TY - JOUR

T1 - IMPROVING SUCKER ROD PUMP EFFICIENCY USING FREQUENCY CONTROLLED INDUCTION MOTOR

AU - Tecle, Samuel Isaac

AU - Ziuzev, Anatolii M.

AU - Kostylev, Alex V.

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Актуальность. В установках со штанговыми насосами стоимость электроэнергии, потребляемой приводным электродвигателем, составляет существенную долю затрат в общих эксплуатационных расходах на добычу нефти. Очевидно, что снижение энергопотребления электродвигателем приведёт к снижению эксплуатационных расходов. Поскольку штанговые насосы доминируют в нефтедобывающей отрасли, можно ожидать, что любые средства, обеспечивающие снижение потребления энергии, принесут значительную экономическую выгоду и позволят достичь целей и стандартов энергоэффективности. Анализ энергопотребления показывает, что из-за потерь в двигателе, наземной установке и колонне насосных штанг мощность, необходимая для подъема нефти на поверхность, ощутимо меньше мощности, потребляемой приводным двигателем. Асинхронные двигатели, широко используемые в штанговых насосных установках, работают с переменной нагрузкой, при этом среднецикловый КПД и коэффициент мощности значительно меньше номинального значения. Таким образом, спрос на повышение эффективности электропривода штанговых насосов очевиден. При использовании преобразователей частоты это требование может быть удовлетворено за счет уменьшения потерь в двигателе посредством коррекции закона частотного управления. Основной целью исследования является разработка максимально эффективной по энергозатратам стратегии управления асинхронным частотно-управляемым электродвигателем штангового насоса на цикле работы механизма с переменной нагрузкой. Объекты: частотно-регулируемый асинхронный электропривод, штанговый насос, нефтедобывающая скважина. Методы: имитационное моделирование комплекса, состоящего из преобразователя частоты, асинхронного двигателя (с учетом потерь в стали), штангового насоса; аналитическое формирование оптимизированной траектории намагничивающей составляющей тока статора на цикле работы агрегата в системе векторного управления двигателем. Результат. С использованием интегрированной имитационной модели сравнивались энергозатраты штанговой насосной установки при работе при номинальном потоке и при оптимизированной траектории намагничивающей составляющей тока статора. Результаты моделирования показывают, что около 1,6 % необходимой энергии может быть сэкономлено при работе штангового насоса на основе рассчитанной оптимальной траектории намагничивающего тока.

AB - Актуальность. В установках со штанговыми насосами стоимость электроэнергии, потребляемой приводным электродвигателем, составляет существенную долю затрат в общих эксплуатационных расходах на добычу нефти. Очевидно, что снижение энергопотребления электродвигателем приведёт к снижению эксплуатационных расходов. Поскольку штанговые насосы доминируют в нефтедобывающей отрасли, можно ожидать, что любые средства, обеспечивающие снижение потребления энергии, принесут значительную экономическую выгоду и позволят достичь целей и стандартов энергоэффективности. Анализ энергопотребления показывает, что из-за потерь в двигателе, наземной установке и колонне насосных штанг мощность, необходимая для подъема нефти на поверхность, ощутимо меньше мощности, потребляемой приводным двигателем. Асинхронные двигатели, широко используемые в штанговых насосных установках, работают с переменной нагрузкой, при этом среднецикловый КПД и коэффициент мощности значительно меньше номинального значения. Таким образом, спрос на повышение эффективности электропривода штанговых насосов очевиден. При использовании преобразователей частоты это требование может быть удовлетворено за счет уменьшения потерь в двигателе посредством коррекции закона частотного управления. Основной целью исследования является разработка максимально эффективной по энергозатратам стратегии управления асинхронным частотно-управляемым электродвигателем штангового насоса на цикле работы механизма с переменной нагрузкой. Объекты: частотно-регулируемый асинхронный электропривод, штанговый насос, нефтедобывающая скважина. Методы: имитационное моделирование комплекса, состоящего из преобразователя частоты, асинхронного двигателя (с учетом потерь в стали), штангового насоса; аналитическое формирование оптимизированной траектории намагничивающей составляющей тока статора на цикле работы агрегата в системе векторного управления двигателем. Результат. С использованием интегрированной имитационной модели сравнивались энергозатраты штанговой насосной установки при работе при номинальном потоке и при оптимизированной траектории намагничивающей составляющей тока статора. Результаты моделирования показывают, что около 1,6 % необходимой энергии может быть сэкономлено при работе штангового насоса на основе рассчитанной оптимальной траектории намагничивающего тока.

KW - core loss

KW - field-oriented control

KW - induction machine

KW - optimized control

KW - Sucker rod pump

KW - variable speed drive

UR - https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49872425

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85143871859&partnerID=8YFLogxK

UR - https://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcAuth=tsmetrics&SrcApp=tsm_test&DestApp=WOS_CPL&DestLinkType=FullRecord&KeyUT=001123654800013

U2 - 10.18799/24131830/2022/11/3955

DO - 10.18799/24131830/2022/11/3955

M3 - Article

VL - 333

SP - 140

EP - 148

JO - Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, Geo Assets Engineering

JF - Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, Geo Assets Engineering

SN - 2500-1019

IS - 11

ER -