Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности

и регулирования напряжения (подробно эта система рассмот­ рена в гл. 9), водяного и масляного радиаторов, топливного и масляного баков, воздухоочистителя, аккумуляторной бата­ реи, систем выхлопа, охлаждения, топливной и масляной, смон­ тированных на общей сварной раме. Генератор укомплектован

распределительным щитом с коммутационной, защитной и из­ мерительной аппаратурой. В агрегатах применены синхронные генераторы трехфазного переменного тока 50 Гц, 400/230 В с номинальной частотой вращения 1500 об/мин. Обмотка ста­ тора генератора соединена в звезду с выведенной нулевой точкой.

21

венно влияет на энергетический баланс нефтепромысла, по­ этому |определение электрических нагрузок, создаваемых буро­ выми установками, имеет важное значение. Действующие нор­ мативные документы [6] не позволяют с достаточной точностью выбрать отдельно элементы (трансформаторы, линии передач и др.) и обеспечить оптимальное решение всего комплекса во­ просов проектирования: размещение понижающих подстанций, компенсация реактивных нагрузок, выбор режима напряжения электроустановок. Основными исходными данными для проек­ тирования являются расчетные нагрузки.

Правильное определение расчетной мощности позволяет значительно сократить капиталовложения при строительстве. Снижение превышения расчетной нагрузки над действительной в среднем на 10 % дает уменьшение массы металла в прово­ дах на 18—20 % и установленной мощности трансформаторов на 11—12% [2]. Обычно при определении расчетных нагрузок принимают за исходную величину суммарную установленную мощность. Однако суммарная установленная мощность почти в 2 раза превышает верхний предел теоретически возможных максимальных нагрузок. Это объясняется тем, что согласно проведенным обследованиям имеют место низкие значения ко­ эффициентов спроса и использования. Так, коэффициент спроса

22

отдельно установленной буровой не превышает значения 0,4— 0,5, а узла нагрузки — 0,35—0,4.

Куйбышевское отделение ВНИИПЭМ разработало методику определения расчетных нагрузок с учетом влияния технологи­ ческих параметров проводки скважин [13]. Метод позволяет определять возможность подключения дополнительной буровой установки к группе работающих на фидере или подстанции при различной глубине скважин, подключения дополнительной буровой установки к линии (или трансформатору), питающей также промысловую нагрузку, устанавливать суммарную на­ грузку большой группы установок, действующих в пределах од­ ного участка, управления, нефтегазоносного района или объеди­ нения, максимум нагрузки группы буровых установок в любой заданный момент с учетом установившегося технологического процесса.

В выборе и обосновании методики расчета электрических нагрузок основополагающей является взаимозависимость элек­ троприемников одной категории. Все нефтепромысловые на­ грузки, кроме нагрузок бурения,— совокупности взаимозависи­ мых электроприемников. Электроприемники бурения (в пре­ делах одной буровой установки) не являются таковыми. Например, совместная работа электроприводов подъемной ле­ бедки и ротора технологически невозможна, а в процессе раз­ буривания работе электропривода ротора сопутствует работа буровых насосов.

При бурении работают электроприемники насосов и вспо­ могательных механизмов. В процессе спуско-подъемных опера­ ций работают один или два двигателя подъемной лебедки,

атакже электроприемники вспомогательных механизмов. График нагрузки одиночной буровой установки не постоя­

нен, так как продолжительность каждой операции часто меня­ ется вследствие особенностей технологического процесса. На­ ибольшие значения нагрузок наблюдаются во всех интервалах глубин в процессе бурения. Именно эти значения нагрузок следует принимать за расчетные. Расчетная нагрузка Рр не постоянна. Она меняется в различных интервалах бурения в зависимости от диаметра втулок бурового насоса, типа до­ лота, конструкции турбины и ряда технологических особенно­ стей.

Методика предусматривает выявление и уточнение на ос­ нове обследований наибольших значений Рр в различных диа­ пазонах глубин скважин, а также уточнение максимальных расчетных нагрузок при подъеме, спуске инструмента и вспо­ могательных работах.

Обобщение результатов измерений нагрузок буровых уста­ новок при выполнении различных операций позволяет уста­ новить средние (получасовые) значения эффективной нагрузки электроприемников, участвующих в выполнении этих опера­ ций. Зная средние значения нагрузок для каждой операции по

23

технологическому графику работы, строят график электриче­ ской нагрузки любой буровой установки. По мере углубления ствола скважины увеличивается время на подъем и спуск ко­ лонны труб для замены забойного двигателя или долота. С по­ вышением твердости пород в отдельных интервалах бурения меняется и длительность работы буровых насосов, так как ускоряется износ долота. Эти факторы влияют на индивиду­ альный график нагрузки, изменяя расчетную нагрузку буро­ вой установки. С увеличением глубины скважины, как пра­ вило, расчетная нагрузка буровой установки несколько сни­ жается. Анализ показал, что электрические нагрузки групп

фициент спроса; т — число установок в группе; Рнг — суммар­ ная установленная мощность двигателей.

Существует функциональная зависимость ДРр от глубины бурения, типа долота, диаметра втулок поршневого насоса, продолжительности бурения и т. д. Групповая расчетная на­ грузка является возрастающей кусочно-линейной функцией как от средней индивидуальной расчетной нагрузки Ро при посто­ янной длительности бурения (рис. 7, а), так и от продолжи­ тельности бурения h при постоянной средней индивидуальной нагрузке Ро (рис. 7,6).

Можно сделать допущение, что в базисное время 7’баз = 24ч все буровые установки в группе находятся в неизменных сред­ них технологических условиях. С течением времени (через сутки, неделю, месяц, и т. д.) эти условия для данной группы меняются. Каждым средним технологическим условиям соот­ ветствуют определенные значения Рр.

Средние технологические условия в базисное время харак­

и средней длительностью бурения каждой установки в t-м ин­ тервале

Значения Кр определяют с помощью приемов теории ве­ роятности. Выявленные закономерности формирования груп­ пового графика позволяют использовать для определения Рр известную в теории вероятностей методику вычисления вероят­ ностей появления событий при повторных независимых испы-

24

таниях. Действительно, если каждая группа состоит из т уста­ новок, режимы работы которых не зависят друг от друга (не коррелированы), то можно применить теорему умножения ве­ роятностей для нахождения вероятностей появления суммар­ ных нагрузок'.

Известно, что за расчетную нагрузку Рр = Рзо принимается наибольшее значение средней получасовой нагрузки, которое наблюдается не менее чем в 5 % общего числа получасовых измерений. На основании этого, принимая базисное время рав-

а

Рис. 7. Зависимости групповой расчетной нагрузки от средней индивиду­ альной расчетной нагрузки при постоянном времени бурения (а) и от сред­ него времени бурения при постоянной индивидуальной нагрузке (б)

ным 24 ч, необходимо найти вероятность Р/48.2 появления не­

Для нахождения вероятностей появления индивидуальных нагрузок следует определить длительность протекания каждого процесса (бурения, подъема и т. д.) ta в течение 0,5 ч за 24 ч. Тогда Еи (1)=1И(1)/24.

25

торая и принимается за расчетную групповую нагрузку Рр. Изложенный метод расчета использован для определения

групповых расчетных нагрузок буровых установок при турбин­ ном способе бурения с учетом фактических технологических

добывающих районах) и для других способов бурения или ти­ пов буровых установок необходимо выполнить только измере­

26

определяемый экономией эксплуатационных расходов, обуслов­ ленных изменением эксплуатационных характеристик системы за счет дополнительных капиталовложений [12]. Таким образом, устанавливается база для сопоставления разнородных по сво­ ему характеру показателей, определяющих технические и эко­ номические качества системы.

При анализе экономического эффекта системы автомати­ зированного электропривода учитываются следующие состав­ ляющие: повышение производительности общественного труда;

безопасности труда, облегчение и оздоровление его; повышение уровня автоматизации и механизации производственных про­ цессов, изменение эксплуатационных расходов; сопряженные капитальные вложения.

Экономический эффект — понятие весьма широкое. Это мо­ жет быть экономия производственных издержек, повышение ка­ чества технологического процесса, облегчение и изменение ха­ рактера труда бур'овой бригады и пр. Однако далеко не всем элементам экономического эффекта может быть дана денеж­

ется качественным сравнением.

Известно, что экономия соизмеряется с затратами с по­ мощью показателя народнохозяйственной эффективности Эн, выражаемого разностью между приведенными затратами по

первого и второго варианта соответственно; Ci и С2— эксплуа­ тационные затраты; Ен— нормативный коэффициент эффектив­ ности капиталовложений.

Величина АС представляет собой годовую экономию от внедрения новой техники, а произведение ЯНА/С определяет размер нормативной народнохозяйственной экономии, кото­ рая должна быть получена от использования дополнительных капитальных вложений. Это плановая экономия, устанавливае­ мая обществом в соответствии с заданными темпами накопле­ ний, идущих на расширение воспроизводства фондов. Непре­ менным условием осуществления расширенного социалисти­ ческого воспроизводства является превышение фактической экономии над плановой.

При рассмотрении ряда структурно и функционально по­ добных вариантов систем, отличающихся величиной анализи­ руемого параметра при соответственно различной величине

28

необходимых капитальных вложений, критерием выбора ра­ ционального значения служит максимум народнохозяйствен­ ной эффективности, измеряемой годовым дополнительным эко­ номическим эффектом.

Годовой масштаб времени в данном случае принимается из соображений удобства расчета, так как многие технические и экономические характеристики оцениваются именно этим сроком. Если реальный дополнительный годовой экономический эффект в процессе эксплуатации неизменен, а долговечность

зационный срок службы приводит к одинаковым результатам. При выборе рационального уровня надежности и долго­ вечности необходимо сопоставлять экономический эффект, по­ лученный за срок службы системы (или ее элемента). В этом случае следует учитывать снижение эффекта, получаемого че­ рез отдаленное время, для момента, когда производятся до­ полнительные затраты. Из дифференциального уравнения из­ менения ценности затрат (эффекта) во времени dK=EaKdt можно определить точное значение коэффициента приведения эффекта за весь срок службы к начальному моменту времени t0. Если условно рассматривать эффект в единицу времени неизменным, то для определения приведенного эффекта его значение в соответствующую единицу времени следует умно­

жить на эквивалентный срок службы Тэ

Уравнение (2.2) приближенно показывает зависимость эко­ номических показателей для различных систем электропривода от глубины скважины и соответственно от класса установки при заданном годовом объеме проходки. Расчеты [12] показывают, что эффективность внедрения более совершенной системы элект­ ропривода резко возрастает с глубиной скважины, т. е. увели­ чивается удельная стоимость экономии времени.

Капитальные вложения и эксплуатационные расходы, пол­ ностью или частично относящиеся к сопоставляемым электро­ приводам, обычно рассматриваются по следующим элементам.

Капитальные вложения — прейскурантная цена электрообо­ рудования и сопряженного механического оборудования; транс­ портно-заготовительные расходы; стоимость монтажных работ, средств для компенсации реактивной энергии, резервного, за­ пасного и разукомплектованного оборудования и крупных за-

29

пасных частей; сопряженные капитальные вложения, обычно учитываемые по сокращенному перечню; эксплуатационные расходы — стоимость потребляемой электроэнергии, амортиза­ ционные отчисления, расходы на текущие и капитальные ре­ монты, прочие эксплуатационные расходы, зарплата обслужи­ вающего персонала, стоимость суток (часа) бурения (без учета затрат, на которые анализируемый показатель оказывает непосредственное влияние).

Конкретно методика технико-экономического анализа ва­ риантов электропривода рассмотрена в [12] на примере выбора рациональной мощности электропривода буровой лебедки.

Рассмотрим данные (табл. 7) технико-экономического срав­ нения вариантов привода буровой установки (рис. 8) [12]. Для районов с централизованным энергоснабжением рассматрива­ ется вариант двухдвигательного синхронного электропривода

Таблица 7

Показатели технико-экономического сопоставления вариантов привода буровой установки с глубиной бурения 6500 м

(в относительных единицах)

30