Установка электропогружного центробежного насоса

Эксплуатация скважин, оборудованных электропогружными центрабежными насосными установками.

Рис. 3.1. Установка электропогружного центробежного насоса:

а – УЭЦН: / – гидрозащита, 2 – насос, 3 – кабельная линия, 4 – НКТ, 5 —

металлический пояс, 6 – оборудование устья скважины, 7 – станция

уПравления, 8 – трансформатор; б – центробежный многоступенчатый

электронасос: / – верхняя секция с ловильной головкой, 2 – нижняя секция, 3

— шлицевая муфта, 4 – опорная пята, 5 – корпус подшипника, 6 —

направляющий аппарат, 7 – рабочее колесо, 8 – корпус, 9 – вал, 10 – шпонка,

// – подшипник скольжения, 12 -защитная втулка, 13 – основание, 14 —

фильтр, 15 – приводная муфта

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата Гр. Э – 03 – 1ДС.
Лист
НИНГ.130503.65.03 НРГз-08 (2)
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата Гр. Э – 03 – 1ДС.
Лист
НИНГ.130503.65.03 НРГз-08 (2)

Таблица 3.1 Техническая характеристика ПЦЭН

трансформатора через станцию управления, в которой сосредоточена вся контрольно-измерительная аппаратура и автоматика. Погружной центробежный электронасос спускается в скважину под расчетный динамический уровень. Жидкость подается по НКТ, к внешней стороне которых прикреплен специальными поясами электрокабель. В насосном агрегате между самим насосом и электродвигателем имеется промежуточное звено, называемое протектор или гидрозащита.

Принципиальная схема УЭЦН приведена на рис. 3.1, а. Установка включает в себя: погружной электродвигатель, гидрозащиту /, насос 2, кабельную линию 3, насосно-компрессорные трубы 4, металлический пояс 5, оборудование устья скважины 6, станцию управления 7, трансформатор 8.

Основным элементом является многоступенчатый, секционный погружной центробежнУЭЦНый электронасос (рис. 3.1, б), (табл. 3.1). Каждая ступень ПЭЦН состоит из направляющего аппарата 6 и рабочего колеса 7, насаженного на общий вал 9 всех ступеней секции. Рабочие колеса закреплены на валу общей шпонкой 10 и имеют скользящую посадку, а направляющие аппараты – в корпусе насоса, представляющем собой трубу. Число ступеней может достигать 400. Во время вращения колес напор преобразуется в давление, развиваемое насосом, которое определяется числом ступеней и частотой вращения рабочих колес, диаметром насоса и некоторыми другими факторами.

За последние десять лет конструкторами и заводами-изготовителями выполнены значительные работы по повышению надежности отдельных узлов УЭЦН, но ряд технических решений требует дальнейшего совершенствования. Это касается в первую очередь электродвигателя, гидрозащиты и кабеля.

На некоторых месторождениях ОАО "Оренбургнефть", например Зайкинском, вследствие высоких пластовых температур, достигающих 100 °С и более, отечественные двигатели вообще неприменимы.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата Гр. Э – 03 – 1ДС.
Лист
НИНГ.130503.65.03 НРГз-08 (2)

Количество осложненных скважин непрерывно

увеличивается, поэтому разработка ряда специальных насосов для таких скважин – одна из важных задач.

Эксплуатация скважин, оборудованных малораспространенными

Скважинными насосными установками для подъема нефти

(ГПНУ, ЭДНУ, ССНУ)

ГИДРОПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

12.1. Принцип действия гидропоршневого насоса

Гидропоршневые насосы (ГПН) состоят из двух основных частей: гидравлического поршневого двигателя объемного типа D (рис. 12.1) и соединенного с двигателем общим штоком поршневого насоса двухстороннего действия Н. Важным элементом ГПН, управляющим его работой, является золотниковое устройство 3. По принципу действия оно аналогично действию четырехходового крана. Внутренняя часть золотника с каналами может поворачиваться на 90° и занимать два положения (рис. 12.1, сплошные и пунктирные линии). Такие переключения (повороты) осуществляются автоматически от штока двигателя.

Рабочая жидкость нагнетается с поверхности силовым насосом по трубопроводу 1 (НКТ) и при положении золотника, показанном на рисунке, попадает в верхнюю полость цилиндра двигателя D. Одновременно нижняя полость цилиндра двигателя D с помощью золотника сообщается с выкидной линией 2 (кольцевое пространство).

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата Гр. Э – 03 – 1ДС.
Лист
НИНГ.130503.65.03 НРГз-08 (2)

Под действием давления рабочей жидкости поршень 3 двигателя совершает ход вниз. Жидкость из-под поршня выходит через золотник в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство). В конце хода вниз четырехходовой кран (золотник) автоматически поворачивается на 90°, а его каналы занимают положение, показанное на рис. 12.1 пунктиром. Рабочая жидкость из трубопровода 1 (НКТ) благодаря новому положению золотника получает доступ в нижнюю полость цилиндра двигателя D, а отработанная жидкость из верхней полости цилиндра попадает в выкидную линию 2. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в нижнюю полость, поршень 3 совершает ход вверх. В конце хода вверх золотник, связанный со штоком двигателя, снова поворачивается на 90° в обратную сторону, а его каналы снова занимают первоначальное положение. Это обеспечивает поступление рабочей жидкости в верхнюю полость двигателя и ход вниз. Скорость перемещения поршня двигателя и число его ходов, очевидно, будет зависеть от скорости закачки рабочей жидкости. При малой скорости закачки число ходов поршня двигателя будет малым и наоборот. Однако число ходов не может увеличиваться беспредельно. Инерция поршневой группы агрегата, золотника и жидкости в каналах будет лимитировать число 1 ходов, которое обычно не превышает 100.МЛ

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата Гр. Э – 03 – 1ДС.
Лист
НИНГ.130503.65.03 НРГз-08 (2)

Рис. 12.1. Принципиальная схема гидропоршневого насоса двойного действия с золотником, схематично показанного в виде двухходового крана

Жестко со штоком двигателя связан поршень (плунжер) 4 скважинного насоса Н, который также совершает возвратно-поступательное движение. Цилиндр насоса имеет с обеих сторон по одному нагнетательному 5 и всасывающему 6 клапану. При ходе поршня 4 вниз пластовая жидкость под действием давления на глубине погружения насоса будет поступать в верхнюю полость цилиндра насоса, проходя по обводному каналу 7 и через верхний всасывающий клапан 6. Пластовая жидкость из нижней полости цилиндра при ходе поршня 4 вниз будет вытесняться через нижний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство), смешиваясь там с отработанной рабочей жидкостью. При ходе поршня 4 вверх в полости под поршнем будет происходить всасывание пластовой жидкости через нижний всасывающий клапан 6, а в полости над поршнем нагнетание пластовой жидкости через верхний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2, т. е. в кольцевое пространство.

Читайте также:  Барабанная установка для палец

Источник



Все о нефти

Установка электроцентробежного насоса (ЭЦН)

УЭЦН – установка электроцентробежного насоса, в английском варианте — ESP (electric submersible pump). По количеству скважин, в которых работают такие насосы, они уступают установкам ШГН, но зато по объемам добычи нефти, которая добывается с их помощью, УЭЦН вне конкуренции. С помощью УЭЦН добывается порядка 80% всей нефти в России.

В общем и целом УЭЦН — обычный насосный агрегат, только тонкий и длинный. И умеет работать в среде отличающейся своей агрессивностью к присутствующим в ней механизмам. Состоит он из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой + насос), кабельной линии, колонны НКТ, оборудования устья скважины и наземного оборудования (трансформатора и станции управления).

Основные узлы УЭЦН:

ЭЦН (электроцентробежный насос) – ключевой элемент установки, который собственно и осуществляет подъем жидкости из скважины на поверхность. Состоит он из секций, которые в свою очередь состоят из ступеней (направляющих аппаратов) и большого числа рабочих колес собранных на валу и заключенных в стальной корпус (трубу). Основные характеристики ЭЦН – это дебит и напор, поэтому в названии каждого насоса присутствуют эти параметры. Например, ЭЦН-60-1200 перекачивает 60 м 3 /сут жидкости с напором 1200 метров.

ПЭД (погружной электродвигатель) – второй по важности элемент. Представляет собой асинхронный электродвигатель, заполненный специальным маслом.

Протектор (или гидрозащита) – элемент, расположенный между электродвигателем и насосом. Отделяет электродвигатель, заполненный маслом от насоса заполненного пластовой жидкостью и при этом передает вращение от двигателя к насосу.

Кабель, с помощью которого к погружному электродвигателю подводится электроэнергия. Кабель бронированный. На поверхности и до глубины спуска насоса он круглого сечения (КРБК), а на участке погружного агрегата вдоль насоса и гидрозащиты — плоский (КПБК).

Дополнительное оборудование:

Газосепаратор – используется для снижения количества газа на входе в насос. Если необходимости в снижении количества газа нет, то используется простой входной модуль, через который в насос поступает скважинная жидкость.

ТМС – термоманометрическая система. Градусник и манометр в одном лице. Выдает нам на поверхность данные о температуре и давлении той среды, в которой работает спущенный в скважину ЭЦН.

Вся эта установка собирается непосредственно при ее спуске в скважину. Собирается последовательно снизу вверх не забывая про кабель, который пристегивается к самой установке и к НКТ, на которых все это и висит, специальными металлическими поясами. На поверхности кабель запитывается на устанавливаемые вблизи куста повышающий трансформатор (ТМПН) и станцию управления.

Помимо уже перечисленных узлов в колонне насосно-компрессорных труб над электроцентробежным насосом устанавливаются обратный и сливной клапаны.

Обратный клапан (КОШ — клапан обратный шариковый) используется для заполнения насосно-компрессорных труб жидкостью перед пуском насоса. Он же не позволяет жидкости сливаться вниз при остановках насоса. Во время работы насоса обратный клапан находится в открытом положении под действием давления снизу.

Над обратным клапаном монтируется сливной клапан (КС), который используется для спуска жидкости из НКТ перед подъемом насоса из скважины.

Электроцентробежные погружные насосы имеют значительные преимущества перед глубинными штанговыми насосами:

  • Простота наземного оборудования;
  • Возможность отбора жидкости из скважин до 15000 м 3 /сут;
  • Возможность использовать их на скважинах с глубиной более 3000 метров;
  • Высокий (от 500 суток до 2-3 лет и более) межремонтный период работы ЭЦН;
  • Возможность проведения исследований в скважинах без подъема насосного оборудования;
  • Менее трудоемкие методы удаления парафина со стенок насосно-компрессорных труб.

Электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине со 146 мм и 168 мм обсадными колоннами. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.

Источник

Добыча нефти и газа

logo

Вы здесь: Оборудование, трубы, материалы для нефти и газа Конструкция и технические характеристики модулей УЭЦН

Конструкция и технические характеристики модулей УЭЦН

Рейтинг:   / 72

Конструкция и технические характеристики модулей УЭЦН

Рисунок 1 Установка центробежного насоса

Установка погружного центробежного электронасоса состоит из:

Компенсатор входит в состав гидроэащиты, предназначенной для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановках. Компенсатор имеет устройство для автоматического сообщения с полостью электродвигателя.

Компенсатор устанавливается в нижней части погружного электродвигателя.

2 Погружной электродвигатель ПЭД

Читайте также:  Прицеп товарищ трейлер установка амортизаторов

Погружной асинхронный электродвигатель служит для привода электроцентробежного насоса и состоит из ротора, статора, головки, основания и узла токоввода.

Внутренняя полость двигателя заполнена маслом. Фильтр для очистки масла расположен в нижней части двигателя.

Погружной электродвигатель комплектуется гидрозащитой (протектор, компенсатор) для предотвращения проникновения пластовой жидкости в двигатель и утечки масла из двигателя.

Для эффективного охлаждения двигателя необходимо постоянное наличие потока жидкости в кольцевом пространстве между его корпусом и внутренними стенками эксплуатационной колонны.

Погружные электродвигатели выпускаются различной мощности и поперечного габарита, что позволяет выбрать оптимальный двигатель для привода конкретного насоса.

3 протектор

Протектор входит в состав гидрозащиты, предназначенной для защиты погружных мэслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановках.

Протектор имеет две упругие диафрагмы (верхнюю и нижнюю), за счет деформации которых компенсируются изменения объема масла в электродвигателе.

Протектор устанавливается в верхней части погружного электродвигатепя между двигателем и газосепаратором (ипи приемным модулем насоса в случае отсутствия газосепаратора).

Центробежный газосепаратор

При эксплуатации скважин с высоким газосодержанием откачиваемой нефти для уменьшения вредного влияния свободного газа на работу ЭЦН в компоновку подземного оборудования включают дополнительный модуль — газосепаратор.

При работе газосепараюра происходит разделение потока на жидкую и газовую фазу в сепарационных барабанах под действием центробежной силы. При этом отсепарированный газ направляется в затрубное пространство, а дегазированная жидкость подается на прием насоса.

Использование эффективного газосепарзтора позволяет устойчиво эксплуатировать установки ПЭЦН в скважинах, где обьемное содержание свободного газа на входе в насос существенно превышает 30%.

В скважинах, где входное объемное газосодержание менее 30% (например, в высокообводненных скважинах) вредного влияния газа на работу насоса не отмечается и в использовании газосепаратора нет необходимости.

Газосепаратор устанавливается между протектором гидрозащиты и нижней секцией ЭЦН.

Многосекционный многоступенчатый электроцентробежный насос

Погружной электроцентробежный насос ПЭЦН в общем случае состоит из нескольких модуль — секций, достигая в длину нескольких метров.

Каждая секция включает в себя большое (до 100 и более) число ступеней. Рабочая ступень насоса состоит из рабочего колеса и направляющего аппарата (см. рисунок) и рассчитана на определенную подачу.

Требуемый напор насоса получают комбинированием необходимого числа ступеней. При работе насоса давление в нем плавно возрастает по его длине.

В случае отсутствия в компоновке погружного оборудования газосепаратора насос комплектуют входным модулем. При использовании газосепаратора во входном модуле нет необходимости.

В зависимости от поперечного габарита насосы изготавливаются трех групп: 5. 5А и 6 (123.7; 130 и 148.3мм соответственно). Наиболее распространены насосы групп 5 и 5А.

При откачке жидкости с большим (>30%) содержание» свободного газа эффективность работы насоса резко понижается, что может привести к срыву (прекращению подачи установки.

Обратный клапан

Обратный клапан предназначен для предотвращения обратного (турбинного] вращения рабочих колес насоса под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе при остановках насоса и облегчения ею последующею запуска, используется для олрессовки колонны НКТ после спуска установки в скважину.

Обратный клапан состоит из корпуса 1 обрезиненного седла 2. на которое опирается тарелка 3. Тарелка имеет возможность осевого перемещения в направляющей втулке 4.

Под воздействием потока перекачиваемой жидкости тарелка поднимается, тем самым открывая клапан. При остановке насоса тарелка опускается на седло под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе и клапан закрывается. Обратный клапан устанавливается между верхней секцией насоса и сливным клапаном. На период транспортировки обратный клапан закрывают крышками 5 и 6

Сливной клапан

Сливном клапан предназначен для слива жидкости из насосно -компрессорных труб при подъеме насоса из скважины.

Сливном клапан состоит из корпуса 1 с ввернутым в него штуцером 2, который уплотнен резиновым кольцом 3.

Перед подъемом насоса из скважины конец штуцера, находящийся во внутренней полости клапана, сбивается (обламывается) сбрасыванием в скважину специального инструмента и жидкость из колонны НКТ вытекает через отверстие в штуцере в за трубное пространство.

Сливной клапан устанавливается между обратным клапаном и колонной труб НКТ.

На период транспортировки сливной клапан закрывают крышками 4 и 5.

Кабельная пиния предназначена для подачи электрического напряжения переменного тока с поверхности к погружному двигателю установки.

Кабельная линия состоит из основного кабеля (плоского или круглого) и соединенного с ним плоского кабеля -удлинителя с муфтой кабельного ввода.

Соединение основного кабеля с удлинигелем производится неразъемной соединительной муфтой (сросткой). С помощью сростки также могут быть соединены участки основного кабеля для получения необходимой длины.

Кабель — удлинитель имеет уменьшенные наружные размеры по сравнению с основным кабелем.

Муфта кабельного ввода обеспечивает герметичное присоединение кабеля к ПЭД.

В зависимости от температуры и агрессивности откачиваемой среды выпускаются кабели с различной степенью изоляции. Современные кабели способны работать при температуре до 200 °С и напряжении до 4000 В.

Станция управления обеспечивает питание, управление работой погружной установки и защиту ее от аномальных режимов работы.

Современные станции управления могут быть оборудованы тиристорными преобразователями для бесступенчатого регулирования частоты вращения вала насоса, что позволяет плавно регулировать подачу и напор установки, обеспечивать мягкий (без рывков) пуск двигателя после отключения.

Станция управления обеспечивает контроль, индикацию и запись основных рабочих параметров установки, отключение электродвигателя при перегрузке/недогрузке, понижении сопротивления изоляции и др.

Читайте также:  Деталь для установки колец

Трансформатор

Трансформатор предназначен для питания погружных электродвигателей от сети переменного тока напряжением 380 или 6000 В.

Трансформаторы выпускаются маслонаполненные и сухие (без охлаждающего масла) номинальной мощностью от 40 до 400 кВА.

Шифры установок следующие: первая буква «У» обозначает
установку, если после нее стоит цифра, то она обозначает порядковый номер модернизации, «Э» — с приводом от электродвигателя, «Ц» — центробежный насос, «Н» — нефтяной. Следующая цифра и буква«А» обозначают условную габаритную группу, последующие цифры, записанные через тире, — номинальную подачу (м3/сут), номинальный напор (м) при номинальной подаче.

Условные габаритные группы
установок следующие:

· группа 5 — для эксплуатации
скважин с внутренним диаметром эксплуатационной колонны
не менее 127,7 мм;

· группа 5А — не менее 130 мм;

· группа 6 — не менее 144,3 мм;

· группа 6А — не менее 148,3 мм.

В обозначениях установок, поставляемых с насосами повышенной износостойкости, добавляется буква И, а с насосами повышенной коррозионной стойкости — буква К.

Источник

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

Установки предназначены для использования высокодебитных, обводненных, вертикальных и наклонно-направленных скважин, имеют высокий КПД и меньше подвержена влиянию кривизны ствола скважины, обслуживание ЭЦН просто, так как на поверхности размещаются только станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода. Однако ЭЦН плохо работают в условиях коррозионно-агрессивной среды, при выносе песка, в условиях высокой температуры и высокого газового фактора.

На данный момент разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине со 146 мм и 168 мм обсадными колоннами. Также электроцентробежные насосы используются для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью ППД (поддержания пластового давления).

УЭЦН – по своей сути обычный насосный агрегат, только тонкий и длинный. ОН может работать в среде, которая отличается своей агрессивностью к присутствующим в ней механизмам. Состоит ЭЦН из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой + насос), кабельной линии, колонны НКТ (насосно-компрессорные трубы), оборудования устья скважины и наземного оборудования (трансформатора и станции управления).

Основные узлы УЭЦН:

ЭЦН (электроцентробежный насос) – главный элемент установки, с помощью которого осуществляется подъем жидкости из скважины на поверхность. Состоит он из секций, которые в свою очередь состоят из ступеней (направляющих аппаратов) и большого числа рабочих колес, собранных на валу и заключенных в стальной корпус (трубу).

ПЭД (погружной электродвигатель) – второй по важности элемент. Основным видом погружных электродвигателей, служащих для привода центробежных насосов, являются асинхронные маслонаполненные с короткозамкнутыми роторами двигатели.

Протектор (или гидрозащита) – элемент который находится между электродвигателем и насосом. Отделяет электродвигатель, заполненный маслом от насоса заполненного пластовой жидкостью и при этом передает вращение от двигателя к насосу.

Кабель, с помощью которого к погружному электродвигателю подводится электроэнергия. Кабель бронированный. На поверхности и до глубины спуска насоса он круглого сечения (КРБК), а на участке погружного агрегата вдоль насоса и гидрозащиты — плоский (КПБК).

Дополнительное оборудование:

Газосепаратор – используется для понижения количества газа на входе в насос. Если необходимости в снижении количества газа нет, то используется простой входной модуль, через который в насос поступает скважинная жидкость.

ТМС – термоманометрическая система. Градусник и манометр в одном приборе. Выдает нам на поверхность данные о температуре и давлении той среды, в которой работает спущенный в скважину ЭЦН.

Вся установка собирается непосредственно при ее спуске в скважину. Собирается последовательно снизу-вверх, нельзя забывать про кабель, который пристегивается к самой установке и к НКТ специальными металлическими поясами. На поверхности кабель запитывается на устанавливаемые вблизи куста повышающий трансформатор (ТМПН) и станцию управления.

Помимо уже перечисленных узлов в колонне НКТ над электроцентробежным насосом устанавливаются обратный и сливной клапаны.

Обратный клапан (КОШ — клапан обратный шариковый) используется для заполнения насосно-компрессорных труб жидкостью перед запуском насоса. Он же не позволяет жидкости сливаться вниз при остановках насоса. Во время работы насоса обратный клапан находится в открытом положении под действием давления снизу.

Над обратным клапаном монтируется сливной клапан (КС), который используется для спуска жидкости из НКТ перед подъемом насоса из скважины.

Преимущества ЭЦН перед ШСНУ (установка глубинного штангового насоса):

Возможность отбора жидкости из скважин до 15000 м 3 /сут;

Простота наземного оборудования

Возможность использовать их на скважинах с глубиной более 3000 метров;

Менее трудоемкие методы удаления парафина со стенок насосно-компрессорных труб.

Возможность проведения исследований в скважинах без подъема насосного оборудования;

Высокий (от 500 суток до 2-3 лет и более) межремонтный период работы ЭЦН;

Но установки электроцентробежных насосов обладают и серьезными недостатками:

существенное снижение эффективности их работы при откачке высоковязких жидкостей и водонефтяных эмульсий, а также при повышенном содержании в продукции скважины свободного газа;

размещение погружного электродвигателя в скважине предъявляет высокие требования к надежности гидрозащиты;

наличие длинного кабеля, помещенного в агрессивную среду, предъявляет высокие требования к его изоляции;

ограничение области применения УЭЦН температурой откачиваемой продукции;

сложность погружного оборудования, и как следствие высокая стоимость приобретения и ремонта;

Источник

Adblock
detector