Методика оценки экономической эффективности частотнорегулируемого ЭП БН на буровых установках с СД

Экономическая эффективность частотного ЭП БН обусловлена снижением времени бурения скважины, снижением потерь мощности и электроэнергии в ЭД и снижением расхода электроэнергии на потери давления в манифольде, снижением расхода электроэнергии за счет использования одного БН вместо двух.

Снижение времени бурения за счет регулируемого ЭП можно приближенно оценить следующим образом. Энергия, требуемая для разрушения породы при нерегулируемом Ж_нер. и регулируемом W_рег.

ЭП, одна и та же Ж„_ер. = W_per. Тогда будут равны и произведения средних потребляемых мощностей за время бурения [91, 123-125]

где Р_нер. и jPper. средние мощности во время бурения при нерегулируемом и регулируемом ЭП; Т_иер. и Г_рег. время на разбуривание породы при нерегулируемом и регулируемом ЭП.

По мере углубления скважины растут потери давления в скважине, а следовательно, растет и давление на выходе насоса. При постоянной подаче насоса это приводит к росту нагрузки ЭД. При некоторой глубине бурения мощность нагрузки ЭД достигает номинального значения. С этого момента начинается регулирование частоты вращения ЭД. Если регулирование выполнять по закону постоянства мощности, то мощность нагрузки в процессе бурения будет поддерживаться примерно постоянной [91]. Таким образом, при регулируемом ЭП средняя мощность равна номинальной.

Снижение потерь мощности и электроэнергии в ЭД при частотном регулировании обусловлено повышением коэффициента загрузки (3 и КПД ц ЭД. Если регулирование выполнять по закону постоянства мощности, то КПД ЭД будет поддерживаться примерно постоянным и равным номинальному значению. Работа ЭД с КПД, близким к номинальному, вплоть до достижения предельного давления БН, может быть обеспечена путем использования адаптивного алгоритма частотного регулирования СД. При этом регулирование частоты питающей сети обеспечивает требуемую частоту вращения и подачу насоса по мере углубления скважины, регулирование напряжения статора обеспечивает поддержание тока статора на номинальном уровне. Регулирование тока возбуждения может использоваться либо для поддержания заданного коэффициента мощности двигателя, например, равного единице, либо для сохранения заданной перегрузочной способности. В первом случае снижаются потери мощности в ЭД, во втором повышается устойчивость работы ЭП при резких изменениях давления на выходе насоса.

Потери электроэнергии в ЭД при нерегулируемом ЛЭэд_нер. и регулируемом ЛЭэдрег. ЭП определяются по выражениям

Расход электроэнергии на потери давления в манифольде.

Потери давления в манифольде определяются по выражению [11]

где Nu - число ходов поршня в минуту, с=0,0166, константа. Тогда расход электроэнергии на потери давления при нерегулируемом приводе будет

Число двойных ходов штока в минуту при регулируемом ЭП определяется из условия технологически необходимого количества промывочного раствора в литрах в секунду Г21

где 0,07 - переводный коэффициент; п₃. - площадь заооя скважины, см”.

Превышение подачи БН над вычисленной по данному соотношению величиной не приводит к существенному изменению механической скорости проходки [2]. Тогда, число двойных ходов штока в минуту определяется по выражению

а расход электроэнергии на потери давления при регулируемом приводе

При регулируемом ЭП достаточно использовать один БН. Второй насос можно использовать как резервный [123].

Снижение расхода электроэнергии за счет использования одного БН вместо двух можно оценить следующим образом [126]. Мощность на валу каждого из ЭД в случае работы двух БН:

где Q - суммарная подача БН, л/с; /?_т.б. - перепад давлений в турбобуре, мЙа; г|„ - КПД БН.

В случае работы одного БН с подачей Q , при обеспечении той же

Н.

подачи, что и при работе двух насосов (Q = Q ), мощность на валу ЭД:

у н

Коэффициент загрузки каждого из ЭД мощностью Р_ном. при работе двух и одного БН, соответственно:

КПД ЭД при работе двух и одного БН, соответственно:

где - потери мощности в ЭД, зависящие от коэффициента

загрузки (3, определяемые по формуле (4.9).

Снижение мощности, потребляемой из сети, при работе одного БН:

Экономия электроэнергии:

Капитальные затраты К, кроме затрат на приобретение ПЧ, должны включать другие затраты, например, затраты на его транспортировку, создание фундамента, монтажно-наладочные работы, а также научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, связанные с созданием и внедрением проектируемого ЭП. Составляющие капитальных затрат, одинаковые в сравниваемых вариантах, во многих случаях можно не учитывать [91].

Текущие эксплуатационные затраты равны

где С_а. - амортизационные отчисления; С_ро. - затраты на ремонт и обслуживание; С₃. - затраты на электроэнергию и работу буровой бригады. Амортизационные отчисления равны

где Ра.ч.р.э.п. - норма амортизационных отчислений.

Затраты на ремонт и обслуживание

где Рр.о.ч.р.э.п. - норма отчислений на ремонты и обслуживание оборудования.

Разность эксплуатационных затрат равна

где - разность оплаты за электроэнергию и работу буровой

бригады при отсутствии и наличии частотно-регулируемого ЭП.

Срок окупаемости определяется по выражению [127]

Теоретические положения будем сопровождать расчетами экономии электроэнергии на примере эксплуатационной скважины № 16415т, пробуренной УК ООО «Татбурнефть». Глубина скважины 1476 м, время бурения без учета времени на спуско-подъемные операции и вспомогательные работы - 380 ч. Бурение на глубинах от 303 до 728 м (всего 425 м) выполняется турбобуром типа ЗТСША-195ТЛ, требуемая подача БН Q = 30 л/с. Среднее значение перепада давления на турбобуре /?_т.б. = 6,5 МПа. Гидравлические потери в долоте, потери в напорной линии, потери в УБТ при постоянной подаче не зависят от глубины скважины, являются постоянными и равными р_пост. ⁼ 2,6 МПа. Давление на выходе насоса /?_БН = 9,1 МПа.

Мощность нагрузки на валу ЭД пропорциональна произведению подачи насоса на развиваемое им давление. При этом для рассматриваемого интервала бурения с учетом КПД насоса средняя мощность нагрузки ЭД БН равна 321,2 кВт. При номинальной мощности Р_Ном ⁼ 560 кВт средний коэффициент загрузки ЭД составляет Р=0,57.

При нерегулируемом ЭП время бурения составляло Т„_ер=380 часов, тогда из выражения (4.14) для регулируемого ЭП Т_рег.⁼ 218 ч.

То есть время бурения при регулируемом ЭП снижается на 162 ч. Стоимость одного часа работы буровой бригады для буровой установки БУ-75 в УК ООО «Татбурнефть» составляет 13800 руб. При этом приближенный экономический эффект от сокращения времени бурения составит 2235,6 тысяч рублей на одну скважину.

По выражению (4.15) для потерь электроэнергии в ЭД СДБМ- 560 при регулируемом ЭП:

При нерегулируемом ЭП КПД двигателя будет ниже номинального. По выражениям (4.9) и (4.16) последовательно определяем потери мощности холостого хода Ро, полные потери мощности в ЭД АР,

КПД двигателя г и потери электроэнергии в двигателе при нерегулируемом ЭП ЛЭнер.:

Экономия электроэнергии за счет снижения потерь в ЭД составит 2800 кВт-ч.

Согласно геолого-технического наряда на бурение скважины № 16415г подача БН задана 30 л/с для интервалов турбинного бурения и 15 л/с для интервалов роторного бурения. Подача 30 л/с обеспечивается работой двух насосов по 15 л/с каждый, а подача 15 л/с - работой одного насоса. При нерегулируемом ЭП основная часть скважины (более 80 %) пробуривается при турбинном способе бурения, с номинальной частотой вращения приводных ЭД и числом двойных ходов штока в минуту равным 65. Тогда расход электроэнергии на потери давления при нерегулируемом приводе по (4.17)

Для рассматриваемой скважины при использовании долота III- 215.9 площадь забоя составляет 366,09 см , а технологически необходимое количество промывочного раствора по (4.18) 25,63 л/с. Тогда, при производительности 25,63 л/с число двойных ходов штока в минуту по (4.19) составит

а расход электроэнергии на потери давления в манифольде при регулируемом приводе по (4.20)

Экономия за счет снижения потерь давления в манифольде при регулируемом ЭП по сравнению с нерегулируемым составляет 479,77 кВтч.

Мощность на валу ЭД при работе двух БН по (4.21):

При работе одного БН по (4.22):

Коэффициент загрузки ЭД при работе двух и одного БН, соответственно по (4.23) и (4.24):

КПД ЭД при работе двух и одного БН по (4.25) и (4.26), соответственно:

Снижение мощности, потребляемой из сети, при работе одного БН по (4.27):

Экономия электроэнергии при работе одного БН вместо двух по

(4.28):

Суммарное снижение расхода электроэнергии за счет снижения потерь электроэнергии в двигателе, на потери давления в манифольде и за счет использования одного БН вместо двух составит 20163,43 кВт-ч. При стоимости электроэнергии 2,25 руб/кВт-ч. это даст экономию в 45 367,7 руб. Учитывая, что сокращение времени бурения снижает затраты на 2235,6 тыс. руб., получаем, что результирующий экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого ЭП БН составит 2281 тыс. руб. на одну скважину. Принимая, что в среднем в год одной буровой установкой пробуривается 8 скважин, годовой экономический эффект составляет 18,247 млн. руб.

Для мощности двигателя 560 кВт капитальные затраты были оценены в 6 млн. руб. Амортизационные отчисления по (4.30) равны

Затраты на ремонт и обслуживание по (4.31)

Разность эксплуатационных затрат по (4.32)

Определяем срок окупаемости по (4.33)

При расчетах было принято: норма амортизационных отчислений р_а.ч.р.э.п.⁼0,03; нормы отчислений на ремонты и обслуживание частотно-регулируемого электропривода р_рочрэп =0,08 [4].

В заключение необходимо отметить, что реально срок окупаемости будет значительно меньше, так как при технико-экономической оценке не учитывалось снижение энергии, требуемая для разрушения породы при регулируемом ЭП из-за улучшения очистка забоя и снижения повторного разбуривания породы; не учитывались повторнократковременные и кратковременные режимы работы и вспомогательные технологические операции, величина ущерба, обусловленного отклонением напряжения в сети от номинального, а также уменьшение потерь энергии в БН вследствие его более полной загрузки.