Anwendung von Frequenzumrichtern (FU) in elektrischen Unterwasserpumpen (ESPs)

Variable-Frequency-Antriebe (VFDs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Leistung von elektrischen Unterwasserpumpen (ESPs) in der Ölfeldproduktion. Durch die Anpassung der Stromversorgungsfrequenz ermöglichen VFDs eine stufenlose Drehzahlregelung von Unterwassermotoren und passen die Förderleistung der Pumpe dynamisch an die Fluidzufuhr des Brunnens an. Diese adaptive Steuerung gewährleistet eine effiziente Produktion, insbesondere in Brunnen mit variierenden Fluideigenschaften wie Viskosität und Gasgehalt.

Technische Prinzipien und Vorteile

1. Energieeffizienz: VFDs reduzieren den Energieverbrauch, indem sie die Motorüberlastung vermeiden und so die Systemeffizienz verbessern.
2. Dynamische Anpassung: Echtzeit-Frequenzanpassungen ermöglichen es ESPs, einen stabilen Betrieb unter schwankenden Brunnenbedingungen aufrechtzuerhalten und die Zuverlässigkeit zu erhöhen.
3. Verlängerte Lebensdauer der Ausrüstung: Durch die Reduzierung mechanischer Belastungen und die Vermeidung abrupter Starts/Stopps verlängern VFDs die Lebensdauer von Motoren und Pumpen.

Industrieanwendungen und Herausforderungen

• Fallbeispiel Offshore-Plattform: In den Offshore-Ölfeldern Penglai 19-3 wurden mittelspannungs-VFDs vom Typ PowerFlex 7000 von Rockwell Automation zur Ansteuerung von ESPs eingesetzt. Diese Systeme erzielen erhebliche Energieeinsparungen und einen stabilen Betrieb, obwohl Herausforderungen wie Oberschwingungen höherer Ordnung (die Kupfer- und Eisenverluste erhöhen) und Überspannungen am Ende (aufgrund langer Kabelübertragung) durch passive Filter oder die Optimierung des Motordesigns gemindert werden müssen.
• Oberschwingungsmanagement: VFD-induzierte Oberschwingungen erfordern fortschrittliche Filterung oder Anpassungen der Motorparameter (z. B. Schlitzstreureaktanz), um die Isolationssysteme zu schützen.

Schlussfolgerung
Die Integration von VFDs mit ESPs stellt eine fortschrittliche Lösung in künstlichen Hebesystemen in Ölfeldern dar, die Energieeffizienz, Betriebsstabilität und Gerätehaltbarkeit in Einklang bringt. Kontinuierliche Fortschritte in der VFD-Technologie, wie z. B. Multi-Level-Wechselrichter und Oberschwingungsunterdrückung, verbessern ihre Anwendbarkeit in komplexen Brunnenumgebungen weiter.

Diese Beschreibung synthetisiert Fachterminologie, Industriepraktiken und Fallstudien, um einen umfassenden englischen Überblick über VFD-Anwendungen in ESP-Systemen zu geben.