Auto-Энергоэффективность

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М. Губкина
ООО «ЦОНиК им.И.М.губкина»
Инструкция по установке и работе программы
«Auto-Энергоэффективность»
руководство пользователя
Москва, 2010
Оглавление
1
Назначение и принцип работы программы
3
2
Основные термины и определения
4
3.
Сравнение фактических показателей производится с расчетными
нормированными показателями
5
4
Порядок установки программы на персональный компьютер
8
5
Работа с конфигурациями «Autotech for Excel» (версия 1.4.3a)
24
6
Методика расчета затрат энергии по узлам УЭЦН
28
2
Назначение и принцип работы программы
Программа предназначена для проведения анализа энергетических затрат
при работе скважинных насосных установок для добычи нефти.
Анализ строится на поузловом учете или расчете потребляемой энергии,
необходимой для подъема пластовой жидкости на поверхность земли.
Принципиальный порядок работы программы можно представить как ряд
последовательных действий:
1.1.Определение полезной энергии (гидравлической энергии), затрачиваемой на
подъем пластовой жидкости из данной конкретной скважины (произведение
фактической секундной подачи на потребный напор).
1.2.Определение мощности скважинного насоса (определяется как отношение
полезной энергии к КПД насоса при работе на реальной жидкости в фактической
рабочей точке). КПД и рабочая точка насоса определяются с учетом всех
изменений подачи, напора, потребляемой мощности и рабочей части
характеристики в зависимости от условий эксплуатации (температура, давление,
наличие свободного газа, фактическая вязкость, обводненность и т.д.).
1.3.Определение фактического режима работы приводного электродвигателя и его
мощности по мощности насоса (определяется как отношение мощности насоса к
КПД электродвигателя в конкретном режиме работы).
1.4.Определение рабочего тока ПЭД при работе на фактическом режиме
(определяется из формулы N = 1,73 * U * I *cos , где N – фактическая мощность
ПЭД).
1.5.Определение фактических потерь в электрокабеле (определяется из формулы
N = 1,732  L[1 + (t – 20)] I 2 cos / (F) ).
1.6.Определение активной мощности, подводимой к скважине (определяется как
сумма фактической мощности ПЭД и потерь мощности в кабельной линии).
1.7.Определение потерь в станции управлении и трансформаторе (определяется по
характеристике трансформатора и станции управления и мощности, подводимой к
скважине).
1.8.Определение суммарных затрат мощности для работы данной скважины
(определяется как сумма мощности, подводимой к скважине и потерь в станции
управления и в трансформаторе).
3
1.9.Определение коэффициента энергопотребления, который является отношением
полезной мощности к суммарным затратам мощности для работы данной
скважины.
1.10.Определение удельного расхода энергии на добычу единицы продукции
(одного куб.метра жидкости и одной тонны нефти). Удельный расход энергии
определяется отношением суммарных затрат мощности (в сутки) к дебиту
скважины по жидкости и по нефти.
Все указанные выше показатели выводятся в итоговый отчет и размещаются в
столбцах, имеющих подзаголовок «факт» в соответствующем названии (например:
«Коэффициент энергопотребления, факт»).
Основные термины и определения
Полезная мощность – мощность, необходимая на подъем пластовой жидкости из
скважины при отсутствии всех потерь (КПД всех составляющих УЭЦН равны
единице).
Мощность насоса – мощность, потребляемая насосом для подъема пластовой
жидкости из скважины при реальных условиях работы.
Мощность двигателя – мощность на валу двигателя, необходимая для работы
насоса при реальных условиях эксплуатации.
Мощность, потребляемая двигателем – мощность, которую необходимо
подвести к двигателю для его работы в конкретных условиях эксплуатации.
Потери мощности в насосе (двигателе) – мощность, которая переходит в тепло
при работе насоса (двигателя) в конкретных условиях эксплуатации.
Потери мощности в кабеле - мощность, которая переходит в тепло при передаче
энергии по кабелю в конкретных условиях эксплуатации.
Потери мощности в станции управления (трансформаторе) - мощность, которая
переходит в тепло при работе насоса (двигателя) в конкретных условиях
эксплуатации.
Суммарные потери мощности - мощность, которая переходит в тепло при работе
всех элементов (узлов) УЭЦН в конкретных условиях эксплуатации.
Суммарные затраты энергии – сумма полезной мощности и суммарных потерь
мощности в конкретных условиях эксплуатации.
Коэффициент энергопотребления - отношение полезной мощности к суммарным
затратам энергии для работы данной скважины в конкретных условиях
эксплуатации.
4
Удельный расход энергии - отношение суммарных затрат энергии (в сутки) к
дебиту скважины по жидкости и по нефти в конкретных условиях эксплуатации.
Коэффициент энергоэффективности – отношение суммарных затрат энергии
фактического режима к суммарным нормированным затратам энергии.
2.Сравнение фактических показателей производится с расчетными
нормированными показателями, которые определяются следующим образом:
2.1.Выбор насоса – для фактического значения подачи, требуемого напора,
конструкции скважины и условий эксплуатации подбирается наиболее
эффективный (по критерию максимального КПД) насос.
Принцип подбора насоса следующий: по исходным данным определяется «рабочая
точка» системы «скважина – насосная установка» (рис.1). Программа подбирает из
своей базы данных все насосы, напорные характеристики которых проходят через
«рабочую точку» системы «скважина – насосная установка» ( с учетом
фактических условий эксплуатации – температура, вязкость, количество
свободного газа и т.д.)-рис.2. Программа строит энергетические характеристики
всех насосов (с учетом фактических условий эксплуатации) и выбирает насос с
максимальным значением КПД (рис.3), при этом выбранный насос должен иметь
КПД выше, чем используемый в настоящее время. Именно этот насос считается
«эталонным», а его рабочая характеристика и потребляемая энергия считается
«нормированной». В случае невозможности подбора «эталонного» насоса, таковым
считается насос, работающий в скважине в настоящее время.
Рис.1. Характеристика насоса, работающего в скважине по факту (сплошные
линии – при работе на воде, пунктирные – при работе на реальной жидкости)
5
Рис.2. Напорные характеристики насосов, обеспечивающих заданный дебит
и напор (1 – 6 – номера насосов)
Рис.3. Энергетические характеристики насосов, обеспечивающих заданный
дебит и напор (максимальный КПД - эталонный насос – график № 3)
2.2.Определение мощности выбранного скважинного насоса (определяется как
отношение полезной энергии к КПД насоса при работе на реальной жидкости в
фактической рабочей точке). КПД и рабочая точка выбранного насоса
определяются с учетом всех изменений подачи, напора, потребляемой мощности и
6
рабочей части характеристики в зависимости от
(температура, давление, наличие свободного газа,
обводненность и т.д.).
условий эксплуатации
фактическая вязкость,
2.3.Выбор ПЭД - для подобранного насоса выбирается ПЭД, имеющий наиболее
высокий КПД и минимальные рабочие токи в выбранном режиме работы.
2.4.Выбор электрокабеля – для конкретной скважины и выбранного ПЭД
выбирается кабель по критерию максимального размера токонесущей жилы.
2.6. Определение расчетных потерь в электрокабеле (определяется из формулы ).
2.7. Определение нормированой мощности, подводимой к скважине (определяется
как сумма фактической мощности выбранного ПЭД и потерь мощности в
выбранной кабельной линии).
2.8. Определение потерь в станции управлении и трансформаторе (определяется по
характеристике трансформатора и станции управления и нормированной
мощности, подводимой к скважине).
2.9.Определение суммарных затрат нормированной мощности для работы данной
скважины (определяется как сумма мощности, подводимой к скважине и потерь в
станции управления и в трансформаторе).
2.10.Определение
коэффициента
энергопотребления,
который
является
отношением полезной мощности к суммарным нормированным затратам мощности
для работы данной скважины.
2.11.Определение удельного расхода энергии на добычу единицы продукции
(одного куб.метра жидкости и одной тонны нефти). Удельный расход энергии
определяется отношением суммарных нормированных затрат мощности (в сутки) к
дебиту скважины по жидкости и по нефти.
Все указанные выше показатели выводятся в итоговый отчет и размещаются в
столбцах, имеющих подзаголовок «норма» в соответствующем названии
(например: «Мощность электродвигателя, норма»).
Энергетическая
определяется:
эффективность
работы
оборудования
в
данной
скважине
А) разностью фактических и нормированных затрат энергии (в час и в сутки) на
подъем пластовой жидкости;
Б) разностью и отношением фактического и нормированного коэффициентов
энергопотребления;
7
В)разностью удельных расходов энергии на добычу единицы продукции при
фактическом и нормированном расходовании энергии.
3. Порядок установки программы на персональный компьютер
1. Установите программу AutoExel, выбрав «setup» в папке с установочной
программой.
2. Следуйте подсказкам программы установки (выбирайте «принимаю») Рис.4.
Рис.4.
Внимание! Для установки на персональные компьютеры с оперативной
системой Windows 7 установка ресурса Microsoft.NetFramework 3.5 не
8
требуется, для остальных необходимо для установки этого ресурса разрешение
Администратора на изменение конфигурации оперативной системы!
3. Программа автоматически установит все необходимые элементы и, возможно,
потребует перезагрузки Рис.5.
Подключение к Интернету при правильном выполнении установки не требуется!
Рис.5.
4. Выбирайте далее рис.6.
Рис.6.
9
5. Выберите папку, в которую будет установлена программа. Нажмите далее рис.7.
Рис.7
6. Выбирайте далее.
10
Рис.8.
7. Подождите пока выполнится установка.
11
Рис.9.
8. Нажмите закрыть рис.10.
Рис.10.
9. После установки программы, зайдите в нее (ярлык появится на рабочем столе)
10. В программе нажмите кнопку «выбор исходного файла» и выберите нужный
файл (файл Exсel, расширение .xls).
12
Рис.11
11. Выберите файл для расчета, в котором у Вас хранятся данные по скважинам.
13
Рис.12.
12. Выберите путь для расположения итогового файла с результатами расчета.
14
Рис.13.
13.ОШИБКА!!! Далее следует открыть исходный файл Excel и указать столбцы с
исходными данными. Если они не будут совпадать, программа работать не будет!
Например, величине фактического дебита жидкости соответствует столбец «ВА»,
указываем его, по аналогии делаем все остальные записи. На рис. – столбец
«ВК»!!!
15
Рис.14.
Рис.15
16
14. Вверху программы есть поле “Строки”. Там необходимо указать строки
(скважины), в которых находятся данные, расчет которых нас интересует.
Рис.16.
17
Рис.17.
15. “Последняя колонка в исходной таблице” – это название самой крайней правой
колонки исходных данных. Правее будут писаться результаты. Укажите
координаты этой ячейки.
18
Рис.18
Рис.19
19
16. После того как Вы все проверили, можно нажать кнопку «расчет и запись».
Файл сохранится в той директории, которую Вы указали в «выбор расположения
итогового файла». Открываем этот файл и cо столбца DE смотрим результаты
расчета.
Рис.20
17. Расчет не начнется, пока вы не закроете все свои открытые файлы с
расширением
Excel.
Во время расчета также не открывайте файлы Excel. Если Вы закрываете
программу AutoExcel, то она закроет все открытые Excel файлы!!!
Рис.21
20
18. Также расчет может не начинаться, если Вы некорректно завершили работу в
Excel. Тогда придется вручную через диспетчер задач завершать эти процессы.
Диспетчер задач вызывается Alt + Ctrl + Del.
Рис.22
21
19. Дождитесь завершения расчета.
Рис.23
20. Возможно место, куда вы решили сохранить файл, занято другим файлом с тем
же именем. Тогда программа предложит Вам перезаписать этот файл.
Рис.24
21. Если Вы верно следовали инструкции, расчет будет завершен успешно и
сохранен в указанной вами директории.
22
Рис.25
22. Если в исходных данных есть ошибка (например, пропущено значение, или
вместо цифр буквы) программа выделит ошибочную строку розовым, а ошибочное
поле красным цветом. Исправьте это поле в исходном файле и повторите расчет.
Рассчитаны будут только строки, не содержащие ошибок (не помеченные
розовым цветом). Например, на приведенном ниже скриншоте, пропущен
геотермический градиент в строках 11 и 13, и поэтому эти ячейки выделены
красным.
Рис.26
23
Работа с конфигурациями «Autotech for Excel» (версия 1.4.3a):
Если Вы только установили программу и еще не работали с ней, тогда начните
ознакомление с пункта «Первый запуск программы». Если же вы уже работали с
программой, тогда перейдите к пункту «Работа с конфигурациями».
Первый запуск программы
Чтобы запустить программу, щелкните по ярлыку на рабочем столе с названием
“AutoTech for Excel” или, если ярлык был удален с рабочего стола, зайдите в
директорию куда была установлена программа (по умолчанию программа
устанавливается в директорию: C:\Programm Files\Autotech Group\AutoExcel\).
Запустив программу, Вы увидите сообщение см.Рис.1:
Рис. 1
Затем еще одно сообщение Рис.2:
Рис.2
24
В файле Main.Config.ini хранится путь последней используемой конфигурации.
Нажав в обоих случаях кнопку «ОК» Вы увидите главное окно программы см.
Рис.3. с уже введенными адресами столбцов в Excel (эти адреса подобраны для
файла «образец рабочего файла (бейнчмаркинг).xls»).
Рис.3. Главная форма
Т.к. это первый запуск, в строке состояния Вы увидите статус «Без названия». Это
означает, что текущая (рабочая) конфигурация не сохранена.
Вы можете приступить к работе с любым исходным файлом, который содержит все
необходимые столбцы для расчета.
Если вы закроете программу, то получите сообщение см.Рис.4.:
Рис.4.
25
Это связано с тем, что пользователь не сохранил текущую конфигурацию.
Сохранить ее можно при помощи верхнего меню «Конфигурация – Сохранить»,
откроется диалоговое окно, в котором будет предложено ввести название
конфигурации.
Если Вы нажмете «Да», то продолжите работу, если «Нет» - программа закроется.
Работа с конфигурациями
Вариант-1. Пользователь получил новый технологический режим (отличающийся
от исходного, получаемого при установке программы). В первую очередь
необходимо проверить соответствие полей технологического режима и полей
введенных в программу во вкладках «Общие данные», «Пласт», «Оборудование».
Для этого необходимо создать новую конфигурацию («Конфигурация – Создать»)
и ввести корректные адреса полей (столбцов Excel), но затем обязательно
сохраните конфигурационный файл (например, «Самотлор, куст1») и тогда строка
состояния изменится см.рис.5:
Рис.5
Если пользователь забудет сохранить адреса ячеек, то при закрытии, программа
предупредит об этом следующим сообщением см.рис.6.
Рис.6
26
Нажав «Да», откроется диалоговое окно. Выберите путь и название, под которым
хотите сохранить конфигурацию.
Возможен и другой вариант внесения изменений в адреса полей.
Не создавая новую конфигурацию, изменить текущую, а затем аналогичным
образом сохранить «Конфигурация – Сохранить».
Пользователь может загружать другие, сохраненные на рабочем компьютере
конфигурацию, при помощи верхнего меню «Конфигурация – Загрузить».
Обратите внимание, что строка состояния в этом случае примет название
выбранной конфигурации.
Допустим, пользователь загрузил какую-то конфигурацию и в процессе работы он
поменял адреса нескольких полей. Тогда, при закрытии программы, эти изменения
автоматически сохранятся в текущем конфигурационном файле!
27
Методика расчета затрат энергии по узлам УЭЦН
1. кабельная линия
потери мощности в кабельной линии зависят от рабочего тока, удельного
сопротивления материала жилы, длины кабеля, площади поперечного сечения
жилы, температуры жилы, косинуса «Фи» тока.
N = 1,732  L[1 + (t – 20)] I 2 / (F cos),
где – удельное сопротивление материала,  - температурный коэффициент
расширения меди, L - длина кабеля, t -температура материала, I -рабочий ток,
F -площадь поперечного сечения жилы, cos-косиснус «Фи».
Пример расчета: кабель КПБП 3х16 длиной 2000 м из меди ( = 0,0195 * 10 -6 ,
 = 0,0041) при средней температуре + 45 оС, рабочий ток – 24А, cos = 0,76
N = 1,732 * 0,0195 * 10 -6 * 2000 *[1 + 0,0041*(45 -20) ] * 24 2 / (16 *10-6 * 0,76)
= 3,52 кВт
2.насос ЭЦН
Потребляемая мощность ЭЦН зависит от полезной мощности и КПД.
Полезная мощность
N = P * Qc,
Где Qc – секундная подача насоса в м3/с
P = жgHд + Pбуф – Pзатр + жgh - Pг –потребное давление насоса
ж - плотность жидкости, жgHд -динамический уровень, Pбуф – Pзатр - давление
буферное и затрубное, - h- потери напора в колонне НКТ, Pг -давление работы
газа в колонне НКТ
h = λ*L* v2 / (2g*d), где – коэффициент гидравлических сопротивлений (λ =0,02
– 0,035)
Рг = Рнас {[1/(1-0,4ψ )] – 1}
Ψ=  / [1 + (Cп - C) 
 = 1 / [((1+P) B) / G] +1
Сп – скорость всплытия газовых пузырьков (Сп = 0,02 см/с при в=0 – 0,5 и Сп =
0,16 при в более 0,5)
28
С = Qг / f – приведенная скорость газа в колонне НКТ, f - площадь поперечного
сечения колонны НК
G -объемное количество свободного газа на буфере
Пример расчета: подача насоса – 160 куб.м,сутки; плотность жидкости – 890
кг/куб.м; динамический уровень – 1500 м; 62 мм-внутренний диаметр НКТ;
обводненность – 70%; объемное количество газа на буфере – 5;
коэф.гидравлических сопротивлений – 0,03; длина НКТ - 2000 м; буферное и
затрубное давление равны между собой и равны 1,3 МПа; давление насыщения
13 МПа; насос ЭЦНД5-200-1550.
Секундная подача – 160: (24 *3600) = 0,001852 куб.м/сек
Скорость движения жидкости по НКТ 0,001852 / (0,785* 0,062 2) = 0,614
м/сек
Потери напора в колонне НКТ
h = 0,03 * 2000*0,614 2 / (2*9,8 * 0,062) = 17,7 м в.ст.
Рг =13 *10 6 *(( 1 / (1 – 0,4 * 0,108)) – 1) = 0,54 МПа
Потребное давление насоса
Р = 890 * 9,8*1500 + 1,3 – 1,3 + 890*9,8*17,7 – 0,54* 10 6 =13,08 + 0,154 – 0,54 =
12,694 МПа
Полезная мощность
N = P * Qc = 12,694 *10 6 * 0,001852 = 23,509 кВт
Мощность насоса
Nнас = N : ,
где:  –КПД насоса при работе в заданном режиме (см.рис.1 и 2)и с учетом
характеристики перекачиваемой жидкости– КПД равен 40%(рис.2).
29
Рис.1. Характеристика насоса ЭЦНД5-200 на воде
Рис.2.Характеристика насоса ЭЦНД5-200-1550 на нефти
Nнас = N :  = 23,509 : 0,4 = 58,77 кВт
3.Электродвигатель
Потребляемая мощность двигателя определяется по мощности насоса,
типоразмеру ПЭД, режиму работы.
Пример расчета.
Для представленных выше данных и для ПЭД70-117В5
Мощность на выходном валу ПЭД
Nпэд1 = Nнас = 58,77 кВт
30
Мощность, потребляемая ПЭД
Nпэд2 = Nпэд1 : пэд , где пэд –КПД ПЭД при заданном режиме работы(рис.3) –
0,76.
Рис.3. Нагрузочная характеристика ПЭД70-117В5
Nпэд2 = Nпэд1 : пэд = 58,77 : 0,76 = 77,33 кВт
4.колонна НКТ
Потребляемая энергия, необходимая для перекачки пластовой жидкости по
колонне НКТ определяется потерями напора в колонне НКТ и секундным
расходом жидкости
Nнкт = жgh* Qc = 890 *9,81*17,7 * 0,001852 = 286 Вт
5.Трансформаторная подстанция
Мощность трансформаторной подстанции складывается из мощности,
потребляемой ПЭД, потерь мощности в кабельной линии и потерь в самом
трансформаторе
31
Nтр = Nпэд2 + N + Nтр
Пример расчета:
Для предыдущих условий + трансформатор ТМПН-100/3-УХЛ1, потери при
рабочем режиме 0,65 кВт
Nтр = Nпэд2 + N+ Nтр = 77,33 + 3,52 + 0,65= 81,5 кВт
6.Станция управления
Мощность
станции
управления
складывается
трансформатора и потерь в самой станции управления
из
мощности
Nсу = Nтр + Nсу
Пример расчета:
Для предыдущих условий + станция управления Электон-05, потери при
рабочем режиме – 1,14 кВт
Nсу = Nтр + Nсу = 81,5 + 1,14 = 82,64 кВт
7.Определение потребления электроэнергии по замеренным величинам:
Рабочий ток, напряжение, cos
Nпотр = 3 * I * U : cos 
Пример расчета: рабочий ток – 24 А, напряжение – 1640 В, cos  - 0,78
Nпотр = 3 * I * U : cos  = 1,732 * 24 * 1640 : 0,78 = 87,4 кВт
Потери энергии в узлах
Потерями будем считать энергию, которая не совершает полезной работы
и уходит в тепло.
Для кабельной линии и колонны НКТ эти потери будут равны мощности
(см.п.1 и 4), для насоса и погружного электродвигателя эти потери
определяются по формуле:
ΔN = N : (1 -  ) , где - потребляемая насосом или ПЭД мощность, - КПД
насоса или ПЭД.
Потери в трансформаторе и станции управления указаны в паспорте на
эти устройства.
Пример расчета: для указанных выше условий
32
1.Потери в кабельной линии
N = 1,732 * 0,0195 * 10 -6 * 2000 *[1 + 0,0041*(45 -20) ] * 24 2 / (16 *10-6 * 0,76)
= 3,52 кВт
2.Потери в насосе
ΔNнас = Nнас : (1 - нас ) = 58,77 * (1 – 0,4) = 35,26 кВт
3.Потери в ПЭД
ΔNпэд = Nпэд : (1 - пэд ) = 77,33 * (1 – 0,76) = 18,56 кВт
4.Потери в колонне НКТ
Nнкт = жgh* Qc = 890 *9,81*17,7 * 0,001852 = 286 Вт
5.Потери в трансформаторе ТМПН-100/3-УХЛ1 при рабочем режиме 0,65
кВт
6. Станция управления Электон-05, потери при рабочем режиме – 1,14 кВт
7.Суммарные потери энергии
 N = Nкаб +ΔNнас + ΔNпэд + Nнкт + Nтр +Nсу = 3,52 +35,26 + 18,56 + 0,286 +
0,65+ + 1.14 = 59,416 кВт
Разработчики
Методики:
Программист:
по адресу:
телефон/факс:
E-Mail:
ICQ:
Ивановский Владимир Николаевич и Ко.
Лавриненко Андрей А., Земский Макисм.С
г.Москва, Ленинский проспект 63/2, офисы 2507-2510
+7(499) 233-93-39
sabirov@gubkin.ru autotech.excel@gmail.com ivn@gubkin.ru
111306303
:
33