Комплексная модель тепловых и электромеханических процессов погружного асинхронного двигателя; Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов; Т. 336, № 11 - Ершов М. С. Михаил Сергеевич (2025, 2025)
Актуальность. Более 60 % нефтяных скважин в России оснащено установками с погружными электроцентробежными насосами. Тенденция увеличения доли низко- и среднедебитных скважин изменяет условия эксплуатации электроцентробежных насосов, что может сопровождаться ухудшением отвода тепла и увеличением нагрева погружных электродвигателей насосных установок, сокращением ресурса двигателей. В условиях снижения дебита скважин все более актуальной становится задача поиска наиболее рациональных технологий добычи нефти и эффективных режимов эксплуатации погружных электродвигателей. Тепловые процессы двигателей непосредственно связаны и во многом обусловлены электромеханическими процессами электродвигателей, хотя в настоящее время публикации по совместному исследованию указанных процессов практически отсутствуют. Целью данной работы является объединение исследований тепловых и электромеханических процессов погружных электродвигателей и разработка средств их моделирования, что может дать новый положительный эффект решения проблемы совершенствования эксплуатации электроцентробежных насосов низко- и среднедебитных скважин. Объектом исследования являются совместные тепловые и электромеханические процессы в системе «источник питания – погружной электродвигатель – скважинный флюид». Методы: моделирование тепловых процессов в погружном электродвигателе на основе тепловых схем, учитывающее условия охлаждения двигателя в скважине, и моделирование электромеханических переходных процессов, учитывающее возможности регулирования энергетических параметров электродвигателя в процессе эксплуатации. Результаты включают комплексную модель тепловых и электромеханических процессов погружного электродвигателя, реализованную в среде Matlab и использованную для численного моделирования характерных режимов эксплуатации электроцентробежных насосов. Результаты численного моделирования нагрева погружных электродвигателей в длительном режиме с последующим переходом на периодический кратковременный режим при прямом пуске двигателя подтвердили закономерности, установленные другими исследователями. Показано, что особенности конструкции погружных электродвигателей, обусловливающие его хорошие пусковые свойства, позволяют использовать прямой пуск в кратковременном периодическом режиме. Однако влияние возникающих в периодическом режиме колебаний температуры существенны, что может приводить к воздействию на изоляцию обмоток и требует дальнейших исследований. Использование частотного пуска погружных электродвигателей несущественно снижает колебания температуры. Альтернативой периодического кратковременного режима работы может быть работа электроцентробежных насосов на пониженных скоростях электродвигателя, при питании его от преобразователя частоты, но такая технология имеет свои ограничения