Влияние внутрискважинного компенсатора на падение напряжения в элементах электротехнического комплекса добывающей скважины

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью определения требуемого напряжения на выходе питающего трансформатора с учетом компенсации реактивной мощности внутри скважины, с целью предотвращения аварийных ситуаций в процессе эксплуатации установок электроцентробежных насосов. Цель исследования: оценить изменение величины падения напряжения в токопроводящих элементах электротехнического комплекса установки электроцентробежного насоса для добычи нефти при использовании внутрискважинного компенсатора реактивной мощности. Объект исследования: электротехнический комплекс установок электроцентробежных насосов для добычи нефти. Методы. При разработке математической модели электротехнического комплекса погружной установки для добычи нефти использованы положения теоретических основ электротехники, корректные допущения при составлении математических моделей и компьютерное моделирование в программном пакете символьной математики Wolfram Mathematica. Результаты. Разработана схема замещения и математическая модель электротехнического комплекса установки электроцентробежных насосов с внутрискважинным компенсатором реактивной мощности. С помощью качественной векторной диаграммы напряжений и токов в ветвях и узлах схемы замещения показано распределение величин падений напряжений на элементах комплекса. Анализ векторной диаграммы показал, что внутрискважинный компенсатор уменьшает продольную и поперечную составляющие падения напряжения, что положительно влияет на режим работы установки для добычи нефти. Получены поверхности требуемого напряжения на выходе питающего трансформатора в зависимости от мощности погружного электродвигателя для различных длин и сечений кабельной линии. Установлено, что использование внутрискважинного компенсатора позволяет уменьшить падение напряжения в токопроводящих элементах электротехнического комплекса установки для добычи нефти до 50 В.

The relevance of the research is caused by the need to define the required voltage level of the supply transformer with regard to the downhole reactive power compensator, in order to prevent accidents in operation of electric centrifugal pumps' plants. The aim of the research is to assess the change of voltage drop value in electrotechnical complex conductive elements of the electric center-pump plants for oil production using a downhole reactive power compensator. The research object is the electrotechnical complex of electric center-pump plants for oil production. Methods. Thesis of electrical engineering theoretical foundations, correct assumptions in preparation of mathematical models and computer simulation in the software package of symbolic mathematics Wolfram Mathematicain were used when developing the mathematical model of the electrotechnical complex of submersible plant for oil production. Results. The authors have developed the equivalent circuit and mathematical model of electrotechnical complex plant of electric centerpump with a downhole reactive power compensator. The distribution of voltage drop values in the complex elements is shown using the high-quality vector diagram of voltage and current in the branches and nodes of the equivalent circuit. The analysis of the vector diagram showed that the in-hole compensator reduces the longitudinal and transverse components of the voltage drop, which positively affects the mode of operation of the oil production plant. The surface of the required voltage at the output of the supply transformer is obtained depending on submersible electric motor power value for different lengths and sections of the cable line. It was found that the use of the downhole compensator makes it possible to reduce the voltage drop in the current-conducting elements of the electrical engineering complex of the oil production plant to 50 V.