石油压裂的电力驱动与储能系统的应用.pdf
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1、节能与新能源ENERGYSAVINGANDNEWENERGY石油压裂的电力驱动与储能系统的应用Applicationof Permanent Magnet Synchronous MotorConverter inRefiner黄建军(HuangJianjun),魏继云(Wei Jiyun),荣凯(RongKai),曹广芹(CaoGuangqin)新风光电子科技股份有限公司,山东,2 7 2 50 0摘要:压裂技术是针对石油、天然气等储存在地下的能源而开发出来的提高产量的一种方法。而由变频驱动的电驱压裂是页岩能源开采设备的必然发展趋势,具备排量精准控制、功率密度大等优势。在部分现场不具备电网的
2、条件下,燃机加储能在页岩油气的压裂中也应运而生。由变频驱动的电驱压裂及提供能源储备的储能为石油行业的降本增效、节能减排发挥重要作用。关键词:电驱压裂;页岩油气;变频器;储能系统Abstract:Fracturing technology is a method developed to increase production of energy stored underground,such asoil and natural gas.The electric drive fracturing driven by frequency conversion is an inevitable de
3、velopment trend ofshale energy extraction equipment,with advantages such as precise displacement control and high power density.Inthe absence of a power grid in some sites,the use of gas turbines with energy storage in shale oil and gas fracturing hasalso emerged.Electric fracturing driven by freque
4、ncy conversion and energy storage providing energy reserves play animportant role in reducing costs,increasing efficiency,and reducing emissions in the petroleum industry.Key words:Electric drive fracturing;Shale oil and gas;Frequency converter;Energy storage【中图分类号】TU854【文献标识码】B【文章编号】156 1-0 3 3 0(2
5、 0 2 4)0 4-0 0 7 0-0 41引言在页岩油气的开采中,压裂技术是一种常用的油气井增产技术。通过将高压液体注入到含有油气的岩石层中,从而在岩石层形成裂缝,使得原本无法被开采的油气资源能够顺利流出。当探测到某处具备页岩油气资源后,会首先由钻井方施工队进行现场作业,搭建钻机进行钻井,整个钻探过程包括钻井、录井、测井、固井、射孔。上述步骤完成后,才正式进入压裂阶段,通过向井内注入压裂液完成压裂过程。注入的压裂液体种类很多,根据不同的现场也会有不同的工艺。压裂设备主要有柴驱压裂和电驱压裂两种驱动方式,柴驱压裂是传统的驱动方案,具有环境污染、噪音大、功率密度小等明显短板,而电驱压裂设备的环
6、保性、经济性都胜过传统柴驱。本文将介绍变频器及储能系统在电驱压裂现场的应用。压裂施工现场如图1所示。2电驱压裂撬变频器控制系统2.1电驱压裂撬变频器系统结构70THEWORLDOFINVERTERS图1压裂施工现场电驱压裂撬变频器系统结构如图2 所示。电网电压经外部输入连接端子连接至变频器的移相变压器,移相变压器的次级分为多组电压6 9 0 V的二次绕组为功率单元提供输入电源。每个单元内又具备三相桥式整流电路,经滤波后形成稳定的直流母线电压,从而形成具备多脉波移相整流的级联方案。普通的三相桥式整流,一个周期内只会产生6 个脉波直流。而多脉冲第2 7 卷第0 4期变频器世界2 0 2 4年0 4
7、月主变压器控制电绕组22图2 电驱压裂撬变频器系统结构柱塞上凡尔体总成移相整流通过移相变压器的n个副边,整流后的脉冲数为6 n。脉冲数越多,变频器的输入电流及输出电压特性则越好,级联式高压变频器具有输入谐波小、输出波形正弦度好的显著优势。2.2电驱压裂撬变频器的主回路结构为了应对压裂现场多个不同功率泵撬的应用场合,电驱压裂撬变频器采用一拖二的主回路结构。以8 0 0 0型电驱压裂撬为例,变频器可单机运行同时带载两台4500kW的电机,亦可并机运行带载9 0 0 0 kW的电机,极大的增加了变频器与泵撬搭配的灵活度。主回路结构图如图3 所示。JOYK1QF1QF2TuI下的关键作用。柱塞泵是一种
8、通过柱塞往复运动产生压力的泵,其通过改变柱塞的运动速度和频率,控制泵的流量和压力。如图4所示,上级混砂撬通过各级管道源源不断的向各个压裂撬输送压裂液,柱塞泵的下口即供液位置,当柱塞向后退回时,泵腔体积增大,液体被吸入泵腔;当柱塞向前推进时,泵腔体积缩小,液体被压缩,产生压力并将液体输送至井口。通过循环往复的运动,柱塞泵能够持续的产生压力和排量。然而压裂撬在压裂现场的工况是复杂且多变的,由于井下压力变化,或者是混砂撬供液不稳,会导致整个管路中压力出现较大变化。当混砂撬供液不足或者柱塞泵前级管道出现堵1OLY塞时,柱塞泵的吸入压力降低,从而引起变频器负载突降;又或者井内压力过高,限于工艺情况下变频
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