Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности

Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности

Оглавление
Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности
Блочные сепарационные установки с насосной откачкой
Блочные установки по подготовке нефти
Блочные насосные станции по закачке воды в пласт
Блочные насосные станции магистральных нефтепроводов
Выбор схемы электроснабжения блочных технологических установок
Построение схем электроснабжения блочных технологических установок в нефтяной промышленности
Выбор напряжения распределительной сети нефтепромысла
Элементы конструкций канализации электроэнергии
Требования к схемам электроснабжения Западной Сибири
Блочные подстанции 110-35/6(10) кВ
Блочные распределительные устройства 6-10 кВ и ТП 6(10)/0,4 кВ
Электрооборудование РУ 6 (10) кВ и КТП 6 (10)/0,4 кВ
Выбор источников оперативного тока
Выбор силовых трансформаторов 6(10)/0,4 кВ
Токи короткого замыкания
Компенсация реактивной мощности в электрической сети нефтепромысла
Релейная защита и автоматизация токоприемников блочных установок

Электрификация нефтяной промышленности

Бак С.И., Читипаховян С.П. Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности.
Приведены характеристики блочных насосных станций по внутрипромысловой перекачке нефти и закачке воды в пласт, а также магистральных нефтепроводов. Изложены методы выбора схем их электроснабжения и расчета электрических нагрузок технологических объектов. Описаны блочные подстанции, распределительные устройства, комплектные трансформаторные подстанции, релейная защита, а также силовое оборудование, автоматизация токоприемников и электроосвещение блочных объектов.

Для инженерно-технических работников, занимающихся добычей, сбором, подготовкой и транспортированием нефти и нефтяного газа.

БЛОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ
Потребителей электроэнергии на нефтяном промысле можно разделить по функциональному признаку на следующие виды:
буровые установки;
механизмы непосредственной добычи нефти — глубиннонасосная установка с электродвигателем, установленным на поверхности земли (СКН); насосная установка с электродвигателем, расположенным у насоса (ЭЦН);
объекты сбора и внутрипромысловой перекачки нефти, к которым следует отнести групповые трапные установки (ГТУ), групповые земельные установки (ГЗУ), дожимные насосные станции (ДНС);
объекты подготовки нефти, к которым относятся электрообезвоживающие и электрообессоливающие установки, термохимические установки, насосные внешней перекачки нефтесборных парков и нефтесборных пунктов;
газокомпрессорные станции, компримирующие попутный нефтяной
газ;
объекты поддержания пластового давления — кустовые насосные станции (КНС), водораспределительные блоки (ВРБ), водозаборы, установки очистки сточных вод;
объекты вспомогательного назначения — базы обслуживания нефтепромысла, базы автотракторного хозяйства, базы бурения, ремонтные базы и участки и т.п.
Буровые установки
Основные технические данные нормального ряда буровых установок, применяемых для разбуривания нефтяных скважин, приведены в табл. 1.
В составе электрооборудования буровой установки имеются основные механизмы (лебедка, ротор, буровой насос) и вспомогательные (компрессоры сжатого воздуха, вибросито, кран-балка, водяной насос, автомат спуско-подъема).
Число основных и вспомогательных механизмов и их электровооруженность определяется классом и назначением буровой установки.
При расчете электрических нагрузок бурения необходимо знать мощность отдельных механизмов буровых установок, значения которых приведены в табл. 2, 3, 4.
Электроосвещение буровой осуществляется светильниками общей мощностью 14 кВт. Схема электропитания буровой установки изображена на рис. 1.

технические данные нормального ряда буровых установок

Таблица 2


Показатели

ТМ 100/6

ТМ 160/6

ТМ 240/6

ТМ 400/6

ТМ 630/6

Номинальная мощность, кВА

100

160

240

400

630

Номинальное вторичное напряжение, кВ

0,4

0,525

0,4

0,525

0,525

К.п.д. при номинальной нагрузке и COS ф= 1, %

97,09

97,3

98,05

97,72

97,87

Изменение вторичного напряжения при номинальной нагрузке и cos = 1, %

2,5

2,35

1,89

2,35

1,8

Ток холостого хода, % от номинального

6,5

6

5,57

6

6

Примечания. 1. Напряжение обмотки высокого напряжения составляет 6 кВ. 2. Напряжение короткого замыкания — 5.5 % номинального.
Техническая характеристика трансформаторов буровых установок для питания низковольтных потребителей

1 — энергосистема; 2 — шины 35 кВ районной подстанции; 3 — шины 6 кВ буровой; 4 — питающие линии 6 кВ буровых; 5 — глубокий ввод линии 35 кВ на буровую
Рис. 2. Схема бурения с электробуром:

Техническая характеристика асинхронных двигателей привода лебедки

1 — токоприемник; 2 — кабель; 3 — буровая лебедка; 4 — пульт управления; 5 — бурильная труба с вмонтированными внутрикабельны- ми муфтами; б — электробур; 7 — долото
Таблица 4
Техническая характеристика синхронных двигателей привода насосов


Тип двигателя

Номи
нальная
мощно
сть,
кВт

Ток статора, А

К.п.д.,
%

Cos a

Крат
мина
пускового
тока

ность по отношению к но льному

Масса, кг

начального
пускового
момента

входного момента

1 максимального момента

ДСЗ-15-08-8

400

52

93

0,8

4,6

2,3

1,2

2,2

4400

СДЗ-12-46-8А 320

36,7

94

0,9

5,5

1,3

1,2

1,8

4200

СДБ-13-42-8

450

46,2

93

1

6

1,8

0,6

1,46

4050

СД35-13-42-8 450

51,6

94

0,9

5,4

1,9

0,6

1,9

4050

СДЗ-13-52-8А 630

63,5

95

1

6

1,8

0,6

1,14

5420

На нефтяных промыслах нашей страны около 5 % общего объема бурения осуществляется электробурами (табл. 5) .
Принципиальное отличие электробура от обычной буровой установки заключается в том, что электродвигатель, вращающий долото, перенесен на забой скважины (рис. 2) .

Таблица 5
Техническая характеристика электробуров

Изменение режима работы буровой установки сопровождается изменением потребляемой мощности, как при выполнении отдельных технологических операций, так и в целом на всю установку. Это зависит от твердости разбуриваемой породы, износа долота, качества бурового раствора, скорости спуско-подъемных операций, длины и массы колонны. В связи с этим график нагрузки, записанный за длительный период работы буровой установки (10—15 сут), имеет резко измененный характер.
Механизмы непосредственной добычи нефти
К оборудованию непосредственной добычи нефти из скважин относятся:
глубиннонасосная установка (плунжерные насосы одинарного действия) с электродвигателем, установленным на поверхности земли, от которого движение к насосу передается при помощи станка-качалки посредством колонны штанг — это так называемая эксплуатация скважин штанговыми глубинными насосами (ШГН) (рис. 3) или станками-качалками;
насосные установки с электродвигателем, расположенным у насоса это так называемые 0*сштанговые насосные установки; к ним относятся погружные центробежные электронасосы (ЭЦН) (рис. 4).
Схема глубинно-насосной установки
Рис. 3. Схема глубинно-насосной установки:
1 — плунжерный глубинный насос; 2 — плунжер; 3 — насосные трубы; 4 — штанга; 5 — полированный шток; 6 — головка балансира; 7 — балансир; 8 — шатун; 9 — кривошипный противовес; 10 — редуктор; 11 — клиноременная передача; 12 — электродвигатель; 13 — балансирный противовес
Схема погружной электро-насосной установки
Рис. 4. Схема погружной электро-насосной установки:
1 — электродвигатель; 2 — протектор; 3 — погружной центробежный насос; 4 — специальный кабель; 5 — станция управления; 6 — автотрансформатор; 7 — барабан; 8 — шкаф
Согласно ГОСТ 5866—76 наиболее распространенными на промыслах являются станки-качалки типа СКН 2-615, СКН 3-1515, СКН 5-3015, СКН10-3315, СКН10-3012. По ГОСТу 5866—76 изготавливают девять базовых моделей СКН от 1СК до 9СК с наибольшей допустимой нагрузкой от 1 до 20 т, мощностью электродвигателя для привода этих станков от 1,7 до 55 кВт.
К специфической особенности работы станка-качалки относится пульсирующий характер графика его нагрузки, на котором отчетливо можно выделить пиковые значения тока статора приводного двигателя [8]. Вследствие этой особенности к.п.д. и cos ф приводного двигателя снижаются против номинальных, соответствующих постоянной нагрузке.

Наибольшее распространение для привода станков-качалок получили электродвигатели с повышенным пусковым моментом серии АОП, А02 и АОП2 (табл. 6).
Вычисленные по формуле (1) значения коэффициента мощности, соответствующие номинальным значениям cos фэ двигателей АОП и АОП2 дня практических условий эксплуатации станков-качалок, лежат
Таблица 6
Техническая характеристика электродвигателей станков-качалок

Примечание./п,/н — пусковой и номинальный ток двигателя соответственно.
в пределах 0,55- 0,84, в зависимости от значений к3 и номинальной мощности применяемых двигателей.
Погружные бесштанговые насосы в нашей стране выпускаются более 40 типоразмеров с подачей от 23 • 10-5 м3/с до 810 • 10-5 м3/с с номинальным напором от 300 до 2800 м.
Привод центробежных погружных насосов осуществляется от специального погружного электродвигателя типа ПЭД (табл. 7). Питание электроэнергией электродвигателя типа ПЭД осуществляется специальными маслонефтестойкими трехжильными кабелями типов КРБП и КРБК.
В связи с тем, что токоподводящий кабель имеет относительно большую длину, питание электродвигателя типа ПЭД выполняется через автотрансформатор. При этом достигается возможность поддержания необходимого напряжения на зажимах погружного электродвигателя. Применяются также и повышающие трансформаторы с отпайками во вторичной обмотке, дающими возможность изменять напряжение ступенями по 68 и 80 В, а также трансформаторы с коэффициентом трансформации 6/f/pa6. Автотрансформаторы позволяют изменять напряжение ступенями по 30 В (табл. 8).
В настоящее время широкое распространение получило кустование скважин, т.е. компоновка на одной площадке установок механизированной добычи нефти от одной до шестнадцати установок ШГС или ЭЦН.

 

Таблица 7
Техническая характеристика погружных электродвигателей типа ПЭД
характеристика погружных электродвигателей
Объекты сбора и внутрипромысловой перекачки нефти
Добытая нефть из скважин поступает на автоматизированные групповые замерные установки (ГЗУ) типа "Спутник", где осуществляется замер дебита скважины, контроль подачи нефти из скважин, введение реагента в жидкость и блокировка скважин при аварийном состоянии оборудования (табл. 9) . К одной установке типа "Спутник" в зависимости от ее конструкции можно подключить от 5 до 14 скважин.
Схема установки ГЗУ приведена на рис. 5.
Пройдя установки ГЗУ типа "Спутник", нефть поступает на блочные сепарационные установки с насосной откачкой или дожимные насосные станции, которые перекачивают нефть на нефтесборные пункты или парки. 
Таблица 8
Техническая характеристика автотрансформаторов и трансформаторов


Показатели

АТСЗ-20

АТСЗ-30

АТСЗ-75

ТАСЗ-100

ТСБЗ-100

ТСБЗ-320

Мощность, кВ-A

50-68

64-83

113-139

133-159

62-90

247-317

Напряжение холостого хода вторичной обмотки, В

410-560

530-680

650-800

770-920

900-1300 950-1221

Сила вторичного

70

70

100

100

40

150

линейного тока, А -Ступень регулирования вторичного напряжения, В

30

30

30

30

80

68

Таблица 9
Техническая характеристика установок ГЗУ


Показатели

А-16-14/400

А-40-14/400

А-25-10/1500

А-25-14/1500

Число подключаемых

14

14

14

14

скважин
Рабочее давление, КПа

1600

4000

2500

2500

Пропускная способность м /сут

4000

4000

10 000

10 000

Потребляемая мощность, кВт

10

10

10

10


На этих установках смонтированы центробежные насосы различной подачи и давления.
В состав блочной сепарационной установки с насосной откачкой подачей 750—2000 м3/сут входят: технологический блок, блок управления, канализационные сооружения, свечи аварийного выброса газа. В состав блочной сепарационной установки с насосной откачкой подачей 20000 м3/сут входят: блок насоса, блок сепарационной емкости, блок сбора и откачки утечек нефти, блок низковольтной аппаратуры, КИП и автоматики, РУ 6 кВ, свеча аварийного выброса газа.
В зависимости от требуемой подачи и напора можно менять число блоков насоса.

Рис. 5. Конструктивная схема групповой замерной установки ГЗУ.' 1 — щитовое помещение; 2 — технологическое помещение
Объекты подготовки нефти
Пройдя групповые замерные установки и дожимные насосные станции: нефть поступает на нефтесборный пункт или парк, где она подвергается подготовке — обезвоживанию и обессоливанию, а затем насосными внешней перекачки перекачивается на товарные парки нефтепроводных управлений.
Существует широкий ряд различных установок по подготовке нефти которые подбираются в зависимости от производительности нефтесборного парка (пункта) и качества нефти (процентное содержание в нефти солей и воды). Эти установки можно разделить на два вида: установки, на которых подготовка нефти осуществляется путем нагрева — термохимический метод; установки, на которых осуществляется комплексная подготовка нефти — обезвоживание и обессоливание с получением кондиционной продукции, где подготовка нефти производится термохимическим методом с обработкой ее в электрическом поле с помощью электроде гидратора.

Горизонтальный электродегидратор
Рис. 7. Горизонтальный электродегидратор:

1 — выходной нефтяной коллектор; 2 — электроды; 3 — коллектор сброса воды; 4 — входной нефтяной коллектор; 5 — корпус
Рис. 6. Вертикальный электродегидратор:
1 — распределительная головка; 2 — шестиугольная звезда; 3 — проходной изолятор; 4 — изоляторы; 5 — верхний электрод; 6 — цилиндрический сосуд диаметром 300 мм; 7 — нижний электрод; 8 — вертикальный стояк

Сущность обработки нефти в электрическом поле заключается в том что под действием его заряженные частицы воды направляются к электродам дегидратора. Частицы воды приобретают заряд благодаря перемещению эмульсии под действием внешних сил (гравитация, давление насоса и др.) и удалению от них части зарядов. Две частицы воды, разделенные слоем нефти, могут рассматриваться как элементарный конденсатор. Под действием внешнего электрического поля эти частицы приобретают разноименные заряды и стремятся притянуться друг к другу. Это вызывает деформацию защитных оболочек. Под воздействием поля на частицы воды происходит разрушение защитных оболочек, как в результате столкновений частиц, так и в результате пробоя нефти между соседними частицами. Происходит слияние частиц и оседание капель воды.
На нефтепромыслах применяют электродегидраторы промышленной частоты и повышенной частоты.
В зависимости от производительности установки по комплектной подготовке нефти (УКПН) частоты электрического поля и качества нефти в нашей стране применяют электродегидраторы трех видов — вертикальный (рис. 6), горизонтальный (рис. 7) и шаровой.

Газокомпрессорные станции

Для компримирования попутного нефтяного газа на нефтяном промысле сооружают компрессорные станции, на которых производится очистка газа от сероводорода и компримирование его для транспорта. Наиболее часто на нефтепромыслах применяют газокомпрессоры с газомоторным приводом. Однако используют и газокомпрессоры с электрическим приводом. К таковым относятся: винтовой газовый компрессор ЭВКГ-25/5 с электродвигателем мощностью 160 кВт, винтовой газовый компрессор ВК-4/5-13 с электродвигателем 75 кВт, поршневые компрессоры ГСТ-4, 2СТ-50 с электродвигателями мощностью 160—200 кВт, поршневые компрессоры ДСГ-62,2СТ-25-250 с электродвигателями мощностью 200—220 кВт. Еще можно встретить на старых нефтяных промыслах (Азербайджан, Башкирия) компрессорные станции с ротационными компрессорами РСК-8 с приводом от электродвигателя мощностью 160- 220 кВт, а также компрессоры с приводом от асинхронных электродвигателей ДАМСО-147-8 мощностью 200 кВт, синхронных электродвигателей СМ-300-750, ДС-1408-8 мощностью 217 кВт. Эти агрегаты установлены в капитальных зданиях с перегородкой между помещениями компрессоров и электродвигателей.
В настоящее время такие компрессорные станции не строятся, так как заводы выпускают отдельные блоки технологического оборудованю в специальном укрытии, оснащенные всеми необходимыми приборам  защиты, автоматики и измерения, из которых монтируется компрессорная станция на любую подачу.
График нагрузки газокомпрессорной станции на нефтяном промысле характеризуется постоянством нагрузки в течение суток.

Объекты поддержания пластового давления

К объектам поддержания пластового давления относятся кустовые насосные станции для закачки воды в нефтяной пласт, водозаборы чистой воды, установки по очистке сточных вод.
В настоящее время все объекты поддержания пластового давления изготавливают в блочном исполнении заводы Миннефтепрома и Миннефтегазстроя.
Заводнение нефтяных пластов — сложный и длительный процесс с использованием больших объемов воды. В связи с этим, первостепенное значение имеет водоснабжение системы заводнения.
Проблема водоснабжения при заводнении сводится к следующему:
выбору надежного источника водоснабжения, бесперебойно обеспечивающего необходимым количеством воды на весь период осуществления процесса заводнения месторождения;
определению необходимого количества воды для закачки в пласты и разработке технологии ее очистки.
На основании длительного опыта эксплуатации нефтяных месторождений установлено, что при площадном заводнении требуется 10-15 м3 воды на 1 т добытой нефти, а при законтурном и внутриконтурном заводнении пластов - 1,5-2 м3 на 1 т нефти.
Для заводнения нефтяных пластов преимущественно использую! пресные воды открытых поверхностных водоемов, легко доступных и не требующих сложных методов их подготовки для закачки в нефтяные пласты.
На нефтепромыслах Западной Сибири кроме пресной воды для заводнения используют воды сеноманского горизонта, насыщенные метаном, в связи с чем для отделения его на кустовых насосных станциях предусматривают узел сепарации.

Для заводнения нефтяных пластов применяют пластовые и сточные воды, освобождающиеся при дезмульсации и обессоливании нефти. Применение сточных вод в системе заводнения кроме экономии пресной воды позволяет увеличить нефтеотдачу пластов, так как в сточных водах содержится некоторое количество поверхностно-активных веществ (дисолван, НЧК и т.д.).
Основные требования, предъявляемые к водозаборным сооружениям, следующие: постоянная и достаточная мощность, высокое и устойчивое качество воды в течение года, близость к району заводнения, простота технического решения забора воды и его строительства, а также экономичность по размерам капитальных затрат и эксплуатационным расходам.
Перед закачкой в нефтяной пласт вода проходит специальную подготовку на водоочистных станциях. Технологическая схема и состав сооружений водоочистных станций определяется физико-химическими свойствами и загрязненностью поступающей на очистку воды. Наиболее распространенный состав сооружений водоочистной станции включает в себя вертикальный смеситель, осветлители или горизонтальные отстойники, двухслойные фильтры, резервуары чистой воды и реагентное хозяйство.
Нагнетание очищенной воды в продуктивный горизонт осуществляется кустовыми насосными станциями (КНС). Число КНС, их расположения на месторождении, а также мощности устанавливаемых насосов определяются на основе проекта разработки залежи и технико-экономических расчетов. Обычно КНС размещают вблизи нагнетательных скважин во избежание больших гидравлических потерь при закачке воды.
В КНС устанавливают от двух до пяти центробежных насосов, один из которых является резервным. Наибольшее распространение получили КНС с тремя насосами, которые обеспечивают закачку воды в 10-15 нагнетательных скважин в зависимости от их приемистости.
В последние годы в Татарии и других нефтедобывающих районах в связи с осуществлением очагового заводнения появились КНС с одним рабочим насосом. В Западной Сибири получили распространение КНС с большим числом насосов — до 12—15 шт.
При эксплуатации КНС ранее установленные в них насосы по мере разработки нефтяных месторождений заменяют новыми с более высоким напором, так как возникает необходимость в повышении давления на линии нагнетания с целью интенсификации добычи нефти (табл. 10).
В связи с техническим перевооружением нефтяной промышленности, направленным на внедрение в обустройство нефтепромыслов блочнокомплектных технологических установок, создаются блочные кустовые насосные станции (БКНС) заводского изготовления.
БКНС позволяют при минимальных строймонтажных затратах быстро и оперативно вводить их в эксплуатацию, проводить наращивание новых мощностей по закачке воды в продуктивные пласты и проводить реконструкцию без каких-либо нарушений в работе и без остановки существующих насосных агрегатов.
На заводах Миннефтепрома и Миннефтегазстроя изготавливают следующие блочные автоматизированные блочные установки

Техническая характеристика насосов


Марка

Давление на линии нагнетания, кПа

Подача, м3/ч

8НД-10Х5

4000-6000

150-300

АЯП-3-150Х600

4000-6000

150-300

5 МС-7Х10

10 000-12 000

150

9Ц-12

15 000

160

ЦН-180Х150

15 000

150

ЦН-180Х200

20 000

150

для объектов подготовки и закачки воды: установки очистки сточных вод УОВ-750, УОВ-15СЮ, УОВ-3000, УОВ-10 000; кустовые насосные станции БКНС-2-100, БКНС-3-100, БКНС-1-150, БКНС-2-150, БКНС-3-15С БКНС-2-200, БКНС-3-200 и др.
Объекты поддержания пластового давления работают, практически круглосуточно без заметного изменения нагрузки. Поэтому графики нагрузки этих объектов, практически, не изменяется во времени.
Объекты вспомогательного назначения
К объектам вспомогательного назначения на нефтепромысле относятся различные базы обслуживания: базы бурения, ремонтные базы нефтегазодобывающих управлений, базы автохозяйств и т.п. Нагрузки эти: объектов изменяются в течение суток в зависимости от сменности работы предприятия и состава токоприемников. В состав токоприемнико1 объектов вспомогательного назначения входят металлообрабатывающие станки, сантехническое оборудование, сварочное оборудование и испытательные стенды.



 
« Частотно-регулируемые электроприводы   Электрическая дуга переменного тока и ее гашение »
электрические сети