Лекция на тему: Оборудование для бесштанговой эксплуатации скважин

Оборудование для бесштанговой эксплуатации скважин.

Главной отличительной особенностью бесштанговых глубинных насосов (БШГН) является отсутствие механической связи между наземным приводом и самим насосом, как это имеет место в установке штангового глубинного насоса.

Наиболее обширную и потому первую группу в классе бесштанговых насосов составляют установки электроцентробежных насосов (УЭЦН).

Ко второй группе относятся установки электродиафрагменных насосов (УЭДН), в которых подача жидкости производится колеблющейся гибкой диафрагмой. Область их использования - малодебитные скважины.

Третью группу составляют установки электровинтовых насосов (УЭВН). Их доля в общем балансе добычи нефти в настоящее время незначительна.

Четвертую группу составляют установки гидропоршневых насосов (УГПН), они получили пока ограниченное применение на Российских промыслах.

Пятую группу составляют установки струйных насосов (УСН), разработанные и испытанные в настоящее время на про­мыслах.

Рассмотрим каждую из перечисленных групп бесштанговых насосов.

УЭЦН

Установка предназначена для подъема жидкости с содержанием в ней воды на более 99%, механических примесей не более 0,01%, с температурой не более 90 ^оС. Насосы повышенной износостойкости допускают содержание механических примесей 0,05%. Средний дебит установки составляет 100…500 м³/сут., дебит 40-1000 м³/сут, напор насоса от 550 м и выше (550-1800 м - отечественные насосы).

К подземному оборудованию относятся:

а) электроцентробежный насос, являющийся основным исполнительным узлом установки (ЭЦН)

б) погружной электродвигатель (ПЭД), являющийся приводом насоса

в) система гидрозащиты, осуществляющая защиту ПЭД от попадания в него пластовой жидкости и состоящая из протектора и компенсатора

г) токоведущий кабель, служащий для подачи электроэнергии к ПЭД

д) насосно-компрессорные трубы (НКТ), являющиеся каналом, по которому добываемая жидкость поступает от насоса на дневную поверхность

е) клапан обратный, исключающий переток жидкости из НК'Г через насос во время остановки насоса и его обратное вращение, облегчает запуск двигателя

ж) клапан сливной, обеспечивающий выход жидкости из НКТ перед подъемом установки.

К наземному оборудованию относятся:

а) устьевая арматура, служащая для направления и регули­рования дебита поступающей жидкости из скважины и гермети­зации устья и кабеля

б) станция управления погружным двигателем, осуществ­ляющая запуск, контроль и управление работой УЭЦН

в) трансформатор, предназначенный для регулирования вели­чины напряжения, подаваемого к ПЭД

г) подвесной ролик, служащий для подвески и направления кабеля в скважину при спускоподъемных операциях.

1-компенсатор, 2-погружной электродвигатель ПЭД, 3-протектор, 4-ЭЦН, 5-плоский кабель, 6-обратный клапан, 7-сливной клапан, 8-стальные пояса, 9-круглый кабель, 10-колонна НКТ, 11-устьевое оборудование, 12-станция управления, 13-трансформатор

Отечественная промышленность освоила и в настоящее вре­мя выпускает более 300 типоразмеров УЭЦН. Каждый типораз­мер имеет определенный шифр.

Например, УЭЦНМ5 - 125 - 1200 обозначает: У - установка, Э - привод от электродвигателя, Ц - центробежный, Н - насос, М - модульного исполнения, 5 - группа насоса (диаметр обсадной колонны), 125-подача насоса (м³/сут), 1200 напор (м). Буквы К, Т, И в шифре обозначают соответ­ственно коррозионностойкое, теплостойкое или износостойкое исполнение.

Типоразмеры Российских УЭЦН приведены в таблице.

ЭЦН

Электроцентробежный насос (ЭЦН) является основным узлом установки. В центробежном насосе пере­качиваемая жидкость получает напор на лопатках быстровращающегося рабочего колеса. При этом происходит превращение ки­нетической энергии движущейся жидкости в потенциальную энергию давления.

Поскольку ЭЦН - центробежный насос, созданный для эксплу­атации нефтяных скважин, это повлекло за собой ряд конструк­тивных особенностей, присущих только этому классу насосов, а именно:

а) насос должен иметь минимальные габариты, ограничивае­мые диаметром скважин;

б) насос должен иметь широкий диапазон производительностей и напоров;

в) насос подвешивается в вертикальном положении и недо­ступен осмотру и обслуживанию.

Основными конструктивными элементами ЭЦН являются:

ра­бочее колесо, направляющий аппарат, вал, корпус, гидравличес­кая пята, уплотнения, подшипники.

Рабочее колесо является основным рабочим органом насоса. Оно выполнено в виде двух дисков - переднего (по ходу жидко­сти) с отверстием большого диаметра в центре и заднего - сплошного диска со ступицей (втулкой в центре), через которую прохо­дит вал.

Диски расположены на некотором расстоянии один от друго­го, а между ними находятся лопатки, отогнутые назад по направ­лению вращения колеса. Колеса ЭЦН изготовляют из легирован­ного чугуна, полиамидной смолы, углепластика и других матери­алов.

Направляющий аппарат предназначен для изменения на­правления потока жидкости и преобразования скоростной энергии в давление. Он состоит из двух неподвижных дисков с лопатка­ми, напоминающими лопатки рабочего колеса, закрепленных неподвижно в корпусе насоса. Лопасти направляющего аппарата направлены противоположно от лопастей рабочего колеса.

Рабочее колесо, совместно с направляющим аппаратом, образу­ет ступень насоса. Каждая ступень развивает напор 4-7 м.

Учитывая, что глубина, с которой приходится поднимать нефть, достигать 1,5-2 км. и более, можно рассчитать потребное количество ступеней для конкретного насоса.

Таким образом, электроцентробежный насос является многоступенчатым и, кроме того, секционным, так как в один корпус большое количество ступеней установить невозможно.

Ступень насоса: 1-вал, 2-шпоночный паз, 3-шайба, 4-рабочее колесо, 5-направляющий аппарат

Вал предназначен для передачи вращения рабочим колесам. Представляет собой цилиндрический стержень со шпоночным пазом для крепления рабочих колес. Длина и диаметр вала регламентируется габаритами насоса. Вал ЭЦН работает в весьма жестких условиях, так как имеет небольшой диаметр (17-25 мм), значительную длину (до 5000 мм) и несет не себе большое количество рабочих колес (до 300).

Материалом для валов являются легированные стали.

Валы отдельных секций насоса, а также его модулей соединяются с помощью шлицевых муфт.

Опорами вала являются радиальные подшипники скольжения, установленные верхней и нижней части корпуса.

Ротор насоса - собранные на валу и вращающиеся вместе с ним рабочие колеса.

Корпус насоса - специальная труба, диаметры которой у со­временных насосов составляют 86,92,103 и 114 мм, а длина зави­сит от числа собранных в ней ступеней.

Корпус сверху заканчивается резьбой, с помощью которой он присоединяется к колонне НКТ, и ловильной головкой, обеспечи­вающей захват насоса при его падении в скважину.

Снизу корпус снабжен фильтром и присоединительными фланцами для соединения с очередной секцией или протектором. Новые насосы соединяются со своими узлами с помощью быст­ро сборных байонетных соединений.

Уплотнения в ЭЦН представлены сальником, расположен­ным в нижней части насоса, представляющим набор колец, вы­полненных из свинцовой ваты с графитом. В связи с созданием новой гидрозащиты изменилась и функция сальника, которая те­перь сводится к предотвращению попадания механических при­месей из насоса в протектор.

Кроме того, соединяемые между собой на резьбе части кор­пуса насоса снабжены уплотнительными кольцами круглого се­чения.

Гидравлическая пята предотвращает движение ротора на­соса от действия силы, направленной вниз, возникающей при выб­росе жидкости. Защищает вал от осевых усилий.

Принцип действия насоса.

Насос работает следующим образом.

Скважинная жидкость через сетку фильтра поступает в по­лость направляющего аппарата, а затем - в рабочее колесо. Далее движение жидкости следует по такой же схеме: «аппарат - колесо».

На выходе из последнего рабочего колеса жидкость приобре­тает необходимый напор и выбрасывается в корпус модуля, а затем в головку и присоединенные к ней НКТ.

Маркировка:

ЭЦНС5 - 125 - 1200 обозначает: Э - привод от электродвигателя, Ц - центробежный, Н - насос, С - секционного исполнения, 5 - группа насоса (диаметр обсадной колонны), 125-подача насоса (м³/сут), 1200 напор (м). Буквы К, Т, И в шифре обозначают соответ­ственно коррозионностойкое, теплостойкое или износостойкое исполнение.

ПЭД

В качестве привода электроцентробежного насоса использу­ется асинхронный маслонаполненный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. В соответствии со спецификой эксплуа­тации ПЭД выполнен цилиндрическим и сильно развит в длину.

Отечественная промышленность освоила выпуск 18 типов ПЭД мощностью от 12 до 300 кВт, с диаметрами корпусов 96,103,117, 123, 130 мм для колонн диаметром 112; 121,7; 123,7; 144,3; 148,3 мм.

Основными узлами ПЭД являются статор, ротор, опорная пята, вал. Назначение статора и ротора и принцип их работы аналогич­ны электродвигателю обычной (наземной) конструкции.

Положение ПЭД в скважине - вертикальное, поэтому нор­мальная его работа обеспечивается опорной пятой и подшипни­ками скольжения, расположенными на валу и фиксируемыми в статоре ПЭД. Вал имеет сквозное отверстие, через которое цир­кулирует масло, принудительно перекачиваемое турбинкой. Мас­ло смазывает подшипники и охлаждает ПЭД.

Напряжение на обмотку статора подается через специальный герметичный кабельный ввод.

Погружной двигатель имеет следующую маркировку:

ПЭДС90-117МВ5

что означает: П - погружной, Э - электри­ческий, Д - двигатель, С - секционный, 90 - мощность в кВт, 117-диаметр корпуса в мм, М - модульное исполнение, В - кли­матическое исполнение, 5-диаметр обсадной колонны (дюймы).

Погружной электродвигатель:

1 - шлицевая муфта; 2 - головка; 3 - пята; 4 - подпятник; 5 - колодка кабельного ввода; 6 - турбинка; 7 - радиальные подшипники скольжения; 8 - статор; 9 -пакет магнитных жестей; 10 - ротор; 11 - вал; 12 - корпус; 13 - масляный фильтр; 14-основание.

Система гидрозащиты

Под гидрозащитой понимают устройства, противодейству­ющие проникновению пластовой жидкости в полость двигателя и компенсирующие температурное расширение масла в ПЭД.

Промышленность выпускает гидрозащиту, состоящую из двух узлов -компенсатора (монтируется ниже ПЭД) и протектора (мон­тируется между ЭЦН и ПЭД).

Компенсатор служит для передачи давления скважинной жидкости в ПЭД и компенсации расхода масла.

Представ­ляет собой эластичную резиновую диафрагму, сообщающуюся с
полостью ПЭД со скважиной через канал. При этом на нее
воздействует скважинное давление, передающееся в полость ПЭД
через канал, что исключает возникновение перепада давлений
между скважиной и полостью ПЭД, и защищает его от пластовой
жидкости.

Протектор выполняет функцию защитной камеры со стороны насоса за счет наличия в нем торцового уплотнения, предотвращающего переток жидкости. Узел гидропяты обеспечивает разгрузку осевых сил со стороны насоса, а диафрагменные полости, заполняемые маслом, сообщаются с двига­телем. Они компенсируют расход масла, защищают ПЭД от по­падания пластовой жидкости.