня нефтяной и газовой электроэнергетики, от совершенства применяемых в технологических установках электроприводов и электрооборудования, а также от надежно­ сти работы схем и объектов внутрипромыслового и внешнего электроснабжения.

Электрификация нефтяной и газовой промышленности в нашей стране осуществляется на базе применения электро­ привода переменного тока. Рост электрических нагрузок в нефтяной и газовой промышленности вызывает необходимость развития генерирующих мощностей и линий электропередач в энергосистемах, поскольку подавляющая часть электроэнергии на предприятия поступает от государственных энергосистем. Доля электроэнергии, получаемой от передвижных электро­ станций, энергопоездов и плавучих электростанций на ранней стадии освоения месторождений, ничтожна в общем балансе электропотребления отраслей. Наибольший объем энергетиче­ ского строительства в отрасли приходится на районы прироста добычи нефти и газа в Западной Сибири, Коми и Якутской АССР.

Первоначально электроснабжение нефтепромысловых объ­ ектов осуществлялось от районных электростанций по линиям электропередачи напряжением 20—35 кВ. При таких условиях невозможно было обеспечить бесперебойное питание мощных

4

оборудуется подстанцией глубокого ввода 110/6—10 или

110/35/6—10 кВ.

Компрессорные станции магистральных газопроводов и пе­ рекачивающие насосные станции магистральных трубопроводов получают электроэнергию от распределительных сетей энерго­ систем при напряжении 110—220 кВ и оборудуются мощными понижающими подстанциями 110—220/6—10 кВ, содержащими также ступени вторичной трансформации 6/0,4 кВ.

Рис. 1. Вариант схемы электроснабжения объектов нефтяных промыслов:

Электрифицированные машины для строительства трубопро­ водов и вспомогательные устройства получают питание от соб­ ственных передвижных электростанций, смонтированных на ав­ топрицепах.

В последние годы разработаны и изготовлены специальные комплектные трансформаторные подстанции для установок глу­ биннонасосной добычи нефти исполнений У1 и ХЛ1 КТПНД мощностью 63—250 кВ • А для станков-качалок, КТППН мощ­ ностью 63—250 кВ • А для одиночных скважин и КТППН мощ­ ностью 400—630 кВ • А для кустов скважин, оборудованных по­ гружными установками ЭЦН. Разработаны унифицированные комплектные распределительные устройства напряжением 6— 10 кВ в блочном исполнении для буровых установок глубокого

6

и эксплуатационного бурения исполнений У1, ХЛ1 и морского с применением малогабаритных ячеек и вакуумных контакто­ ров. На основе планов международной кооперации в рамках стран — членов СЭВ нефтяная промышленность получает пе­ редвижные двухтрансформаторные подстанции напряжением 35/6 кВ, мощностью 2X4000 кВ* А и другое комплектное элек­ трооборудование производства ПНР, ЧССР, ВНР, НРБ и ГДР. Созданы блочно-комплектные подстанции напряжением 110— 220/6—10 кВ с различным числом присоединений и масляных выключателей для электроснабжения комплексных сборных пунктов, насосных станций магистральных нефтепроводов и га­ зоперерабатывающих заводов.

Впроцессе совершенствования электропривода серийных лебедок буровых установок, в связи с ростом глубин и скоро­ стей бурения, суммарная мощность приводных двигателей воз­ росла от 150 до 900 кВт. Осуществлен переход от напряжений 380 и 500 В к напряжению 6 кВ, а сложные многоконтакторные станции управления асинхронными двигателями замены мало­ контакторными схемами управления цепью ротора двигателя, позволившими повысить надежность и уменьшить габаритные размеры станций управления.

Внекоторых новых буровых установках привод лебедки осу­

ществляется синхронными двигателями мощностью 450— 630 кВт, напряжением 6 кВ, управляемыми электромагнитными муфтами. Такой электропривод, по сравнению с асинхронным, позволил повысить производительность установки, уменьшить потери энергии в линиях электропередач и электродвигателях, а также повысить устойчивость работы электрических сетей. Аналогичные изменения претерпел и электропривод буровых насосов. По мере роста глубин и скоростей бурения, а также вследствие широкого внедрения турбинного способа бурения мощность асинхронных электродвигателей увеличилась от 40 до 850 кВт. В настоящее время преобладающим электропри­ водом буровых насосов является синхронный привод с двига­ телями мощностью 450 и 630 кВт, напряжением 6 кВ. Переход к синхронному приводу буровых насосов существенно улучшить энергетические показатели нефтепромыслов вследствие повыше­ ния коэффициента мощности потребителей.

Успехи в области силовой полупроводниковой техники по­ зволили заменить электромашинные возбудители синхронных двигателей буровых лебедок и насосов тиристорными возбу­ дителями, выполненными по упрощенным схемам и обладаю­ щими высокой надежностью.

На основе электрического привода решены задачи автома­ тизации подачи долота на забой, расстановки свечей при спу­ ско-подъемных операциях, очистки и приготовления бурового раствора. Ведутся работы по полной автоматизации спуска и подъема инструмента. Установленная мощность электрических машин на современной буровой установке достигает 4000 кВт,

7

т. е. в 8—10 раз превосходит установленную мощность элект­ рических машин буровых установок довоенного выпуска.

Регулируемые электромашинные передачи позволяют осу­ ществить эффективный привод буровых механизмов, сохра­ няющий основные преимущества электропривода при работе в районах, не имеющих централизованного электроснабжения, особенно при бурении с барж и плавучих оснований. Наиболее перспективны электромашинные передачи с дизель-генерато­ рами переменного тока, работающими на общие шины, от которых получают питание как асинхронные двигатели вспомо­ гательных механизмов установки, так и тиристорные преобра­ зователи, предназначенные для питания двигателей постоян­ ного тока привода буровой лебедки, роторного стола и насо­ сов. Такая система привода позволяет добиться высокой степени унификации электрооборудования буровых установок, поскольку при использовании в электрифицированных районах дизель-генераторы могут быть заменены трансформаторами,

аостальное электрооборудование останется неизменным. Полная электрификация основных и вспомогательных опе­

раций проводки скважин на базе мощных регулируемых тирис­ торных электроприводов создает предпосылки для применения

вбуровых установках ЭВМ и создания АСУ бурения. Параллельно с совершенствованием оборудования для глу­

биннонасосного способа добычи нефти совершенствовались и его электроприводы. Расширяется применение электродвига­ телей типа АОП2 влагоморозостойкого исполнения с повышен­ ной кратностью пускового момента. Одновременно ведутся ра­ боты по внедрению качественно нового, более эффективного электропривода станков-качалок с применением бесщеточного синхронного электродвигателя типа СДБО в комплекте с бло­ ками управления и системой АРВ. Внедрение этого электро­ привода позволит повысить коэффициент мощности до опти­ мального, снять с эксплуатации и не устанавливать в сетях напряжением 0,4; 6 и 10 кВ конденсаторы, снизить потери в электрических сетях и, следовательно, повысить эффектив­ ность использования электроэнергии в глубиннонасосной до­ быче нефти. Одновременно с этим создаются регулируемые приводы переменного и постоянного тока станков-качалок и новые блоки управления.

На нефтяных промыслах в настоящее время находятся в экс­ плуатации несколько десятков типоразмеров отечественных погружных центробежных электронасосов с двигателями мощ­ ностью 10—125 кВт. С помощью этих насосов добывается при­ мерно 70 % от общего количества нефти, добытого механизи­ рованным способом. Однако режимы работы установок по­ гружных центробежных электронасосов часто отличаются от оптимальных. Расчеты показали, что оптимальная частота на­ пряжения для питания существующих двигателей погружных электронасосов может отличаться от 50 Гц, поэтому ведутся

8

работы по применению для ЭЦН тиристорных преобразовате­ лей частоты. Изыскиваются также возможности частичного изменения технологии механизированной добычи нефти с ис­ пользованием погружных линейных двигателей и длинноходо­ вых глубиннонасосных установок.

В области электрификации процесса закачки воды в пласты асинхронные двигатели заменены синхронными и существенно увеличилась единичная мощность электродвигателя, которая достигает 4 МВт. Для привода насоса на К.НС применяются синхронные двигатели серии СТД с изоляцией типа «Монолит»; возбуждение этих двигателей осуществляется от тиристорных возбудителей или от бесщеточных возбудительных устройств.

Результатом совершенствования приводов насосных агрега­ тов нефтеперекачивающих станций магистральных трубопрово­ дов явилось применение синхронных двигателей мощностью до 8 МВт, напряжением 10 кВ. Для нефтеперекачивающих стан­ ций разрабатываются насосные агрегаты с взрывозащищен­ ными двигателями исполнений У1 и ХЛ1. Их внедрение позво­ лит значительно снизить стоимость и сократить сроки соору­ жения станций.

В настоящее время для привода компрессоров строящихся и проектируемых газоперерабатывающих заводов приняты син­ хронные двигатели серии СТДП мощностью 6,3 МВт, напря­ жением 10 кВ. Предстоит освоить взрывозащищенные двига­ тели мощностью 12—24 МВт, допускающие прямой пуск от полного напряжения сети.

Успехи, достигнутые в области силовой полупроводниковой техники, позволяют уже в настоящее время приступить к раз­ работке и внедрению мощных преобразователей частоты для питания приводных двигателей насосов магистральных нефте­ проводов и турбокомпрессоров газоперерабатывающих заводов. Регулируемый электропривод этих механизмов существенно повысит эффективность использования электроэнергии при из­ менении производительности нефтепровода в режиме работы «из насоса в насос» и при сезонных колебаниях плотности сжи­ маемого газа и транспортируемой нефти.

Количественные изменения, выразившиеся в увеличении единичных мощностей двигателей, в последующие годы должны привести к качественным сдвигам, которые приведут к широ­ кому внедрению регулируемых электроприводов. Это позволит внедрить наиболее эффективные АСУ ТП, одной из задач ко­ торых будет определение путей рационального использования энергоресурсов и электрооборудования.

Авторы глубоко благодарны за тщательное рассмотрение рукописи и ценные советы рецензентам: коллективу кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок Азербайджанского института нефти и химии им. М. Азизбекова, доктору технических наук, профессору Б. М. Плющу и

| Ю. Г. Антонову. |

9