Ресурсно-энергетическая эффективность обустройства скважин с частотно-регулируемой подачей насоса

Abstract

Актуальность исследования связана с вопросами повышения эффективности процессов эксплуатации скважин, обустроенных электроцентробежным насосом, на основе оптимального выбора технического режима, частотного режима и параметров обустройства подъёмника силовой установкой по критерию прибыли, доставляемой парой «насос-двигатель» на полном жизненном цикле ее эксплуатации. Учет возможной изменчивости условий эксплуатации осуществляется регулировкой критерия по показателю горизонта планирования. Цель: формализация задачи оптимального выбора технологического режима, частоты питающего напряжения и параметров обустройства скважины с электроцентробежным насосом с одновременным учётом прямых энергетических затрат и косвенных факторов ускоренного износа в стационарных условиях работы с регулируемым горизонтом планирования. Объекты: скважина, оборудованная электроцентробежным насосом. Методы: материального и теплового балансов, гидростатики, линеаризованной кинетики потерь напора в сегментах подъёмника, численного интегрирования и анализа нелинейных систем, типовой формализации задач оптимизации принятия решений. Результаты и выводы. Учет главных факторов ускоренного износа в критерии прибыли расширяет круг определений оптимальных решений, упреждая завышенные выборы начальной производительности фактом сокращения суммарной прибыли полного жизненного цикла эксплуатации электроцентробежного насоса. Проблема возможной изменчивости условий эксплуатации в схеме вывода стационарных оптимальных решений частично учитывается введением в критерий показателя горизонта планирования. Снижение энергоэффективности работы электроцентробежного насоса на смещённых частотах указывает, что «видимые свободы» частотной регулировки имеют цену своего использования, вследствие чего выбираемые частоты оптимальных решений длительных периодов эксплуатации приближаются к синхронной частоте с максимальным коэффициентом полезного действия работы центробежного насоса. Предложенное термобарическое и энергетическое описание равновесных состояний системы с учётом факторов динамики освоения ресурса электроцентробежного насоса позволяет использовать упрощенные модельные решения как первичную основу последующего построения адаптивных автоматизированных регламентов операционного контроля и управления в условиях неопределённости.

The relevance of the research is related to the issues of increasing the operation efficiency of wells equipped with an electric submersible pump, based on the optimal choice of operating mode, frequency and parameters of power equipment according to the profit criterion delivered by a «pump-motor» pair during the full life cycle of its operation. The possible variability of operating conditions is taken into account by adjusting the planning horizon of the criterion. The main scope: formalization of the optimal choice of operation mode, input power frequency and parameters of electric submersible pump equipment, while taking into account direct energy costs and indirect factors of accelerated wear in stationary operating conditions with an adjustable planning horizon Methods: material and heat balances, hydrostatics, linearized kinetics of head losses in lift segments, numerical integration and analysis of nonlinear systems, typical formalization of optimization problems. Results and summary. Taking into account the main factors of accelerated wear in the profit criterion expands the range of definitions of optimal solutions, anticipating the overestimated choices of initial productivity by the fact of reducing the total profit on complete life cycle of the electric submersible pump operation. The problem of possible variability of operating conditions is partially taken into account in the scheme for estimating stationary optimal solutions by introducing the planning horizon indicator into the criterion. The decrease in the energy efficiency of the electric submersible pump operation at shifted frequencies indicates that the «visible freedoms» of frequency regulation have a price to use and chosen frequencies in the optimal solutions with long operation periods approaches synchronous value with the maximum electric submersible pump efficiency. The proposed thermobaric and energy description of the system equilibrium states, taking into account the factors of the dynamics of electric submersible pump resource consumption, allows using simplified model solutions as the primary basis for the subsequent construction of adaptive automated regulations for operational control and management under conditions of uncertainty.