Разработка и исследование преобразователей частоты для установок электронагрева нефтескважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.12, кандидат технических наук Арзамасов, Владислав Леонидович

• Арзамасов, Владислав Леонидович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Арзамасов, Владислав Леонидович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1 ОБЗОР УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА НЕФТЕСКВАЖИН ДЛЯ ДЕПАРАФИНИЗАЦИИ

И СНИЖЕНИЯ ВЯЗКОСТИ НЕФТИ

1.1 Основные способы депарафинизации нефтескважин

1.2 Устройства косвенного электронагрева

1.3 Устройства прямого электронагрева

1.4 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НЕФТЕСКВАЖИНЫ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

2.1 Аналитический расчет параметров электрической цепи нефтескважины

2.2 Физическое моделирование электрической цепи

нефтескважины

2.3 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОНАГРЕВА НЕФТЕСКВАЖИН

3.1 Анализ структур регулирования установок

электронагрева с преобразователями частоты

3.2 Исследование принципов построения силовой части преобразователей частоты

3.3 Разработка системы управления преобразователя частоты

на основе АИН

3.4 Компьютерное моделирование преобразователя частоты

на основе АИН

3.5 Применение 12-пульсных схем выпрямления

в преобразователях частоты большой мощности

3.6 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ - ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ

НЕФТЕСКВАЖИНЫ»

4.1 Аналитическое исследование САР на основе

непосредственного преобразователя частоты

4.2 Аналитическое исследование САР на основе

преобразователя частоты с АИН

4.3 Выводы по главе 4

ГЛАВА 5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ УСТАНОВОК

ЭЛЕКТРОНАГРЕВА НЕФТЕСКВАЖИН

НА БАЗЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

5.1 Особенности построения и результаты внедрения

опытных образцов установок на нефтепромыслах Татарстана

5.2 Выводы по главе 5

Заключение

Литература

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А Специальное подземное оборудование

нефтескважины

Приложение Б Программа расчета параметров

электрической цепи нефтескважины

Приложение В Обобщенные результаты опытно-промышленной

эксплуатации УЭНДС в ОАО «Татнефть»

Приложение Г Расчет экономической эффективности УЭНДС

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование преобразователей частоты для установок электронагрева нефтескважин»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Подавляющее большинство российских нефтескважин (87 %) в настоящее время эксплуатируется насосным способом. Высокодебитные (15-30 тонн/сутки) скважины оснащаются преимущественно бесштанговыми установками с погружными электроцентробежными насосами (УЭЦН). При меньшем дебите скважины оборудуются штанговыми насосными установками (ШНУ), в состав которых входят штанговый глубинный насос и станок-качалка с электроприводом или штанговый винтовой насос и наземный электропривод с редуктором. На долю ШНУ приходится 60 % нефтескважин в России, с их помощью добывается приблизительно 20 % нефти. Такое широкое распространение штанговых установок объясняется тем, что этот способ является наиболее экономичным и гибким в отношении регулирования отбора жидкости [57].

Одна из самых распространенных причин отказов оборудования нефтескважин, оснащенных УЭЦН и ШНУ - образование значительных асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО) на поверхностях оборудования (на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб, поверхности насосных штанг, в проточных каналах устьевой запорной арматуры), контактирующих со скважинной жидкостью, что приводит к значительному сужению проходных сечений, возрастанию гидравлического сопротивления (вплоть до полного прекращения подачи жидкости вследствие образования парафиновых пробок). При этом снижается дебит нефтескважины, увеличиваются расходы электроэнергии при откачке жидкости, сокращается период между подземными ремонтами скважин (ПРС) и, как следствие, повышается себестоимость добываемой нефти.

Основными составляющими АСПО являются парафины, содержание которых изменяется по массе от 20 до 70 %, и асфальтосмолистые соединения - от 20 до 40 % (по массе) [59].

Состав АСПО зависит от состава нефти и термодинамических условий, при которых формируются отложения. Интенсивность образования парафиновых отложений на поверхностях оборудования скважин в значительной степени зависит от динамических параметров газожидкостного потока, процентного содержания в нефти воды и механических примесей. Основными условиями, способствующими парафинообразованию, являются снижение давления, температуры и разгазирование нефти.

Большой вклад в исследование механизмов образования и способов борьбы с АСПО внесли советские и российские ученые Галонский П.П., Гуськова И.А., Каплан JI.C., Ковригин J1.A., Люшин С.Ф., Мехтиев Ш.Ф., Мирзаджанзаде А.Х., Мищенко И.Т., Непримеров H.H., Персиянцев М.Н., Репин H.H., Рогачев М.К., Тронов В.П., Шайдаков В.В., Хабибуллин З.А. и многие другие.

В настоящее время эксплуатационные расходы на электроэнергию и обслуживание энергетического комплекса в стоимости нефти доходят до 4550 % [57]. Острота проблемы парафинизации технологического оборудования подтверждается на примере ОАО "Татнефть", где различными методами борьбы с АСПО охвачено около 11 тысяч скважин, что составляет почти половину действующих нефтескважин. При этом до 40 % дорогостоящих ПРС выполняется вследствие запарафинирования НКТ [81].

Электронагрев выкачиваемой скважинной жидкости является одним из эффективных способов борьбы с АСПО, а также снижает вязкость добываемой нефти, что способствует увеличению дебита нефтескважин. Применение силовой электроники, а именно преобразователей частоты (ПЧ), в установках прямого электронагрева с использованием в качестве нагревательных элементов колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и обсадной колонны (OK) позволяет обеспечить оптимальную частоту тока электронагрева, его плавное регулирование, высокую надежность и экономичность системы депарафинизации нефтескважин. Поэтому разработка и исследование ПЧ для установок электронагрева является весьма актуальной задачей.

Активное участие во внедрении в ОАО «Татнефть» в 1993-2000 г.г. прямого электронагрева нефтескважин принимали главный инженер ОАО «Татнефть» Тахаутдинов Ш.Ф., главный энергетик ОАО «Татнефть» Чаронов В.Я., сотрудники НГДУ «Азнакаевнефть» Заикин В.А., РНУ «СНЭРС» Музагитов М.М., сотрудники ОАО «ВНИИР» Иванов А.Г., Гаврилов А.Н., Леонов Ю.К., Михайлов В.В., Скворцов Ю.Г.

Развитие рынка оборудования для депарафинизации нефтегазовых скважин и трубопроводов (по итогам маркетингового исследования, выполненного московским аналитическим Агенством «БизнесМонитор» в октябре 2007 г.) имеет ярко выраженную положительную тенденцию, что в первую очередь связано с активным развитием нефтегазодобывающей отрасли, как в нашей стране, так и за рубежом. Укрепляющаяся тенденция добычи углеводородного сырья в районах Крайнего Севера и освоение месторождений «тяжелой» (сверхвязкой) нефти также оказывает положительное влияние на развитие рассматриваемого рынка. В среднесрочной и долгосрочной перспективе прогнозируется усиление воздействия на исследуемый рынок со стороны производителей как «дальнего», так и «ближнего» зарубежья. Одним из наиболее перспективных способов депарафинизации в маркетинговом исследовании признан электронагревательный.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование энергосберегающего и экономичного ПЧ для прямого электронагрева нефтескважин с целью депарафинизации и снижения вязкости нефти.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1 Определение оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины с учетом частотнозависимых параметров электрической цепи скважины и требований минимальной мощности и выходного напряжения установки электронагрева.

2 Анализ и разработка структур регулирования установок электронагрева и схемотехнических решений силовой части ПЧ.

3 Разработка и исследование системы управления ПЧ с автономным инвертором напряжения (АИН).

4 Разработка и исследование динамических свойств системы автоматического регулирования (САР) «ПЧ - электрическая цепь нефтескважины».

Методы исследования

Решение поставленных задач производилось с использованием методов теории электрических цепей, преобразовательной техники, автоматического регулирования, экспериментальных исследований и компьютерного моделирования. При проведении расчетов и моделировании использовались программные продукты МАТНСАР и МАТЪАВ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины.

2 Разработка и исследование источников тока на базе ПЧ для прямого электронагрева нефтескважин, в том числе разработка методики расчета уравнительного реактора (УР) в 12-пульсных преобразователях и исследование компьютерных моделей ПЧ с АИН.

3 Разработка и исследование динамических свойств САР «ПЧ -электрическая цепь нефтескважины».

4 Результаты экспериментальных исследований и внедрения на нефтепромыслах установок прямого электронагрева.

Степень достоверности результатов проведенных исследований обеспечивается корректным использованием методов теории электрических цепей, преобразовательной техники, автоматического регулирования и подтверждается экспериментальными исследованиями, компьютерным

моделированием и опытно-промышленной эксплуатацией установок прямого электронагрева на нефтепромыслах ОАО «Татнефть».

Новизна полученных результатов:

1 Предложена новая методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины, отличающаяся тем, что обосновывается частота выходного тока в диапазоне (1-2) Гц с учетом частотнозависимых параметров электрической цепи скважины и требований минимальной мощности и выходного напряжения установки электронагрева.

2 Предложены новый принцип построения и алгоритм широтного регулирования ПЧ с АИН низкой частоты, отличающиеся тем, что не требуется накопитель энергии (батарея конденсаторов) в звене постоянного тока.

3 Проведен анализ электромагнитных процессов и предложена новая методика расчета УР в полупроводниковых преобразователях на большие токи с 12-пульсными источниками напряжения, отличающаяся тем, что известные методики применимы только в системах с 6-пульсными источниками напряжения.

4 Разработана и исследована динамическая модель САР «ПЧ -электрическая цепь нефтескважины», отличающаяся тем, что учитывает электротепловые процессы в скважине.

Практическая значимость результатов, изложенных в диссертации:

1 Предложенная методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины позволяет сократить трудозатраты при проектировании и повысить качество и надежность установки электронагрева, а также обеспечить ресурсо- и энергосбережение при нефтедобыче.

2 Новый принцип построения и алгоритм широтного регулирования ПЧ с АИН без использования накопителя энергии в звене постоянного тока упрощают ПЧ и могут быть использованы при разработке преобразователей низкой частоты в различных отраслях промышленности.

3 Предложенная методика расчета УР в 12-пульсных схемах диодных и тиристорных мостовых полупроводниковых выпрямителей позволяет упростить разработку преобразователей на большие токи.

4 Разработанные автором автоматизированные установки прямого электронагрева нефтескважин на базе непосредственных преобразователей частоты (НПЧ), защищенные тремя патентами РФ на изобретение, были успешно внедрены в опытно-промышленную эксплуатацию на нефтепромыслах ОАО «Татнефть». Установки на основе предложенного ПЧ с АИН являются новым, более совершенным и перспективным техническим решением, ожидающим своего внедрения.

Полнота изложения материалов диссертации в работах, опубликованных автором

По теме диссертации автором опубликовано 14 научных трудов, из них 1 монография, 6 статей в научных изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, получены 7 патентов РФ на изобретения, 2 патента РФ на полезную модель.

Основные положения и результаты работы были изложены на Международном симпозиуме «Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых» (г. Санкт-Петербург, 1996 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы» (г. Альметьевск, 2001 г.), VII и VIII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (г. Чебоксары, 2010 и 2012 г.г.).

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации

Автор разработал методику определения параметров ПЧ для установки прямого электронагрева, участвовал в создании более совершенных низкочастотных ПЧ на базе АИН и разработке инженерной методики расчета

УР в полупроводниковых преобразователях на большие токи, выполнил компьютерное моделирование предложенного ПЧ с АИН низкой частоты без накопителя энергии, провел аналитическое исследование динамических свойств САР «ПЧ с АИН - электрическая цепь нефтескважины», принимал непосредственное участие в разработке и внедрении в опытно-промышленную эксплуатацию установок электронагрева.

Объем и структура диссертации

Диссертация объемом 151 с. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и 4 приложений. Работа содержит 69 иллюстраций, 7 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Силовая электроника», Арзамасов, Владислав Леонидович

5.2 Выводы по главе 5

Представлены результаты экспериментальных исследований УЭНДС на нефтепромыслах ОАО «Татнефть».

Установки электронагрева выполнены на основе трехфазного реверсивного тиристорного преобразователя типа ЭПУ1-2-4827, работающего в режиме НПЧ, и защищены тремя патентами на изобретение.

Рассмотрены состав, структурные схемы и принцип действия установок УЭНДС 1, УЭНДС2, УЭНДСЗ, выполненных на базе ПЧ в стационарном и передвижном исполнении.

По сравнению с американской однофазной установкой «Рага1хо1», осуществляющей электронагрев нефтескважины током промышленной частоты 50 Гц, установки УЭНДС имеют ряд таких преимуществ, как более высокие энергетические показатели, исключение негативного влияния на работу станка-качалки, наличие автоматического регулирования тока и температуры нефти, уменьшенные затраты электроэнергии на процесс депарафинизации.

Проведена адаптация установок УЭНДС для их совместной работы в системе телеметрического контроля работы нефтекачалок, предназначенной для телеуправления, телеизмерений и телесигнализации работы нефтяных скважин с использованием линий электропередачи напряжением 6 (10) кВ в качестве физических линий связи на расстояние до 30-40 км. С использованием указанных технических решений в ОАО «Татнефть» в 1994-2000 г.г. успешно проводились работы по комплексной автоматизации нефтедобычи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных исследований в диссертации получены следующие результаты:

1 Предложена новая методика определения оптимальных электрических параметров ПЧ для прямого электронагрева нефтескважины, учитывающая частотнозависимые параметры электрической цепи скважины. Обоснована частота выходного тока ПЧ в диапазоне (1-2) Гц, что обеспечивает по сравнению с частотой 50 Гц уменьшение мощности установки электронагрева в 1,4 раза и снижение напряжения в устье скважины в 2,8 раз.

2 Проведена разработка и исследование установок электронагрева нефтескважин на базе ПЧ. Предложены принципиально новые ПЧ низкой частоты на основе АНН, а также алгоритмы и системы управления ими. Технические решения защищены 7-ю патентами РФ на изобретение (№№ 2105866, 2109927, 2117135, БШ 2421870 С1, БШ 2438225 С1, БШ 2444111 С1, БШ 2461950 С1) и 2-мя патентами РФ на полезную модель (№№ 1Ш 98650 1Л, БШ 116288 Ш).

3 На основании анализа электромагнитных процессов в полупроводниковых преобразователях на большие токи с 12-пульсными источниками напряжения предложена новая методика расчета УР в этих преобразователях.

4 Проведены исследования динамической модели САР «ПЧ -электрическая цепь нефтескважины», учитывающей электротепловые процессы в скважине.

5 Предложена двухконтурная структура регулирования установки прямого электронагрева с обратными связями по току ПЧ и току электродвигателя откачивающего насоса или потребляемой им мощности. По патентной заявке № 20126332 на полезную модель по данной структуре получено положительное решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности от 20.08.2012.

6 Результаты диссертационной работы использованы при опытно-промышленной эксплуатации установок прямого электронагрева на нефтепромыслах ОАО «Татнефть». Экспериментальные исследования подтверждают достоверность теоретических выводов, полученных в работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Арзамасов, Владислав Леонидович, 2012 год

Литература

1 Абрамович М.И., Бабайлов В.М., Либер В.Е. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках. М.: Энергоатомиздат, 1992. 432 с.

2 Арзамасов В.Л., Сергеев А.Г. Моделирование низкочастотных АИН с различными алгоритмами управления // Материалы VIII Всероссийской научно - технической конференции ИТЭЭ - 2012 «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике». Чебоксары, 2012. С. 142-149.

3 Белов Г.А. Электроника и микроэлектроника: учеб. пособие для вузов. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2000. 378с.

4 Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука, 1987. 320 с.

5 Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука, 1976.

6 Васильев A.B., Грачев В.Г., Кузькин В.И., Мелешкин В.Н., Шипаева С.Н., Симоненков Д.В. Статический преобразователь частоты для электромагнитного перемешивания жидкой стали // Электротехника. 2002. №12. С.27-30.

7 Волгин Л.Н. Оптимальное дискретное управление динамическими системами. М.: Наука, 1986.

8 Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. 528 с.

9 Волович Г.И. Драйверы силовых ключей // Современная электроника. 2007. №8. С.32-40.

10 Волынский Б.А., Зейн E.H., Шатерников В.Е. Электротехника. М.: Энергоатомиздат, 1987. 528 с.

11 Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2005. 384 с.

12 Галонский П.П. Борьба с парафином при добыче нефти. М.: Гостоптехиздат, 1955. 152 с.

13 Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

14 Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968. 488 с.

15 Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Д.: Энергоатомиздат, 1988.

16 Душин С. Е., Зотов Н,С, Имаев Д.Х. Теория автоматического управления. М.: Высш. шк., 2005. 567 с.

17 Дьяконов В.П. Mathcad 2001: учеб. курс. СПб.: Питер, 2001. 624 с.

18 Евстифеев A.B. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «ATMEL». М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2004. 560 с.

19Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. М.: Энергия, 1977. 280 с.

20 Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая шк., 1982. 496 с.

21 Загорученко В. А., Журавлев A.M. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. М.: Изд-во стандартов, 1969. 236 с.

22 Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Страхов C.B. Основы теории цепей: учебник для вузов. М.: Энергия, 1975. 752 с.

23 Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. 664 с.

24 Иванов А.Г. Динамика контура тока тиристорного электропривода с ПИ-регулятором и устройством линеаризации // Труды ВНИИР. Электроприводы для станкостроения и промышленных роботов. 1990. С.22- 35.

25 Иванов А.Г. Динамика САР с управляемым выпрямителем и двигателем постоянного тока // Нелинейный мир. 2011. № 9. С.584-591.

26 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Определение параметров уравнительного реактора в 12-пульсных преобразователях // Силовая электроника. 2008. № 2. С.100-102.

27 Иванов А.Г., Арзамасов B.JL Инженерная методика расчета уравнительного реактора в 12-пульсных вентильных преобразователях для электропривода // Приводная техника. 2008. № 6. С.37-41

28 Иванов А.Г., Арзамасов B.J1. Динамические электротепловые процессы в системе «НПЧ - электрическая цепь нефтескважины» // Материалы VII Всероссийской научно - технической конференции ИТЭЭ - 2010 «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике». Чебоксары, 2010. С. 112-116.

29 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Динамические свойства САР с преобразователями частоты в установках электронагрева нефтескважин // Материалы VIII Всероссийской научно - технической конференции ИТЭЭ - 2012 «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике». Чебоксары, 2012. С.79-90.

30 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Применение силовой электроники в установках депарафинизации нефтескважин // Электротехника. 2011. № 12. С.42-47.

31 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Электросиловые установки для электронагрева и депарафинизации нефтескважин // Электричество. 2012. № 4. С.28-33.

32 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Автономный инвертор напряжения. Патент на полезную модель RU 98650 U1. Бюл. № 29, 2010.

33 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Однофазный мостовой автономный инвертор напряжения (варианты). Патент на изобретение RU 2421870 С1. Бюл. № 17, 2011.

34 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Автономный инвертор напряжения (варианты). Патент на изобретение RU 2438225 С1. Бюл. № 36, 2011.

35 Иванов А.Г., Арзамасов B.JI. Однофазный инвертор напряжения (варианты). Патент на изобретение RU 2444111 С1. Бюл. № 6, 2012.

36 Иванов А.Г., Арзамасов В.Л. Автономный низкочастотный инвертор. Патент на полезную модель БШ 116288 Ш. Бюл. № 14, 2012.

37 Иванов А.Г., Арзамасов В.Л. Низкочастотный преобразователь. Патент на изобретение 1Ш 2461950 С1. Опубликовано 20.09.2012.

38 Иванов А.Г., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Горчаков В.В., Чаронов В.Я., Музагитов М.М. Устройство для электронагрева нефтескважины. Патент на изобретение № 2105866. Бюл. № 6, 1998.

39 Иванов А.Г., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Чаронов В.Я. Устройство для управления электронагревом нефтескважин. Патент на изобретение № 2109927. Бюл. № 12, 1998.

40 Иванов А.Г., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Чаронов В.Я. Устройство для электронагрева нефтескважины и очистки ее от парафина. Патент на изобретение № 2117135. Бюл. № 22, 1998.

41 Иванов А.Г., Белов Г. А., Сергеев А.Г. Системы управления полупроводниковыми преобразователями. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2010. 448 с.

42 Иванов А.Г., Гаврилов А.Н., Леонов Ю.К., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Чаронов В.Я., Евсеев А.Н. Разработки ОАО «ВНИИР» и АО «Татнефть» в области управляемого электронагрева нефтескважин и битумных пластов // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. Чебоксары, 2000. № 2. С.28-32.

43 Иванов А.Г., Михайлов В.В., Арзамасов В.Л. Способ электронагрева нефтескважин с целью очистки их от парафина // Тезисы докладов на Международном симпозиуме «Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых». СПб, 1996. С.111.

44 Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: справочная книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 486 с.

45 Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. М.: Радио и связь, 1991. 376 с.

46 Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1968. 720 с.

47 Ковригин JI.A., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин // Инженер. 2004. № 3. С. 18-20.

48 Кропивницкий H.H., Кучер A.M., Пугачева Р.Б., Шорников П.Н. Технология металлов. JI.: Машиностроение, 1980. 151 с.

49 Кузин JI.T. Расчет и проектирование дискретных систем управления. М.: Гос. научно-техн. изд-во Маш. лит., 1962. 683 с.

50 Кухарчук И.Б., Ковригин JI.A. Расчет тока нагрева греющего кабеля в нефтяной скважине // Электротехника. 2011. №11. С.54-58.

51 Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учеб. пособие. Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2007. 703 с.

52 Макиенко Г.П. Кабели и провода, применяемые в нефтегазовой индустрии. Пермь: Изд-во ООО «Стиль-МГ», 2004. 560 с.

53 Миронов Ю.М., Иванов А.Г., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В. Оптимизация установок электронагрева для депарафинизации нефтескважин // Электричество. 2001. № 6. С.56-62.

54 Миронов Ю.М., Терехов В.П. Анализ электрических параметров коаксиальных биметаллических проводников // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. 1999, №4.

55 Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973. 320 с.

56 Мищенко И.Т. Скважинная добыча нефти: учеб. пособие для вузов. М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. 816 с.

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

58 Патент WO 2006/085791. Способ нагрева нефтедобывающей скважины с штанговым глубинным насосом и устройство для его реализации, и штанговый глубинный насос (варианты) для этого устройства / Самгин Ю.С. Дата международной публикации 17.08.2006.

59 Персиянцев М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях. М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2000. 653 с.

60 Поздеев А.Д., Иванов А.Г., Кириллов A.A. Применение дискретных методов анализа к расчету установившихся процессов и фактора пульсаций в системах с управляемыми выпрямителями // Электричество. 1979.№ 1. С.31-38.

61 Полупроводниковые выпрямители / под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. М.: Энергия, 1978. 448 с.

62 Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления: учеб. пособие для вузов. М.: Наука, 1989.

63 Практикум по теплопередаче: учеб. пособие для вузов / под ред. А.П. Солодова. М.:Энергоатомиздат, 1986. 296 с.

64 Преображенский В.И. Полупроводниковые выпрямители. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.

65 Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов / под ред. Уолта Кестера / перевод с англ. под ред. A.A. Власенко. М.: Техносфера, 2010. 328 с.

66 Пудовкин М.А., Саламатин А.Н., Чугунов В.А. Температурные процессы в действующих скважинах. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1977. 168 с.

67 Рама Редди С. Основы силовой электроники / перевод с англ. под ред. Д.П. Приходько. М.: Техносфера, 2006. 288 с.

68 Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992. 296 с.

69 Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. М.: Высш. шк., 1980. 424 с.

70 Сарапулов Ф.Н. Расчет параметров цепей электротехнологических установок: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1999. 83 с.

71 Силовая электроника / под ред. Р. Лампе. М.: Энергоатомиздат, 1987.

72 Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974. 264 с.

73 Солодовников В.В., Коньков В.Г., Суханов В.Л., Шевяков О.В. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: учеб. пособие. М.: Высшая шк., 1991. 255 с.

74 Сукер К. Силовая электроника: руководство разработчика / перевод с англ. А.Н. Рабодзея. М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2008. 252 с.

75 Суровцев В.Н., Донской Н.В. Теория автоматического управления: учеб. пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2005. 183 с.

76 Тронов В. П. Механизм образования смолопарафиновых отложений и борьба с ними. М.: Недра, 1970. 192 с.

77 Управляемый выпрямитель в системах автоматического управления / под ред. А.Д. Поздеева. М.: Энергоатомиздат, 1984. 351 с.

78 Флоренцев С.Н. Современное состояние и прогноз развития приборов силовой электроники // Современные технологии автоматизации. 2004. № 2. С.20-30.

79 Фомин Н.И., Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. М.: Металлургия, 1979. 247 с.

80 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1998. 704 с.

81 Чаронов В.Я. Автоматизация работы основного оборудования и проблемы энергосбережения на объектах нефтегазодобычи. Альметьевск: Изд-во ОАО «Татнефть», 1998. 330 с.

82 Чаронов В.Я., Альтшуллер М.И., Генин B.C., Иванов А.Г., Кирюшин В.В., Борисов Л.Ф. Средства автоматизации технологических установок нефтегазодобывающих предприятий. Чебоксары: Изд-во «Офисная полиграфия», 2002. 272 с.

83 Чаронов В.Я., Гаврилов А.Н., Леонов Ю.К., Скворцов Ю.Г., Музагитов М.М., Заикин В.А. Изоляционно-контактная система УЭНДС. Альметьевск: Изд-во ОАО «Татнефть», 1998. 68 с.

84 Чаронов В.Я., Иванов А.Г., Арзамасов В. Л., Михайлов В.В. Электронагрев нефтескважин и битумных пластов // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы». Том 2. Альметьевск, 2001. С.155-160.

85 Чаронов В.Я., Иванов А.Г., Гаврилов А.Н., Леонов Ю.К., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Музагитов М.М., Заикин В.А. Комплекс оборудования для электронагрева и депарафинизации скважин // Сборник докладов производственно-технологического совещания Министерства топлива и энергетики РФ, нефтяной компании «Роснефть» и ОАО «Татнефть». Альметьевск, 1997. С.94.

86 Чаронов В.Я., Иванов А.Г., Михайлов В.В., Арзамасов В.Л., Музагитов М.М., Заикин В.А. Автоматизированная система электронагрева и депарафинизации нефтескважин / под ред. В. Я. Чаронова и А. Г. Иванова. Альметьевск: Изд-во ОАО «Татнефть», 1998. 93 с.

87 Чаронов В.Я., Музагитов М.М., Иванов А.Г., Горчаков В.В., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В. Проблема электронагрева нефтескважин при очистке их от отложений парафина// Электротехника. 1995. № 12. С.46-48.

88 Чаронов В.Я., Музагитов М.М., Иванов А.Г., Горчаков В.В., Гаврилов А.Н., Леонов Ю.К., Арзамасов В.Л., Михайлов В.В., Скворцов Ю.Г. Современная технология очистки нефтескважин от парафина // Нефтяное хозяйство. 1998. № 4. С.55-57.

89 Черных В.И. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2008. 288 с.

90 Чижма С.Н. Основы схемотехники: учеб. пособие для вузов. Омск: Изд-во «Апельсин», 2008. 424 с.

91 Шайдаков В.В., Каштанова Л.Е., Емельянов А.В. Технические средства борьбы с АСПО // Сборник трудов по науке и технике. Уфа : Изд-во УГНТУ, 2006.

92 Электротехнологические установки: конспект лекций / сост. Т.Н. Ополева. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2010. 74 с.

93 Яров В.М., Терехов В.П., Ипьгачев А.Н. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: учеб. пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2005. 228 с.

94 Eastlund B.J, Schmitt K.J., Meek D.L., Anderson D.C., Grisham III G.R. New system stops paraffin building // Petroleum engineer.1989. January.

95 Yu.M. Mironov, A.G. Ivanov, V.L. Arzamasov, V.V. Mikhailov. Optimization of the parameters of electric heating installations for the deparaffination of oil wells // Electrical Technology Russia. 2001. № 2. P.135-147.

96 United States Patent US004010799. Method for reducing power loss associated with electrical heating of a subterranean formation / Kern L.R., Perkins Т.К.. Date of Patent: Mar. 8, 1977.

97 United States Patent US004716960. Method and system for introducing electric current into a well / Eastlund B.J. et al. Date of Patent: Jan. 5, 1988.

98 United States Patent US004790375. Mineral well heating systems / Bridges J.E. et al. Date of Patent: Dec. 13, 1988.

99 United States Patent US005099918. Power sources for downhole electrical heating / Bridges J.E., Dubiel G.T. Date of Patent: Mar. 31, 1992.

100 United States Patent US007025131. Electrical tubing control and remediation apparatus and method of use / Baugh B.F., Crawford J.R. Date of Patent: Apr. 11,2006.

Приложение А СПЕЦИАЛЬНОЕ ПОДЗЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НЕФТЕСКВАЖИНЫ

Для реализации метода прямого электронагрева нефтяной скважины каждая скважина оснащается специальным подземным оборудованием (рисунок А.1).

Устройство Муфта Изолятор Контактное Изоляционная ввода устройство штанга

Рисунок А. 1 - Элементы специального оборудования нефтескважины

К специальному оборудованию, размещаемому в скважине при ее монтаже или ремонте, относятся [83]:

- устройство ввода и герметизации;

- изоляционная муфта;

- изоляционная штанга (для скважин с ШНУ);

- изоляторы;

- контактное устройство (погружной контакт).

Устройство ввода и герметизации

Устройство ввода и герметизации устанавливается на отводящем патрубке ОК в устье скважины и служит для подвода электрического кабеля от соединительной коробки к изоляционной муфте, герметизации проходящего

силового кабеля от давления газа из межтрубного пространства и попадания в межтрубное пространство влаги и других примесей извне. Соединительная коробка защищает силовые контакты от воздействия климатических факторов и механических повреждений, позволяет быстро, без дополнительного монтажа подключать кабели от силовой электроустановки к электрической цепи нефтескважины, что особенно удобно в случае передвижной электроустановки.

Изоляционная муфта

Изоляционная муфта является одним из основных элементов специального оборудования, спускаемого в скважину. С помощью изоляционной муфты происходит изоляция наземной части НКТ от токопроводящей подземной. Она создает изоляционный зазор между токопроводящими частями и несет основную силовую нагрузку от веса всей колонны НКТ. Допустимая нагрузка муфты составляет 60 тонн. Муфта располагается в скважине на расстоянии от 1 до 6 м от поверхности земли.

Изоляционная штанга

Изоляционная стеклопластиковая штанга встраивается в колонну стальных насосных штанг ШНУ и находится внутри изоляционной муфты на всем ходе перемещения качалки. Штанга изоляционная сохраняет изоляционный зазор в изоляционной муфте при всех рабочих перемещениях и несет силовую нагрузку от колонны стальных штанг, подсоединенных снизу до насоса, а также столба скважинной жидкости от насоса до устья скважины. Допустимая нагрузка штанги составляет 30 тонн.

При использовании в ШНУ колонны стеклопластиковых насосных штанг изоляционная штанга не требуется.

Изолятор

Для предотвращения касания НКТ и ОК до места установки погружного контакта на НКТ устанавливаются изоляторы-центраторы из расчета 4 изолятора на трубу НКТ длиной 10 м.

Изолятор отвечает следующим требованиям:

- надежность изоляции в жидкой среде,

- возможность циркуляции жидкости между трубами,

- надежность установки на НКТ,

- простота конструкции,

- многократное использование,

- низкая стоимость,

- тепло- и морозоустойчивость,

- стойкость в агрессивных средах,

- обтекаемость формы, позволяющая не концентрировать на себя окалину, шлаки и т.д.,

- технологичность конструкции,

- возможность установки в условиях цеха и на скважине.

Данные характеристики обеспечиваются за счет применения пластмассы, обладающей упругими свойствами при рабочей температуре ±100 °С, а также специальной конструкцией изолятора. Установка изолятора на НКТ осуществляется при помощи приспособления, в котором он деформируется («заневоливается»), изменяя при этом внутреннее отверстие до формы треугольника, позволяющего свободно надевать изолятор на НКТ. После перемещения изолятора вдоль трубы до места установки его освобождают из приспособления, и изолятор надежно охватывает НКТ.

Погружной контакт

Погружной контакт предназначен для обеспечения электрического контакта между НКТ и ОК на необходимой глубине. Конструкция погружного

контакта выполнена разъемной, состоящей из закрепляющей и направляющей частей. Контактные лепестки выполнены из рессорно-пружинной стали, обеспечивающей их надежное контактирование с усилием (100...150) кг. Контакт защищен от коррозии специальным покрытием, а наиболее важные детали выполнены из нержавеющей стали.

Погружной контакт отвечает следующим требованиям:

- надежность контактирования;

- возможность установки на скважине в полевых условиях;

- надежность закрепления на НКТ;

- возможность передачи тока силой до 500 А;

- независимость деформации лепестков контакта;

- ремонтопригодность;

- возможность многократного использования;

- технологичность конструкции.