Ссылка для цитирования: Кладиев С.Н. Обзор и критический анализ современного состояния и путей совершенствования систем электропитания и автоматического управления установок электроцентробежных насосов в прерывистых режимах эксплуатации нефтяных скважин  // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – №9. – С. 203-215.

Актуальность. В настоящее время активно проводится перевод нефтяных скважин с низким и средним дебитом на циклическую или кратковременную эксплуатацию скважин для уменьшения излишней производительности насоса, которая образовалась вследствие сокращения дебита скважины, вызванного снижением пластового давления при продолжительной эксплуатации месторождения. Необходимость такого перехода требует обоснования использования более сложной конфигурации источников регулируемого электропитания и систем автоматического управления электрическими приводами установок электроцентробежных насосов в автоматизированных системах управления технологических процессов. Локальные системы автоматического управления нижнего уровня при механизированном электроприводном способе подъема на поверхность из скважины нефтесодержащей жидкости, а именно установки регулируемых электрических приводов переменного тока, состоят из наземных устройств и специального погружного оборудования. Наземные устройства – это станции управления с преобразователями переменного напряжения или преобразователями частоты переменного тока, со встроенным блоком наземной телеметрии, внешний синус-фильтр, повышающий трансформатор. Специальное погружное оборудование включает асинхронный электродвигатель, силовой кабель, телеметрический блок, датчики технологических параметров, центробежный насос. Питание такой установки осуществляется от внешней электрической трехфазной сети 6 кВ через понижающую трансформаторную подстанцию 6/0,4 кВ. В режиме непрерывной эксплуатации установок откачки нефти из скважин электроприводы и другое оборудование работают в квазистатических режимах. Динамический режим циклической эксплуатации скважин сопровождается большими бросками пускового тока и электромагнитного момента погружного асинхронного двигателя. Нерегулируемый электропривод, а также разомкнутый регулируемый электропривод не способны обеспечить плавный разгон на номинальную производительность насосного оборудования для откачки нефти из скважины в осложненных условиях и ее плавное регулирование в процессе снижения дебита скважины из-за снижения притока нефти к забою. Поэтому основным способом плавного уменьшения излишней производительности погружного центробежного насоса является режим периодического его включения для откачки нефтяной смеси из скважины, и отключения – для ее накопления и восстановления пластового давления. Внедрение циклической технологии показывает, что невозможно повсеместно использовать разомкнутую систему регулируемого электропривода, где приемлемые показатели качества переходных процессов, сопоставимых с показателями качества замкнутых систем регулирования, объективно недостижимы. Из-за того что величина давления на приеме скважины, создаваемая центробежным насосом и необходимая для подъема скважинной жидкости на поверхность, зависит от квадрата частоты вращения ступеней насоса, рабочий диапазон регулирования его производительности (Q_min…Q_max), м³/сут достигается при изменении напряжения статорной обмотки погружного асинхронного двигателя (80…100) % от (U_ном) при питании от тиристорного регулятора переменного напряжения. Если величина напряжения статорных обмоток погружного асинхронного двигателя меньше, чем 80 % от U_ном, скважинная жидкость не поднимается на поверхность и не выходит через устьевую арматуру. Поэтому при питании от преобразователя частоты с частотным законом управления U_ном/f_ном=const напряжение питания и частота переменного тока погружного двигателя должны изменяться в том же диапазоне. Платой за использование циклической эксплуатации является снижение надежности погружного электромеханического оборудования. Актуальным является переход на специальные конструкции погружных электрических двигателей, совершенствование систем электропитания и синтез замкнутых по основным переменным состояния систем автоматического управления электроприводом погружного насоса. Цель: обзор и критический анализ современного состояния и путей совершенствования систем электропитания и автоматического управления установок электроцентробежных насосов в прерывистых режимах эксплуатации нефтяных скважин. Объект: системы электропитания и автоматического управления установок электроцентробежных насосов в прерывистых режимах эксплуатации нефтяных скважин, системы телеметрии, энергоэффективные погружные двигатели и конструкции центробежных насосов. Методы: методы теории автоматического управления для разработки концепции эксплуатации малодебитного фонда скважин, анализа и синтеза разомкнутых и замкнутых систем управления установками электроцентробежных насосов. Результаты. Представлена научная проблема разработки и внедрения моделей и методов идентификации технологических процессов, комплексов и интегрированных систем управления добычи нефти электроприводным способом при учете влияния длинного погружного кабеля, малом дебите скважин и осложненных условиях эксплуатации. Предложены научно обоснованные технические решения в виде структуры силового канала электромеханической системы с частотно-регулируемым асинхронным двигателем, длинным погружным кабелем и косвенным методом измерения переменных состояния по данным наземных измерений при изменениях нагрузки и характеристик измерительных каналов.