1491

а

б

Рис. 4. Влияние коэффициента трения на отклонения сепарируемых частиц от линии подачи: под индуктором (1), за индуктором (2), итоговые (3)

Нетрудно видеть, что при разных значениях Fm характер зависимостей B(kтр) меняется на противоположный: при удельных электромагнитных усилиях, не превышающих скатывающей силы, отклонения частиц с ростом kтр могут уменьшаться. Это объясняется прежде всего различным расположением векторов электромагнитных и механических сил в активной зоне ЛИМ и направленностью траектории частиц при их движении по инерции за индуктором.

Таким образом, разработана математическая модель и методика расчета траекторий движения сепарируемых частиц в электродинамическом сепараторе на основе ЛИМ, учитывающая совместное действие на частицы как электромагнитных, так и механических сил. Такая методика позволяет уже на стадии проектирования установок выбирать пара-

метры ЛИМ и механической части сепараторов, а также оценивать конечный результат сепарации.

Список литературы

1. Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. Сбор и обработка вторичного сырья цветных металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 288 с.

2. Wilson R.J., Veasey T.J., Squires D.M. Application of mineral processing techniques for the recovery of metal from post-consumer wastes // Minerals Engineering. – 1994. – № 7. – Р. 975–984.

3.Aluminium recovery from electronic scrap by High-Force eddy-current separators / S. Zhang, E. Forssberg, B. Arvidson, W. Moss // Resources, Conservation and Recycling. – 1998. – № 23. – Р. 225–241.

4.Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Олейник А.В. Технология отходов. – М.:

Альфа-М: ИНФРА-М, 2011. – 352 с.

5.Коняев А.Ю., Коняев И.А., Назаров С.Л. Применение электродинамических сепараторов в технологиях вторичной цветной металлургии // Цветные ме-

таллы. – 2012. – № 11. – С. 22–26.

6.Переработка электронного лома: применение электродинамических сепараторов / А.Ю. Коняев, С.Л. Назаров, Р.О. Казанцев, В.В. Воскобойников, А.А. Дистанов // Твердые бытовые отхо-

ды. – 2014. – № 2. – С. 26–30.

211

набирают в пакет при помощи уравнителей.

На нижнем конце вторичного элемента имеется резьба для соединения его с плунжером глубинного насоса. В плунжере глубинного насоса расположен нагнетательный клапан, а в нижней части корпуса насоса установлен всасывающий клапан. Такое положение позволяет извлекать вторичный элемент с плунжером глубинного насоса, не извлекая статор ЛАД и насосно-компрес- сорные трубы. Сверху на ЛАД установлен переходник с датчиками положения вторичного элемента.

Отбор жидкости из нефтяной скважины (регулируемая длина хода плунжера глубинного насоса, время разгона и торможения вторичного элемента ЛАД, жестко соединенного с плунжером глубинного насоса) с использованием ЭППА осуществлялся как в функции времени, так и в функции пути и времени. При отборе вязкой, высоковязкой жидкости и с учетом уровня жидкости в затрубном пространстве была осуществлена регулируемая величина паузы, режимы разгона и торможения плунжера глубинного насоса [6, 7].

Для данной конструкции ЭППА линейную скорость перемещения плунжера глубинного насоса, сопряженного со вторичным элементом ЛАД, находим из выражения

где τ – величина полюсного деления ЛАД; f – частота питающей сети ЛАД.

Исходя из опыта проектирования ЛАД для нефтедобычи, применительно к режимам отбора жидкости и условного диаметра скважины, конструкция двигателя должна удовлетворять следующим геометрическим соотношениям [1]:

где R2 – величина радиуса вторичного элемента ЛАД; δ – величина воздушного зазора двигателя; L – активная длина двигателя; R0 – радиус цилиндрического ферромагнитного статора.

Представленные геометрические соотношения (2)–(4) и изложенные в работах [6, 7] режимы управления ЛАД правомерны и для последующих более энергетически усовершенствованных погружных линейных двигателей, предназначенных для подъема жидкости из нефтяных скважин.

Технические показатели ЭППА, ЛАД и станции управления ЛАД представлены в табл. 1–3.

Таблица 1

По результатам промышленных испытаний ЭППА в объединении «Пермнефть» установили, что его использование позволило:

–расширить диапазон регулирования длины и частоты рабочего хода плунжера глубинного насоса, обеспечив при этом возможность изменения режима откачки жидкости (особо малодебитных скважин) соответственно изменяющимся во времени характеристикам пласта, а также изменяющимся физическим

иреологическим свойствам добываемой жидкости;

–продлить межремонтный период и сроки эксплуатации глубинных насосов, так как при снижении их производительности вследствие износа существует возможность компенсации утечек путем увеличения числа качаний;

–использовать при отборе неньютоновской жидкости путем непрерывного прогрева добываемой жидкости за счет

теплоотдачи в активном сопротивлении первичной обмотки, в активном сопротивлении вторичного подвижного элемента ЛАД и в силовом кабеле, обеспечивающем электроснабжение погружного ЛАД;

– использовать при эксплуатации одиночных, кустовых наклонно направленных скважин и скважин с горизонтальным проложением участка ствола в условиях заболоченной удаленной местности.

Наряду с особыми преимуществами ЭППА следует избирательно выделить следующее:

–чрезмерные материальные затраты, связанные с утилизацией погружного оборудования, включающего композиционные изоляционные материалы, цветные и с легирующими добавками черные металлы;

–ограничения по глубине спуска ЭППА и величине отбора им жидкости.

В результате истощения запасов нефтяных месторождений РФ наблюдается тенденция падения добычи. Добыча нефти из таких скважин осуществляется преимущественно станками-качалками с регулируемым и нерегулируемым электроприводом. Существующие системы электропривода по надежности не обеспечивают число качаний ниже четырех в минуту, поэтому в настоящее время малодебитные скважины вынуждены работать в циклическом режиме, когда откачка жидкости из скважины производится периодически. Основной недостаток циклического режима – асимметричное неповторяющееся силовое динамическое воздействие после продолжительной и непродолжительной паузы на все элементы кинематической цепи станкакачалки и внутрискважинное оборудование (штанги, глубинный насос, насоснокомпрессорные трубы) и также на призабойную зону скважины.

Для достижения технико-экономи- ческой целесообразности отбора жидкости из малодебитных скважин необходим непрерывный режим их работы. Известные варианты [9] приводят к усложнению конструкции станка-качалки, возникают проблемы с размещением дополнительных звеньев и устройств. Наличие дополнительных звеньев, средств контроля и управления исключает надежность и долговечность привода, возрастают затраты на приобретение оборудования, его ремонт и обслуживание. Для перевода малодебитных скважин в непрерывный режим работы необходим низкоскоростной привод, создающий 1–4 качания плунжера глубинного насоса в минуту.

Данную требуемую частоту качаний плунжера глубинного насоса обеспечивают следующие системы:

– гидропривод;

–электропривод на базе двигателя постоянного тока;

–многоступенчатый редуктор;

–электропривод с индукторными двигателями;

–частотный электропривод с высокоскоростными асинхронными двигателями.

Каждый из указанных приводов имеет свои достоинства и недостатки. Экспериментальные образцы этих приводов неоднократно устанавливались на станках-качалках малодебитных скважин, однако данные приводы не получили широкого распространения [8]. К основным причинам, препятствующим широкому внедрению данных приводов на малодебитных скважинах, относятся:

–высокая стоимость привода;

–большие затраты на ремонт и обслуживание;

–ограниченный ресурс работы наземного оборудования.

Исходя из достигнутого [1, 9–11], альтернативным решением соотносительно ЭППА является дугостаторный асинхронный электродвигатель (ДАД) [12–15]. У дугостаторного двигателя статор в поперечном сечении включает дуги с различной кривизной, охватывающие цилиндрический подвижный ротор. Для сохранения неизменной величины вращающегося момента и мощности двигателя, при уменьшении угла раскрытия дуг статора, изменяли длину магнитопровода в осевом направлении двигателя.

Технические характеристики (эксплуатационные возможности) ДАД представлены в табл. 4.

В результате исследований с 28.01.2008 по настоящее время на нефтя-

ных скважинах № 70, 259, 326, 397 и 446

до установки и после установки высокомоментного низкоскоростного дугостаторного двигателя (ДАД) предопределена

217

возможность эксплуатации вышеуказанных скважин в непрерывном режиме отбора жидкости

С увеличением количества промысловых исследований с 1-го квартала 2013 г. на нефтяных скважинах № 70, 326, и 397 в связи с вводом в эксплуатацию далее трех высокомоментных, низкоскоростных, дугостаторных асинхрон-

ных двигателей появилась возможность на основе полученных данных о работе пяти ДАД привода станка-качалки глу- бинно-насосной установки подтвердить эффективность эксплуатации малодебитных скважин в непрерывном режиме отбора жидкости [1, 14, 15], причем эффективность эксплуатации малодебитных скважин достигнута за счет:

–согласования характеристики пласта малодебитной нефтяной скважины

стехническими возможностями глубин- но-насосной установки, тем самым было исключено ухудшение фильтрационных свойств призабойной зоны пласта из-за асфальтосмолопарафинистых отложений (АСПО), вызванное периодическим режимом отбора жидкости (накопление, отбор);

–снижения величины установленной мощности двигателя привода станка-качалки, а именно замены асинхронных двигателей классического исполнения (например, избирательно: 4А180М6У3 и 5А20А12СНБУ1) на ДА-3-30-УХЛ1;

–уменьшения потребления полной мощности из сети при фактическом увеличении величины суточной добычи жидкости из скважины;

–исключения текущих затрат на обогрев устьевого, прогрев внутрискважинного оборудования и сохранения работоспособности глубинно-насосной установки;

Применение высокомоментных низкоскоростных двигателей с достигнутой надежностью в нефтедобыче обеспечит в дальнейшем безредукторный режим работы станка-качалки глубиннонасосной установки при отборе жидкости с одной стороны и режимы очистки ствола нефтяной скважины от АСПО при помощи скребков и центраторов, размещенных на подвижной колонне с тяжелым низом, причем скорость и длину перемещения колонны и ее конструкцию подбирают исходя из физико-химических характеристик добываемой жидкости.

Как установлено специалистами

ООО «ПермьНИПИнефть» и ЗАО «Элкамнефтемаш», для интенсификации добычи нефти при непрерывном режиме обора жидкости из малодебитных скважин с приводом ДАД необходимо ис-

пользовать экспериментальные штанговые насосы типа НСБ-24 (изготовитель «Элкамнефтемаш»), предназначенные для добычи жидкости из малодебитных скважин [1]. По результатам промысловых испытаний за период эксплуатации ДАД в составе привода станка-качалки с

09.09.2008 по 1-й квартал 2016 г. уста-

новлено, что надежность ДАД не ниже надежности классического асинхронного двигателя привода станка-качалки, при этом достигается эффективный отбор жидкости из малодебитных скважин для климатических условий Пермского края.

Наиболее близким к данному техническому предложению является ЭППА типа WFQYDB11466 (изделие предприятий Китайской Народной Республики). Данное изделие предназначено для подъема жидкости с аномальными показателями из нефтяных скважин с проектным дебитом от 4 до 30 м3/сут с глубины 2500 м и менее. Причем промышленные испытания данного изделия по инициативе специалистов ООО «Центр ИТ» были осуществлены с 18.11.2015 в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» [16]. В настоящее время два аналогичных изделия (дата спуска 02–07.04.2016) находятся в эксплуатации на УНПА «СЕВЕР ТАЛИНКА» (Тюменская область). Глубина спуска данных изделий до 2200 м, наибольший суточный дебит 8 м3/сут, при частоте 9 Гц при ходе вверх (подача) и 17 Гц при ходе вниз.

Особо следует выделить ЛВД конструкции ПНИПУ (г. Пермь). Данный цилиндрический линейный вентильный двигатель с постоянными магнитами состоит из цилиндрического корпуса, индуктора с трехфазными обмотками, а также вторичного элемента с возможностью возвратно-поступательного движения относительно неподвижного индуктора, который включает постоянные магниты, немагнитные вставки [17, 18].

219

Индуктор неподвижно установлен в корпусе и включает катушки, формирующие трехфазную обмотку, которая при подключении к питающей сети создает бегущее магнитное поле вдоль продольной оси двигателя.

ЛВД конструкции ПНИПУ предназначены для электроприводов возвратнопоступательного движения общепромышленных механизмов, а также в нефтедобывающей промышленности для бесштанговой добычи нефти из скважин

вкачестве альтернативы широко распространенным в настоящее время техническим средствам для нефтедобычи.

Для подъема жидкости из скважины ЭППА, включающий ЛВД, глубинный насос плунжерного типа опускают на на- сосно-компрессорных трубах ниже статического уровня жидкости, на обмотку двигателя с помощью протяженного кабеля подается трехфазное напряжение от преобразователя частоты, который находится на поверхности. Погружной ЛВД

впромышленном исполнении составлен из отдельных модулей, длина которых составляет один метр. Управление ЛВД с помощью преобразователя частоты осуществляется в диапазоне 0,5–6 Гц для получения числа двойных ходов вторичного элемента в пределах 0,5–7 в минуту. Ход вторичного элемента в одну сторону задается от 1,2 до 2 м.

Тяговое усилие ЛВД при токе в 30 А составляет 3200 кГс, а при токе в 40 А – 4160 кГс, при этом длина двигателя равна 8 м, а диаметр 117 мм. В корпус ЛВД встроены: датчик измерения температуры обмотки индуктора и датчик нулевого положения, которое является исходным при движении вторичного элемента

вкаждом цикле.

Исходя из изложенного можно выделить особые преимущества ЭППА в исполнении (тип WFQYDB):

–ЭППА является альтернативным способом эксплуатации одиночных глубоких скважин с нетрадиционными характеристиками добываемой жидкости;

–высокая коррозионная стойкость агрегата в погружном исполнении, внутренние поверхности двигателя и насоса изготовлены из никелевого сплава, включающего бор, азот и углерод;

–конструкция насоса в составе WFQYDB11466 исключает образование газовых пробок;

–оперативное изменение режимов отбора жидкости и возможность обеспечить непосредственный контакт вторичного элемента ЛАД с добываемой жидкостью и тем самым произвести ее омагничивание полем постоянных перемещающихся магнитов двигателя;

–конструкция ЭППА спроектирована таким образом, что омагничивание добываемой жидкости производится как при ходе вторичного элемента по направлению движения добываемой жидкости, так и в противоположном его движению направлении.

Наряду с особыми преимуществами ЭППА (модель конструкции «ПермьНИПИнефть» и модель WFQYDB) следует выделить то, что особенно относится к агрегату в промышленном исполнении (тип WFQYDB). Это необходимость очистки добываемой жидкости от ферромагнитных частиц, также возможен вариант исполнения ствола скважины (особенно забой) из немагнитных материалов и чрезмерные материальные затраты, связанные с утилизацией погружного и наземного оборудования технического назначения.

Список литературы

1. Семенов В.В, Огарков Е.М., Коротаев А.Д. Специальные асинхронные электродвигатели для нефтедобычи: мо-