Разработка и исследование модуля линейного вентильного электродвигателя для погружных нефтедобывающих насосов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат наук Шутемов, Сергей Владимирович

• Шутемов, Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Шутемов, Сергей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СОСТАВЕ НЕФТЕДОБЫЧНЫХ АГРЕГАТОВ И ОБОСНОВАНИЕ ПРЕИМУЩЕСТВ ЦЛВД

1.1. Электропривод в составе нефтедобычных агрегатов

1.2. Обоснование преимуществ применения ЦЛВД в качестве привода плунжерных нефтедобычных агрегатов

1.3. Требования к модулю ЦЛВД для нефтедобычного агрегата

1.4. Выводы по главе 1

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПРОЦЕССОВ В МОДУЛЕ ЦЛВД

2.1. Обоснование предложенного метода расчета

2.2. Идеализированная модель электромагнитных процессов с приведением трехмерного распределения поля к двухмерному

2.3. Алгоритм расчета ЦЛВД методом конечных элементов на основе идеализированной математической модели

2.4. Выводы по главе 2

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МОДУЛЯ ЦЛВД

3.1. Преобразование геометрии ЦЛВД от трехмерной к двухмерной

в соответствии с алгоритмом расчета

3.2. Расчет круговой двухмерной модели методом конечных

элементов

3.3. Определение тягового усилия вторичного элемента

3.4. Расчет электрических характеристик модуля ЦЛВД

3.5. Выводы по главе 3

4. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНДУКТОРА И ВТОРИЧНОГО ЭЛЕМЕНТА МОДУЛЯ ЦЛВД С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ТЯГОВОГО УСИЛИЯ

4.1. Описание возможных конструкций магнитной системы

4.2. Исследование характеристик различных конструкций ЦЛВД

4.3. Выводы по главе 4

5. ИСПЫТАНИЯ МОДУЛЯ ЦЛВД В СТАТИЧЕСКОМ И ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ

5.1. Разработка макета ЦЛВД

5.2. Исследование статических характеристик модуля ЦЛВД

5.3. Исследование динамических характеристик модуля ЦЛВД

5.4. Автоматизация привода ЦЛВД

5.5. Выводы по главе 5

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕНИЯ МЕЖДУ ИНДУКТОРОМ И ВТОРИЧНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НА УСИЛИЕ ЦЛВД

6.1. Взаимодействие между индуктором и вторичным элементом ЦЛВД

6.2. Модернизация ЦЛВД для устранения усилия тяжения и повышения тягового усилия

6.3. Выводы по главе 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Нефтедобычной агрегат ПБЭНА с составными

частями

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Сведения о реализации результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование модуля линейного вентильного электродвигателя для погружных нефтедобывающих насосов»

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим фактором функционирования мировой экономики является разумное использование нефтяных ресурсов. На современном уровне научно-технического прогресса цивилизация не может существовать без использования нефти. Потребление нефтепродуктов постоянно растет. В настоящее время доля нефти и нефтепродуктов в мировом балансе энергетики составляет более 46% [91].

Для нефтяной промышленности Российской Федерации характерна неблагоприятная геолого-технологическая структура запасов, что обусловлено истощением месторождений. Наблюдается тенденция повышения глубины добывающих скважин, перехода многих скважин в разряд средне- и малодебитных. Количество таких скважин постоянно возрастает. Это связано с переходом месторождений в завершающую стадию разработки. Приходится использовать ранее законсервированные малодебитные скважины. Происходит ввод в эксплуатацию месторождений с низкопродуктивными пластами. Повышаются глубины вводимых в эксплуатацию скважин на вновь открытых месторождениях. Все это обусловлено постепенным повышением спроса на нефть со стороны мировой экономики и уменьшением запасов на старых месторождениях.

Для повышения нефтедобычи необходимо вводить в строй малодебитные скважины, повышать глубину вновь вводимых в строй. При добыче нефти из малодебитных скважин их можно перевести в непрерывный режим работы. Это позволит поднять эффективность добычи, что подтверждено многочисленными исследованиями [20,59]. Соответственно, главной задачей, стоящей перед нефтедобытчиками, является рациональное использование истощенных месторождений. Это можно добиться повышением глубины вновь вводимых скважин, и вовлечением в разработку залежей с тяжело добываемой нефтью [3, 58]. В связи с этим все большее значение приобретают вопросы, связанные с научным обоснованием

создания и эксплуатации нового нефтепромыслового оборудования. Эффективность всего процесса эксплуатации нефтяных месторождений зависит от надежности и эффективности добывающего оборудования, в том числе не нужно забывать об экономической эффективности [51].

В современной практике нефтедобычи в России сформировались два основных вида добычных насосных агрегатов: плунжерный насос станков-качалок и центробежный погружной насосный агрегат [59]. Каждый добычной агрегат имеет свои преимущества и недостатки. Центробежные погружные насосы нецелесообразно эффективно использовать при дебите более 40 куб.м. в сутки [18], поэтому наиболее эффективным вариантом для низкодебитных скважин остается погружной плунжерный насос станка-качалки [2].

Наличие колонны штанг в составе станка-качалки приводит к низкому КПД, которое у насосного агрегата из-за трения оказывается в пределах 2547 процентов [41]. При этом возникает опасность обрыва колонны штанг, так как с увеличением глубины добычи более 2000 метров их вес становится критическим. Наличие переменных упругих деформаций колонны штанг не позволяет полностью использовать рабочий ход плунжера в цилиндре. При эксплуатации скважин штанговыми глубинными насосами происходит эмульгирование нефти в насосно-компрессорных трубах за счет возвратно-поступательного движения штанг [58].

Использование плунжерного насоса, сочлененного с цилиндрическим линейным вентильным двигателем, позволяет снизить трение из-за отсутствия колонны штанг и повысить общий КПД установки в целом, по сравнению со станком-качалкой. Передача энергии к забою скважины в виде электрической энергии по кабелю намного эффективнее, чем механическая передача штангой. Учитывая, что в основу насосного агрегата положен общеизвестный плунжерный насос, основное внимание при разработке насосного агрегата было уделено проектированию и исследованию цилиндрического линейного вентильного двигателя.

Актуальность темы.

В связи с необходимостью повышения эффективности добычи нефти, используемые в настоящее время для мало- и среднедебитных, а также глубоких скважин, погружные плунжерные насосы с колонной насосных штанг, не удовлетворяют в полной мере запросам потребителей. В этой связи возникла необходимость разработки эффективного линейного вентильного электропривода для создания погружных плунжерных бесштанговых электронасосных агрегатов.

Важной задачей является разработка рекомендаций по проектированию цилиндрического линейного вентильного электродвигателя для глубоких и малодебитных скважин, а также разработка инженерных методик расчета его электромагнитных процессов.

Степень разработанности темы исследования

Диссертационная работа является продолжением исследований, выполненным сотрудниками кафедры электротехники и электромеханики Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета (ПНИПУ) в области линейных вентильных машин и дополняет их. На текущий момент единственным разработчиком таких двигателей в мировой практике является Китайская Народная республика (КНР), но информация об этих разработках не публикуется в открытой печати.

Объектом исследования является модуль цилиндрического линейного вентильного электродвигателя, который используется в качестве погружного электропривода плунжерного насоса для добычи нефти.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка и исследование модуля цилиндрического линейного вентильного электродвигателя с постоянными магнитами (ЦЛВД), который предполагается использовать в качестве электропривода погружного плунжерного бесштангового электронасосного агрегата.

Для выполнения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Обосновать рациональность использования цилиндрического линейного вентильного электродвигателя в качестве электропривода погружного плунжерного бесштангового электронасосного агрегата, в зависимости от дебита и глубины скважины.

2. Сформулировать требования к цилиндрическому линейному вентильному электродвигателю для мало-, среднедебитных и глубоких скважин.

3. Разработать идеализированную расчетную модель электромагнитных процессов для расчета ЦЛВД.

4. Разработать методику расчета электромагнитных процессов ЦЛВД.

5. Обосновать выбор элементов конструкции магнитной цепи индуктора и вторичного элемента ЦЛВД.

6. Разработать рекомендации по выбору геометрических элементов двигателя и параметров обмотки для получения максимальной удельной тяги.

7. На базе выполненных исследований разработать и изготовить модуль линейного вентильного электродвигателя, передать эскизный проект на ПАО «Мотовилихинские заводы».

Методы исследования.

В работе используется теория электромагнитного поля и теория нелинейных магнитных цепей, применяются методы теории электрических цепей. Также применяются методы математического моделирования и элементы функционального анализа. Поставленные задачи решены на базе предложенной идеализированной модели ЦЛВД с использованием двухмерного расчета электромагнитного поля методом конечных элементов. Расчет поля проводился в пакетах ЕЬСиТ, АНБУБ. Методы компьютерного моделирования осуществлялись в математических пакетах ЫЛТИСЛО, МЛТЬЛБ. Эксперименты осуществлены на образце модуля ЦЛВД, разработанного на основании исследований автора.

Достоверность полученных результатов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, обеспечена корректным использованием математического аппарата, соответствием результатов теоретического анализа и вычислительных экспериментов, успешным использованием положений диссертации в ходе выполнения научно-исследовательских работ, обсуждением положений и результатов работы с зарубежными и российскими специалистами в ходе конференций и научных мероприятий.

Теоретическая значимость работы:

Полученные научные результаты расширяют теоретическую базу в области проектирования линейных вентильных электрических машин. Полученные новые аналитические зависимости уточняют и совершенствуют методику проектирования электрических машин этого класса. В результате проведенных автором исследований раскрыты особенности применения ЦЛВД в качестве привода ПБЭНА в деле добычи нефти для оценки эффективности применения нового класса приводов. Разработана методика расчета модуля ЦЛВД и получено математическое описание электромагнитных процессов в двигателе, что позволяет упростить полевую задачу. Раскрыты особенности методики выбора рациональной конструкции магнитной цепи, элементов индуктора и вторичного элемента модуля ЦЛВД, что позволяет в перспективе проводить оптимизацию конструкции двигателя.

Практическая ценность.

1. В результате проведенных автором исследований обосновано применение ЦЛВД в качестве привода погружного плунжерного электронасосного агрегата для нефтяных скважин.

2. Выбрана расчетная модель ЦЛВД и получено математическое описание электромагнитных процессов в двигателе. Модель позволяет

произвести расчеты двигателя с малыми затратами времени и приемлемой точностью.

3. Предложена методика расчета модуля ЦЛВД, основанная на совместном применении теории нелинейных магнитных цепей и расчета электромагнитного поля методом конечных элементов. Проверена точность расчета по выбранной методике.

4. Разработаны рекомендации по рациональному выбору конструкции магнитной цепи элементов индуктора и вторичного элемента модуля линейного вентильного электродвигателя.

5. Разработанная математическая модель положена в основу расчета и проектирования реального ЦЛВД. На базе расчетов ЦЛВД был спроектирован и изготовлен погружной бесштанговый насосный агрегат (ПБЭНА), который предполагается использовать для добычи нефти из скважин.

Реализация работы.

Проведенные исследования являются частью научно-исследовательских и проектных работ, которые проводятся в ФГБОУ ВПО «ПНИПУ» по заказу ОАО «Мотовилихинские заводы» при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (договор № 02.G25.31.0068 от 23.05.2013 г. в составе мероприятия по реализации постановления Правительства РФ № 218). Результаты исследований реализованы при проектировании и расчетах цилиндрического линейного вентильного электродвигателя в качестве привода для погружного плунжерного бесштангового электронасосного агрегата.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

Разработана идеализированная математическая модель электромагнитных процессов ЦЛВД, которая учитывает вариацию магнитного поля в двигателе по всем трем координатам.

Разработан алгоритм расчета электромагнитных процессов модуля ЦЛВД. Алгоритм совмещает численное моделирование электромагнитного поля на двухмерной полевой модели и геометрические размеры двигателя с трехмерной вариацией поля.

В работе рассмотрены различные варианты магнитных систем. Результаты анализа возможных конструкций элементов индуктора и вторичного элемента модуля ЦЛВД использованы для получения максимальной удельной величины тяги.

Разработана методика расчета эффекта тяжения модуля ЦЛВД при асимметрии положения вторичного элемента относительно индуктора.

Проработка поставленных задач осуществлена на качественно новом современном уровне, достигнуты цели диссертации и проведена выработка новых научных методик.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Идеализированная математическая модель электромагнитных процессов ЦЛВД, которая учитывает распределение магнитного поля в двигателе по всем трем координатам и позволяет преобразовывать трехмерную модель к двухмерной. Модель может быть быстро рассчитана методом конечных элементов, в ней учитывается влияние реакции якоря, насыщение стали магнитопровода и МДС постоянных магнитов.

2. Алгоритм расчета электромагнитных процессов модуля ЦЛВД. Алгоритм совмещает численное моделирование электромагнитного поля на двухмерной полевой модели и геометрические размеры двигателя с трехмерной вариацией поля.

3. Результаты анализа при рассмотрении возможных вариантов конструкций элементов индуктора и вторичного элемента модуля линейного вентильного электродвигателя, с целью увеличения удельной тяги.

4. Результаты экспериментальных исследований опытного макета цилиндрического линейного вентильного двигателя.

5. Методика расчета эффекта тяжения модуля цилиндрического линейного вентильного двигателя для определения сил трения вторичного элемента об индуктор.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на следующих научных конференциях:

- II Международная научно-техническая конференция «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике». Пермь, ПНИПУ, 2122 апреля 2016 г.

- I Международная научно-техническая конференция «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике». Пермь, ПНИПУ, 2425 сентября 2015 г.

- XIV Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий». Екатеринбург, УрФУ, 17-20 марта 2014 г.

- На краевой научно-технической конференции "Автоматизированные системы управления и информационные технологии". Пермь. ПНИПУ, 22 мая 2013 г.

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, восемь из которых входят в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка используемой литературы и 2 приложений общим объемом 139 страниц. Основной текст изложен на 133 страницах машинописного текста, иллюстрирован 43 рисунками, 14 таблицами. Библиографический список включает 98 наименований.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, в нем сформулирована цель и поставлены задачи исследования. Описывается практическая ценность работы и ее новизна, утверждаются основные положения, выносимые на защиту. Приведены сведения об основных вопросах, рассмотренных в диссертации и публикациях.

В главе 1 производится обоснование применения цилиндрического линейного вентильного двигателя в качестве привода погружного плунжерного электронасосного агрегата для нефтяных скважин в зависимости от глубины и режима работы. Описывается современное состояние электропривода в составе нефтедобычных агрегатов.

В главе 2 описывается математическая модель электромагнитных процессов в модуле линейного вентильного электродвигателя. Модель совмещает численное моделирование электромагнитного поля на двухмерной полевой модели и геометрические размеры ЦЛВД с трехмерной вариацией поля. Описан алгоритм последовательности расчетов ЦЛВД.

В главе 3 подробно описывается алгоритм последовательности расчетов ЦЛВД, состоящий из нескольких этапов. Производится расчет характеристик модуля линейного вентильного электродвигателя.

Глава 4 рассматривает возможные конструкции элементов индуктора и вторичного элемента модуля линейного вентильного электродвигателя. Производится выбор наиболее рациональной конструкции ЦЛВД с точки зрения получения максимального тягового усилия.

В главе 5 описываются испытания модуля ЦЛВД в статическом и динамическом режимах. Представлено сопоставление экспериментальных характеристик ЦЛВД с расчетными.

В главе 6 проведено исследование влияния тяжения между индуктором и вторичным элементом на тяговое усилие ЦЛВД. Рассматривается возможное изменение конструкции элементов модуля линейного вентильного электродвигателя для уменьшения влияния эффекта

тяжения. Производится выбор наиболее рациональной конструкции ЦЛВД с учетом необходимости ослабления данного эффекта.

В заключении приведены основные выводы по результатам работы. В приложении 1 приведено описание нефтедобычного агрегат ПБЭНА, в состав которого входит привод ЦЛВД, с составными частями. В приложении 2 приведены акты внедрения результатов работы.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СОСТАВЕ НЕФТЕДОБЫЧНЫХ АГРЕГАТОВ И ОБОСНОВАНИЕ

ПРЕИМУЩЕСТВ ЦЛВД 1.1. Электропривод в составе нефтедобычных агрегатов.

Добыча нефти происходит за счет создания насосным агрегатом дополнительного давления, противодействующего силе тяжести столба скважинной жидкости. Создание дополнительного давления выполняют нефтедобычные агрегаты, представляющие из себя насосные установки с электроприводом (ЭП). Главная задача электропривода - обеспечить преобразование электрической энергии в механическую для работы насоса нефтедобычного агрегата. Кроме того важная функция электропривода состоит в регулировании процесса добычи пластовой жидкости, чтобы обеспечить максимально возможный дебит скважины.

Приток жидкости в скважину зависит от разности давлений между пластом, из которого добывается нефть, и давлением внутри скважины. Давления в забое скважины определяется динамическим уровнем жидкости, который может меняться. Приток нефти в скважину зависит от динамического уровня жидкости и называется характеристикой скважины. Каждая скважина имеет свою собственную характеристику, и с достаточной для практики точностью, ее можно принять прямолинейной [9, 20]. Рис. 1.1 показывает накопление нефтяной жидкости в скважине, что приводит к повышению динамического уровня, и в результате постепенно приток жидкости в скважину значительно уменьшается. Для повышения уровня добычи из скважины необходимо снижать динамический уровень.

Интенсивность добычи из скважины влияет на динамический уровень и приток нефтяной жидкости. При длительном режиме работы необходимо устанавливать производительность насосного агрегата меньше максимально возможного дебита скважины.

Рис. 1. 1 Примерный вид характеристики скважины где Им - максимальный уровень жидкости в скважине, Ин -номинальный уровень жидкости в скважине, Нк - уровень жидкости в скважине с минимальным дебитом, Qк - минимальный дебит скважины, Qн -

максимальный дебит скважины.

Тогда динамический уровень установится выше уровня насосного агрегата. При правильном подборе производительности добычи уровень жидкости устанавливается таким, что обеспечивается хорошее наполнение забоя скважины из пласта и достаточно большой дебит насоса (точка н на рис. 1.1). Таким образом, если обеспечить режим согласования производительности насоса с возможным дебитом скважины в непрерывном режиме работы, то можно увеличить количество добываемой нефтяной жидкости. Поэтому обеспечение непрерывного режима работы насосного агрегата с регулируемым уровнем добычи является весьма актуальной задачей. С этой целью все вновь проектируемые насосные агрегаты в обязательном порядке должны разрабатываться с учетом этого требования.

Требуемая мощность электродвигателя определяется параметрами насосного агрегата - объемной производительностью и величиной напора. Напор - расстояние от динамического уровня нефтяной жидкости в забое

скважины до уровня в закачиваемом резервуаре. Требования к мощности электропривода насоса определяется двумя этими параметрами эксплуатации, и максимальная добыча достигается при условии равенства скоростей притока и откачки нефтяной жидкости в забое скважины [33].

Регулирование насоса по производительности можно осуществлять различными способами:

1. Использовать насосный агрегат в режиме с периодической откачки нефти. Это осуществляется отключением двигателя при снижении динамического уровня жидкости ниже допустимого. Далее идет режим накопления жидкости в забое скважины.

2. Использование насосного агрегата в непрерывном режиме работы с регулированием частоты сети. Это возможно при включении в состав насосного агрегата преобразователя частоты (ПЧ). Преобразователь частоты позволяет решить вопрос согласования частоты и напряжения с требуемой скоростью движения вторичного элемента. Следует между тем отметить, что регулирование привода с помощью изменения частоты увеличивает стоимость агрегата [10,32,60].

3. Также возможно регулирование частоты вращения привода за счет изменения числа пар полюсов. Этот способ используется в станках-качалках, при этом привод осуществляется от АД.

Самым распространенным видом механизированной добычи нефти являются ШНУ (штанговая насосная установка), которыми оборудовано свыше половины фонда эксплуатируемых нефтяных скважин [2,40,57]. Такие установки называются станками-качалками, так как привод насосного агрегата находится на устье скважины. Станок-качалка производит перемещение плунжера насосного агрегата посредством длинной колонны штанг с рабочим режимом 3-10 качаний в минуту. Станки качалки обеспечивают высокий напор с ограниченным диапазоном подач от 5 до 50 куб.м/сут. В области добычи от 1 до 40 куб.м/сут станки-качалки имеют высокий КПД, который достигает значения в 37%, при подаче, равной 35

куб.м/сут. Таким образом, станки-качалки хорошо приспособлены для низко- и среднедебитных скважин.

Другим типом нефтедобывающих агрегатов являются установки центробежных погружных насосов (УЦН) [26, 27]. Данный тип насосного агрегата основан на вращении рабочего колеса с лопастями, создании центробежной силы, и получения напора по высоте. Данными установками оборудовано около 35% всего фонда скважин. Использование УЦН при добыче менее 80 куб.м/сут. приводит к тому, что их КПД резко падает ниже 35%. УЦН невозможно эффективно использовать при дебите менее 40 куб.м/сутки, так как при меньших дебитах резко (в разы) падает их КПД [53]. Именно поэтому такие установки имеет смысл использовать только на высокодебитных скважинах.

Из вышеизложенного, приходим к выводу: высокодебитные скважины рационально эксплуатировать центробежными насосами. В случае же средне- и малодебитных скважин, - насосами объемного типа, например плунжерными [1, 3, 22].

Необходимо также в обязательном порядке рассмотреть особенности эксплуатации малодебитных скважин. Малодебитными являются скважины, дающие приток жидкости менее 5 - 10 т /сутки.

При эксплуатации малодебитной скважины невозможно организовать непрерывный режим, так как нельзя уменьшить производительность глубинного насоса ниже определенной величины. В настоящее время малодебитные скважины вынуждены работать периодически. Основное время насос отключен, в течение длительного времени скважина заполняется пластовой жидкостью. Включение насоса происходит на несколько часов после заполнения скважины, что приводит к откачке накопившейся жидкости.

Достоинство периодического режима - возможность добычи нефти при существующей системе электропривода без необходимости переоборудования скважины [31, 41, 57].

В мировой практике нефтедобычи получили распространение следующие виды электродвигателей:

1. Стандартные промышленные АД для станков-качалок (ШНУ).

2. Погружные АД для центробежных насосов (УЦН).

3. Погружные вентильные электродвигатели с редкоземельными магнитами для центробежных насосов (УЦН).

Постепенно нефтяные месторождения истощаются. Результатом этого становится рост эксплуатации парка средне- и малодебитных скважин с помощью станков-качалок. При этом для обеспечения непрерывного режима работы привод должен обеспечивать низкую частоту качаний. Существуют и дополнительные требования к технологичности добычных агрегатов -простота конструкции, высокая надёжность в эксплуатации и низкая стоимость [12, 64].

В состав станков-качалок входит двухступенчатый редуктор Ц2НШ-450-40. Вращение от двигателя к редуктору передаётся клиноремённой передачей [80, 81]. При низкой частоте качаний малодебитные скважины можно переводить в непрерывный режим работы. Это позволяет существенно увеличить добычу нефти из этих скважин [20]. В результате производительность насоса устанавливается близкой к максимальному дебиту скважины, что позволяет добиться увеличения нефтяного дебита скважины.

В погружных электроприводах УЦН для нефтедобычи используются два типа приводов - асинхронный трехфазный маслонаполненный электродвигатель (АД) с короткозамкнутым ротором и вентильный трехфазный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе [45, 62, 66].

Использование погружных исполнений АД осложнено относительно низким КПД, из-за небольших диаметров скважин, что позволяет отнести конструкцию электродвигателей по массогабаритным показателям к микромашинам [13].

Для устранения этого недостатка погружных приводов на основе АД постепенно осуществлялся переход к регулируемым вентильным приводам с вытеснением из эксплуатации асинхронных [5,24]. Применение вентильных электродвигателей с постоянными магнитами на роторе позволило повысить удельные показатели привода в 3 раза по сравнению с АД [8]. При этом важно отметить, что увеличивается именно показатель момента (усилия) электродвигателя. Повышение характеристик электродвигателей произошло за счет возбуждения мощного магнитного поля на роторе от редкоземельных магнитов. Это позволило улучшить удельные характеристики двигателей [96, 97].

В УЦН с приводом от АД номинальная частота вращения серийного насоса около 2910 об/мин, что обусловлено частотой вращения магнитного поля 2-х полюсного ПЭД. Данная частота вращения не является оптимальной для всех условий эксплуатации по дебиту скважины. Регулируемый же привод на основе ВД позволяет регулировать частоту вращения насоса и обеспечивает более эффективную работу УЦН, позволяет добывать нефтяную жидкость с высокими дебитами и в непрерывном режиме из скважин с низким пластовым давлением [98].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шутемов, Сергей Владимирович, 2017 год

Список литературы

1. Абдулин Ф.С. Добыча нефти и газа / Ф.С. Абдулин. М.: Недра, 1983. 256 с.

2. Адонин А. Н. Добыча нефти штанговыми насосами / А.Н. Адонин. М.: Недра, 1979. 425 с.

3. Адонин А.Н. Процессы глубиннонасосной добычи нефти / А.Н. Адонин. М.: Недра, 1964. 263 с.

4. Альтман А. Б. Постоянные магниты: Справочник / А. Б. Альтман, и др., Ред. Ю. М. Пятин. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергия, 1980. 488 с.

5. Альтшуллер М. И. Регулируемый электропривод с вентильным двигателем для погружных насосов нефтяных скважин / М. И. Альтшуллер, Б. В. Аристов и др. // «Электротехника», 2001. №2. С.20-24.

6. Амосов А. А. Вычислительные методы для инженеров: Учеб. пособие / А. А. Амосов, Ю. А. Дубинский, Н. В. Копченова. - М.: Высш. школа, 1994. 544 с.: ил.

7. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анго. пер. с фр. под общ. ред. К.С. Шифрина. М.: Наука, 1964. 772 с.

8. Аракелян А. К. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором / А. К. Аракелян, А. А. Афанасьев, М. Г. Чиликин, Ред. М. Г. Чиликин. - М.: Энергия, 1977. 224 с.

9. Андреев В.В. Справочник по добыче нефти / В.В. Андреев, К.Р. Уразаков, В. У. Далимов. Москва: Изд-во: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. 374 с.

10. Аракелян А. К. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. В 2-х кн. Кн.1. Вентильные электрические машины / А. К. Аракелян, А.А. Афанасьев. - М.: Энергоатомиздат, 1997. 509 с.

11. Арнольд Р. Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. - М.: Энергия, 1969. 184 с.: ил.

12. Архипов К.И. Справочник по станкам-качалкам / К.И. Архипов, В.И. Попов, И.В. Попов. Альметьевск, 2000. 146 с.

13. Балагуров В. А. Электрические машины с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев, Л. А. Ларионов. Ред. Ф. М. Юферов. - М. - Л.: Изд-во «Энергия», 1964. 480 с.: ил.

14. Байбаков М. С. Алгоритм управления цилиндрическим линейным вентильным двигателем с постоянными магнитами / Байбаков М. С., Ключников А.Т., Коротаев А.Д., Шутемов С.В. // Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике. 2015. Т.13. № 9. С.184-189.

15. Байбаков М. С. Система управления цилиндрического вентильного двигателя возвратно-поступательного движения / М. С. Байбаков, А. Д. Коротаев, А. Т. Ключников, С. В. Шутемов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2015. Т. 13. № 9. С 64-69.

16. Беляев Е.Ф. Дискретно-полевые модели электрических машин: учеб. пособие. Ч. I, II / Е.Ф. Беляев, Н.В. Шулаков. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 457 с.

17. Бинс К. Анализ и расчет электрических и магнитных полей / К. Бинс, П. Лауренсон. - М.: Энергия, 1970. 376с.

18. Богданов А. А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти / А. А. Богданов. - М.: Недра, 1986. 272с.

19. Брынский Е.А. Электромагнитные поля в электрических машинах / Е.А. Брынский, Я.Б. Данилевич, В.И. Яковлев. Л.: Энергия, 1979. 176 с.

20. Бурмакин А. М. Низкоскоростной дугостаторный асинхронный двигатель для станков-качалок малодебитных нефтяных скважин: 05.09.01. -Электрические машины: Диссертация кандидата технических наук / А. М. Бурмакин, Ур. федер. ун-т имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. -Екатеринбург, 2011. 166 с.: ил.

21. Бэетрэу С. А. Бездатчиковое управление вентильным двигателем / С. А. Бэетрэу, А. Т. Ключников, А. Д. Коротаев, А. М. Мирзин, С. В. Шутемов // Материалы краевой научно-технической конференции "Автоматизированные

системы управления и информационные технологии", 22 мая 2013 г. - Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2013. С. 352-360.

22. Вирновский А.С. Теория и практика глубиннонасосной добычи нефти / А.С. Вирновский. М.: Недра, 1982. 267 с.

23. Вишняков С. В. Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса АКБУБ: Учебное пособие по курсу "Теория электромагнитного поля" по направлению "Информатика и вычислительная техника" / С. В. Вишняков, Н. М. Гордюхина, Е. М. Федорова, Ред. Ю. А. Казанцев, Московский энергетический институт (ТУ). - М.: Изд-во МЭИ, 2003. с. 100.

24. Вольдек А.И. Электрические машины. Учеб. для студ. втузов / А.И. Вольдек. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1974. 840 с.

25. Гейман М. А. Бесштанговая насосная эксплуатация / М. А. Гейман // Нефтяное хозяйство, 1945, №11-12, С.18-21.

26. Гинзбург М. Я. Вентильные приводы УЭЦН - энергоэффективная техника нефтедобычи / М. Я. Гинзбург, В. И. Павленко // «Нефтесервис», 2006. №4. С.66-69.

27. Гинзбург М. Я. Привод УЭЦН на основе вентильного двигателя / М. Я. Гинзбург, В. И. Сагаловский // Тезисы доклада VI горно-геологического форума. С-Пб. 17-18 ноября 1998 г., С. 134-135.

28. Гольдберг О. Д. Испытание электрических машин / О. Д. Гольдберг. Учеб для вузов. 2-е изд., испр. - М.: Высш. школа, 2000. 255 с.: ил.

29. Гольдберг О. Д. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. пособие для вузов / О. Д Гольдберг, О. Б. Буль, И. С. Свириденко, С. П. Хелемская. Под ред. Гольдберга О. Д. - М.: Высш. школа, 2001. 512 с.: ил.

30. Гольдберг О. Д. Проектирование электрических машин / О. Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко. М.: Высш. шк, 1984. 431 с.

31. Грайфер В.И. Оптимизация добычи нефти глубинными насосами / В. И. Грайфер, С. Б. Ишемгужин, Г. А. Яковенко. Казань: Таткнигоиздат, 1973. 213 с.

32. Гульков Г. И. Системы автоматизированного управления электроприводами: Учеб. пособие / Г. И. Гульков, Ю. Н. Петренко, Е. П. Раткевич, О. Л. Симоненкова. Под общ. ред. Ю. Н. Петренко. - М.: Новое знание, 2004. 384 с.: ил.

33. Девликамов В. В. Интенсификация работы глубиннонасосных скважин / В. В. Девликаов, С. Л. Олифер, Г. Н. Конышенко. Уфа: Башкнигоиздат, 1970. 71 с.

34. Дианов А. Н. Бездатчиковая система управления вентильным двигателем / А. Н. Дианов, В. Ф. Козаченко, В. Н. Остриров, А. М. Русаков // IV Международная (XV Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу, 14-17 сентября 2004 г., Магнитогорск. С. 194 - 199.

35. Зенкевич О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. 318 с.: ил.

36. Зечихин Б.С. Расчетные коэффициенты синхронных машин с редкоземельными магнитами / Б. С. Зечихин, С. В. Журавлев, Д. А. Ситин // Электричество, 2009, №3. C. 35-40.

37. Иванов-Смоленский A.B. Метод проводимостей зубцовых контуров и его применение к электромагнитному расчету ненасыщенной электрической машины с двусторонней зубчатостью сердечников // Электричество. 1976. №9. С. 18-28.

38. Иванов-Смоленский А. В. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А. В. Иванов-Смоленский, Ю. В. Абрамкин, А. И. Власов [и др.]. Ред. А. B. Иванов-Смоленский. - М.: Атомэнергоиздат, 1986. 216 с.: ил.

39. Иванов-Смоленский А. В. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика». - М.: Высш. школа, 1989. 312 с.: ил.

40. Ивановский В.Н. Скважинные насосные установки для добычи нефти / В.Н. Ивановский, В.И. Дарищев, А.А. Сабиров. М.: ГУП, Нефть и газ, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002. 824 с.

41. Ивановский В. Н. Оборудование для добычи нефти и газа. - М: Нефть и газ, 2002. 769с.

42. Кириллов С. В. Разработка синхронных вентильных электродвигателей с постоянными магнитами с пониженным уровнем зубцовых реактивных моментов: 05.09.01 - Электрические машины: Диссертация кандидата технических наук / С. В. Кириллов, Московский энергетический институт (МЭИ). - М., 1992 . 145 с.

43. Ключников А.Т. Моделирование цилиндрического линейного вентильного двигателя / А. Т. Ключников, А. Д. Коротаев, С. В. Шутемов // Электротехника. 2013. № 11. С. 14-17.

44. Ключников А.Т Цилиндрический линейный вентильный электродвигатель для погружного бесштангового насоса / А.Т. Ключников, А.Д. Коротаев, Н.В. Шулаков, С.В. Шутемов // I Международная научно-техническая конференция «Автоматизаци в электроэнергетике и электротехнике», 24-25 сентября 2015 г., Пермь. С. 158-162.

45. Кононенко Е. В. Синхронные реактивные машины / Е. В. Кононенко. М.: Энергия, 1970 . 208 с.

46. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин. Учебник для вузов по специальности «Электромеханика». 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1994. 318с.: ил.

47. Копылов И. П. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин. Изд. 3-е, испр. и доп. М.: Высш. шк, 2002. 757 с.

48. Коротаев А. Д. Поперечные усилия в линейных асинхронных двигателях / А.Д. Коротаев // Электрические машины и электромашинные системы: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. политехн. ин-т. Пермь, 1987. С. 13-18.

49. Коротаев А. Д. Экспериментальные исследования цилиндрического линейного вентильного электродвигателя / А. Д. Коротаев, Н. В. Шулаков, С.В. Шутемов // XIV Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий», 17-20 марта 2014 г., Екатеринбург. С. 198-200.

50. Круминь Ю. К. Основы теории и расчета устройств с бегущим магнитным полем / Ю.К. Круминь. Рига: Зинатне, 1983. 278 с.

51. Кузьмичев Н. П. Пути решения основных проблем механизированной добычи нефти // «Территория нефтегаз», 2005. № 10.

52. Ледовский А. Н. Электрические машины c высококоэрцитивными постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 168 с.: ил.

53. Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы / А. А. Лемакин. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1966. 364 с.

54. Милюша И. В. Разработка преобразователя частоты каскадного типа для двигателя погружного насоса / И. В. Милюша, А. М. Мирзин, А. Д. Коротаев, С.В. Шутемов // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. 882.

55. Мирзин А.М. Усилие тяжения цилиндрического линейного вентильного двигателя с постоянными магнитами между статором и вторичным элементом / А. М. Мирзин, А. Д. Коротаев, С. В. Шутемов // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. 883.

56. Мишин Д. Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие. - М.: Высш. школа, 1981 - 335 с.: ил.

57. Мищенко И. Т. Скважинная добыча нефти: учеб. пособие / И.Т. Мищенко. Москва: Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. 816 с.

58. Мухаметзянов А. К. Добыча нефти штанговыми насосами / А. К. Мухаметзянов, И. Н. Чернышов, А. И. Липерт, С.Б. Ишемгужин. М.: Недра, 1993. 352 с.

59. Нефть новой России. Ситуация, проблемы, перспективы / Общ. ред. В. Ю. Александров, Российская академия естественных наук (РАЕН). - М.: Древлехраиилище, 2007. 688 с.

60. Овчинников И. Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность) / И. Е. Овчинников: Курс лекций. СПб.: КОРОНА-Век, 2007. 336 с.: ил.

61. Овчинников И. Е. Закономерности проектирования вентильных двигателей с постоянными магнитами для станков с чпу и других механизмов / И. Е. Овчинников, Н. П. Адволоткин. Электротехника, 1988, №7. С.59-65

62. Огарков Е.М. Выбор электродвигателя при переводе скважины из циклического режима работы в непрерывный / Е.М. Огарков, А.М. Бурмакин // Проблемы комплексного освоения месторождений природных ископаемых в Пермском крае: Материалы краевой научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных / Перм. гос. техн. университет. Пермь: ГОУ ВПО, 2007. С. 236-238.

63. Огарков Е. М. Квазитрехмерная теория линейных асинхронных двигателей / Е.М. Огарков. Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2003. 240 с.

64. Огарков Е. М. Определение главных размеров линейных асинхронных электродвигателей с односторонним индуктором / Е. М. Огарков, С. В. Шутемов, А. М. Бурмакин // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2014. №4. С. 97-100.

65. Окунеева Н. А. Математическая модель электромагнитных процессов в вентильном двигателе / Н. А. Окунеева, А. М. Русаков, А. Н. Соломин, И. В. Шатова // «Вестник МЭИ», 2007. №3. С.33-40.

66. Окунеева Н. А. Разработка и исследование электропривода для нефтедобывающих насосов с погружным магнитоэлектрическим двигателем:

05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы: Диссертация кандидата технических наук / Н. А. Окунеева, Моск. энергет. ин-т. - Москва, 2008. 204 с.: ил.

67. Плахтына Е. Г. Математическое моделирование электромашинно-вентильных систем. - Львов : Вища шк. / Изд-во при Львов. ун-те, 1986. -164с. : ил.

68. Постников И.М. Проектирование электрических машин / И.М. Постников. Киев: Государственное Издательство технической литературы УССР, 1952. 736 с.

69. Сагаловский В. И. Комплектный регулируемый привод погружных электроцентробежных насосов на основе вентильного электродвигателя для добычи нефти (КП ЭЦП-ВД): Материалы совещания главного управления по добыче нефти и газа по вопросу «Повышение эффективности работы механизированного фонда скважин ОАО «ЛУКОЙЛ». Москва, 20-23 октября, 1998 г.,147-154 с.

70. Самарский А. А. Численные методы математической физики / А. А. Самарский, А. B. Гулин. - М.: Научный мир, 2000. 316 с.

71. Свечарник Д.В. Линейный электропривод / Д.В. Свечарник. М.: Энергия, 1979. 152 с.

72. Семенов В. В. Линейный асинхронный двигатель плунжерного насоса со вторичным элементом, совмещающем функции рабочего тела и управления: 05.09.01. - Электрические машины: Диссертация кандидата технических наук / В. В. Семенов, Ур. федер. ун-т имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. - Екатеринбург, 1982. 329 с.: ил.

73. Сергеев П. С. и др. Проектирование электрических машин / П.С. Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов. Изд. 3-е, переработ. и доп. М.: Энергия, 1969. 632 с.

74. Сильвестер П. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: пер. с англ. / П. Сильвестер, Р. Феррари. - М.: Мир, 1986. 229 с.

75. Сипайлов Г. А. Математическое моделирование электрических машин (АВМ): Учебное пособие для вузов по специальности "Электрические машины" /Г. А. Сипайлов, А. В. Лоос. - М.: Высш. школа, 1980. 176 с.

76. Соколов М.М. Электропривод с линейными двигателями / М. М. Соколов, Л.К. Сорокин. М.: Энергия, 1974. 136 с.

77. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением. М.,: «Академия», 2006. 272 с.

78. Стадник И. П. Синтез и оптимизация сборных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов и систем для их намагничивания / И. П. Стадник, А. И. Гриднев, Н. И. Клевец, Н. А. Калин, Л. К. Горская // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1987. № 6. С. 121-128.

79. Судаков А.И. Развитие возможностей вероятностно-статистических методов достоверной идентификации длительных переходных процессов мощных синхронных машин в опытах гашения поля / А. И. Судаков Е. А. Чабанов, Н. В. Шулаков, С. В. Шутемов // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. №2(22). С. 213-220.

80. Состояние штанговой глубиннонасосной эксплуатации нефтяных скважин за рубежом: обзор зарубежной литературы. Сер. Нефтепромысловое дело. - М: ВНИИОЭНГ , 1976. 52 с.

81. Справочник по добыче нефти. / Под ред. проф. И. М. Муравьева. - М: Гостоптехиздат, 1959, т.2. - 591 с.

82. Хейгеман Л., Янг Д. Прикладные итерационные методы: Пер. с англ. м.: Мир,1986. 448с.

83. Чиликин М. Г. Основы автоматизированного электропривода.: Учеб. пособие для вузов / М. Г. Чиликин, М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шинянский. - М.: «Энергия», 1974. 568 е.: ил.

84. Численные методы анализа электрических машин / Ред. Я. Б. Данилевич. - Л.: Наука: Ленинградское отделение, 1988. 224 с.: ил.

85. Шимчак И.В. Инновационные конструкции магнитных систем синхронных машин с постоянными магнитами.- Электричество, 2009, №9. С.37-44.

86. Шулаков Н.В. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе / Н. В. Шулаков, С. В. Шутемов //Электротехника. 2014. № 11. С. 18-22.

87. Шулаков Н. В. Метод расчета электромагнитных процессов в цилиндрическом линейном вентильном двигателе / Н. В. Шулаков, С. В. Шутемов // I Международная научно-техническая конференция «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике», 24-25 сентября 2015 г., Пермь. С. 163-169.

88. Шулаков Н. В. Применение цилиндрического линейного вентильного двигателя в качестве привода плунжерных нефтедобывающих агрегатов / Н. В. Шулаков, С. В. Шутемов // II Международная научно-техническая конференция «Автоматизация в электроэнергетике и электротехнике», 21 -22 апреля 2016 г., Пермь. С. 161-167.

89. Шулаков Н. В. Перспективы использования цилиндрического линейного вентильного двигателя в качестве привода плунжерных нефтедобычных агрегатов. / Н. В. Шулаков, С. В. Шутемов // Фундаментальные исследования 2016. № 12. Т. 4. С 795-799.

90. Щелкачев В. И Отечественная и мировая нефтедобыча. История развития, современное состояние и прогнозы / B. Н. Щелкачев, Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина. - М.: Ин-т компьют. исслед., 2002. 132 с. - Современные нефтегазовые технологии.

91. Щелыкалов Ю. Я. Математическое моделирование и автоматизация расчетов полей в электрических машинах и трансформаторах: 05.09.01 -Электрические машины: Диссертация доктора технических наук / Ю. Я. Щелыкалов, Ивановский энергетический институт им. В.И. Ленина. -Иваново, 1986 . - 490 с. Прил.: Автореферат

92. Шутемов С. В. Исследование цилиндрического линейного вентильного электродвигателя для погружного бесштангового насоса. / С. В. Шутемов // Фундаментальные исследования 2016. № 12. Т. 4. С 800-805.

93. ELCUT. Руководство пользователя. ПК TOP; С-Пб., 1989-2005, http: // elcut.ru

94. Alves M.F. Single-Sided Linear Induction Motor with Magnetic Material in the Secondary / M.F. Alves, P.E. Burke // IEEE Conference Record of IAS/1973, Eighth Annual Meeting, Milwaukee, Wisconsin, U.S.A., 8-11 October 1973. Р. 321-329.

95. 40. Electronic Control of Switched Reluctance Machines / Edited by T. J. Е. Milter. Newnes, 2001, 272 p.

96. Lawrenson P. J., Stephenson J. M. Variable-speed Switched Reluctance Motors // IEE Proc., vol. 127, Pt. B N4, June 1980. P. 253 - 265 р.

97. Pohl R. Theory of Pulsating-Field Machines. J. lEE. 1946, vol. 93, pt. 2. No. 31, Р. 31-40.

98. Rischmuller H. Die Forderung mit hochstufigen electrischen Tauchkreiselpumpen. - Erdoel - Erdgas - Zeitschrift, 82,Jg., Marz, 1966, s. 90-99.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Нефтедобычной агрегат ПБЭНА с составными частями

В комплект ПБЭНА входят: наземная станция управления, НКТ-73 мм (60 мм), силовая кабельная линия, корпус невставного насоса (НН-44, НН-38, НН-32), сменный плунжер насоса, привод ЦЛВД и вставной насос с замковой опорой, установленный на НКТ 73 мм.

Комплект оборудования должен соответствовать предъявляемым требованиям:

- работать от промышленной электрической сети напряжением 660-1000

В;

- усилие на плунжере насоса не менее 35 кН (3,5 тс).

- ход плунжера насоса от 1,2 м до 2,0 м;

- теоретическая среднесуточная подача пластовой жидкости при ходе плунжера 2 м для насоса с диаметром плунжера 45 мм: min 1,0 м3/сут.;

max 27,0 м3/сут.

- число двойных ходов от 1 до 10 в минуту при бесступенчатой регулировке с пульта управления;

- продолжительность непрерывной эксплуатации не менее 730 суток и срок полезного использования до капитального ремонта 1095 суток;

- обеспечивать бесперебойную работу в скважинах с внутренним диаметром канала 130 мм, при темпе набора кривизны 2 градусов на 10 метров;

- должен собираться специальным оборудованием обслуживающей организацией, сертифицированной заводом-изготовителем.

ПБЭНА состоит из следующих основных частей, представленных на рисунке:

- цилиндрического линейного вентильного двигателя (ЦЛВД) состоящего из корпуса, который должен обеспечивать защиту индуктора

ЦЛВД от механических повреждений, герметичность от попадания пластовой жидкости и посторонних частиц внутрь двигателя.

Необходимо обеспечить герметичное соединение погружного плоского кабеля с обмотками индуктора, который должен создавать бегущее магнитное поле, вторичного элемента возвратно-поступательного действия с резьбой на одном конце для соединения со штоком плунжерного насоса;

- гидрозащиты, которая должна компенсировать изменение объема рабочей жидкости внутри ЦЛВД и герметично соединяться с ним;

- модернизированного плунжерного насоса, обеспечивающего откачку пластовой жидкости;

- системы управления и контроля, которая должна автоматически регулировать работу ЦЛВД обеспечивая оптимальный коэффициент наполнения насоса (КНН);

- переводников и муфт, обеспечивающих собираемость отдельных частей привода между собой и с колонной НКТ.

- отдельные секции ПБЭНА должны быть не более 8 метров в длину и 800 кг по массе;

Диаметр наружный ПБЭНА 118 мм, длина 8 метров, длина насоса в сборе 5 метров. Габариты аналога из КНР - диаметр 110 мм, длина 6,2 -9,8 метров, ход вторичного элемента 1,23 метра. Единственным аналогом разрабатываемой системы привода в настоящее время является устройство, запатентованное и изготовленное в КНР.

Технико-экономические требования к ПБЭНА

1. Ориентировочная стоимость установки ПБЭНА в комплекте составляет 1,2 - 1,5 миллиона рублей.

2. При двигателе 30 кВт для добычи 10 кубических метров нефти нужно затратить 135 кВт*час электроэнергии в сутки.

3. КПД насоса около 60 процентов.

4. Двигатель может находиться в неподвижном состоянии (режим позиционирования) длительное время.

5. С помощью системы управления можно будет регулировать частоту двойных ходов и длину хода.

6. Набор кривизны 2 градуса на 10 метров для сборки двигателя диаметром 117 мм и длинной до 15 метров не критичен и преодолевается за счет зазора и упругих деформаций.

7. Стоимость привода в серийном производстве не должна превышать стоимость производства станка качалки СКД-8 с комплектом штанг, плунжерным насосом без учета фундамента и монтажных работ.

Таблица сравнения основных параметров проектируемого привода с

ближайшими аналогами.

Наименование показателя Аналог ПНУВП пр-во КНР Проектируемый ПБЭНА-00.000 Станок качалка СКД-8-3-4000, (без фундамента)

Рабочее напряжение, В. 660-1000 660-1000 (380 для макета) 380

Внутренний диаметр обсадной трубы, мм. 122 130 130

Максимальная глубина спуска, м. 3000 3000 1500

Масса, кг. н/д 1500 16970

Обеспечение хода плунжера насоса, м. 1,23 1,2 - 2,0 1,2 - 3

Обеспечение числа двойных ходов насоса в минуту. 0,1-8 1 - 10 5 - 12

Создаваемое усилие, тонн не менее. 2,4 - 3,5 3,5 8

КПД 0,6 - 0,9 0,55 - 0,65 0,2 - 0,5

Мощность привода, кВт. 30 30 30

Стоимость, руб. н/д н/д 1200394

Неоспоримое преимущество ПБЭНА и ПНУВП перед СКД-8-3 в отсутствии износа в процессе эксплуатации колонны НКТ и отсутствие колонны штанг.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Сведения о реализации результатов работы

МОКШИМ

Публичное акционерное общество специального машиностроения и металлургии

"МОТОВИЛИХИНСКИЕ ЗАВОДЫ

(тО'МОТОБИЛИХИНСКИЕЗАЮДЬГ')

1905 года ул., д.35, стр.245, Пермь, 614014 Тел./факс [phone] E-mail: [e-mail] http:www.mz.perm.ru ОКПО 07500243, ОГРН 1025901364708 ИНН/КПП 5906009273/590150001

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Шутемова Сергея Владимировича «Разработка и исследование модуля линейного вентильного электродвигателя для погружных нефтедобывающих насосов»

На заседании секции НТС ФГБОУ ВПО «ПНИПУ» и ПАО «Мотовилихинские заводы» в 2012г. было принято решение о создании цилиндрического линейного вентильного электродвигателя (ЦЛВД) для электропривода возвратно-поступательного движения плунжера погружного насоса бесштанговой добычи нефти из скважин, в качестве альтернативы широко распространенным в настоящее время станков-качалок. При выполнении работ название темы изменилось на создание погружного бесштангового электронасосного агрегата (ПБЭНА), в состав которого вошёл ЦЛВД.

При создании ПБЭНА многие недостатки традиционных способов добычи нефти устраняются. В этом случае ЦЛВД вместе с плунжерным насосом опускается в скважину, а на обмотку двигателя с помощью длинного кабеля подается трехфазное напряжение от преобразователя частоты, который находится на поверхности, вблизи устья скважины.

С 2013 года эти работы продолжились в ФГБОУ ВПО «ПНИПУ» при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (договор № 02.025.31.0068 от 23.05.2013 г. в составе мероприятия по реализации постановления Правительства РФ № 218).

В данном проекте Шутемовым С. В. была разработана методика расчета геометрии и параметров ЦЛВД с постоянными магнитами, реализованная с использованием ЭВМ. Были определены геометрические размеры всех узлов индуктора и вторичного элемента, а также число витков и диаметр провода трехфазной обмотки двигателя. Произведен расчет усилий тяжения между индуктором и вторичным элементом в случае их взаимного смещения и выданы рекомендации на уменьшение этих усилий. Проведен выбор рациональной геометрии и параметров ЦЛВД с целью увеличения номинального тягового усилия и улучшения его рабочих характеристик.

По результатам расчета параметров и выбора рациональной конструкции элементов двигателя в СКБ ПАО «Мотовилихинские заводы» был выполнен рабочий проект и был изготовлен опытный образец ЦЛВД, предварительные испытания которого будут проведены на специально изготовленных стендах Г818-

2037 и Г818-2039 в 2017г.

Директор по науке, Д-р техн. наук

Домбровский