З чого складається ецн. Установка електровідцентрового насоса (уецн)

Схема УЕЦН

УЕЦН - установка електровідцентрового насоса, в англійському варіанті - ESP (electric submersible pump). За кількістю свердловин, у яких працюють такі насоси, вони поступаються установкам ШГН, зате за обсягами видобутку нафти, що видобувається з їх допомогою, УЕЦН поза конкуренцією. За допомогою УЕЦН видобувається близько 80% усієї нафти в Росії.

Загалом УЕЦН - звичайний насосний агрегат, тільки тонкий і довгий. І вміє працювати в середовищі, що відрізняється своєю агресивністю до присутніх у ній механізмів. Складається він із занурювального насосного агрегату (електродвигун із гідрозахистом + насос), кабельної лінії, колони НКТ, обладнання гирла свердловини та наземного обладнання (трансформатора та станції управління).

Основні вузли УЕЦН:

ЕЦН (електроцентробіжний насос)- Ключовий елемент установки, який власне і здійснює підйом рідини зі свердловини на поверхню. Складається він із секцій, які у свою чергу складаються з щаблів (напрямних апаратів) та великої кількості робочих коліс зібраних на валу та укладених у сталевий корпус (трубу). Основні характеристики ЕЦН – це дебіт і натиск, у назві кожного насоса присутні ці параметри. Наприклад, ЕЦН-60-1200 перекачує 60 м 3 на добу рідини з напором 1200 метрів.

ПЕД (занурювальний електродвигун)- Другий за важливістю елемент. Являє собою асинхронний електродвигун, заповнений спеціальним маслом.

Протектор (або гідрозахист)– елемент, розташований між електродвигуном та насосом. Відокремлює електродвигун, заповнений маслом від насоса, заповненого пластовою рідиною і при цьому передає обертання від двигуна до насоса.

Кабель, За допомогою якого до занурювального електродвигуна підводиться електроенергія. Кабель броньований. На поверхні і до глибини спуску насоса він круглого перерізу (КРБК), а на ділянці занурювального агрегату вздовж насоса та гідрозахисту – плоский (КПБК).

Додаткове обладнання:

Газосепаратор– використовується для зниження кількості газу на вході у насос. Якщо необхідності зниження кількості газу немає, то використовується простий вхідний модуль, через який в насос надходить свердловинна рідина.

ТМС– термоманометрична система. Градусник та манометр в одній особі. Видає нам на поверхню дані про температуру та тиск того середовища, в якому працює спущений в свердловину ЕЦН.

Вся ця установка збирається безпосередньо при спуску в свердловину. Збирається послідовно знизу вгору, не забуваючи про кабель, який пристібається до самої установки та до НКТ, на яких все це й висить, спеціальними металевими поясами. На поверхні кабель запитується на встановлювані поблизу куща підвищує трансформатор (ТМПН) та станцію керування.

Крім вже перерахованих вузлів у колоні насосно-компресорних труб над електровідцентровим насосом встановлюються зворотний та зливний клапани.

Зворотній клапан(КІШ - клапан зворотний кульковий) використовується для заповнення насосно-компресорних труб рідиною перед пуском насоса. Він не дозволяє рідини зливатися вниз при зупинках насоса. Під час роботи насоса зворотний клапан знаходиться у відкритому положенні під впливом тиску знизу.

Над зворотним клапаном монтується зливний клапан (КС), який використовується для спуску рідини з НКТ перед підйомом свердловини.

Електровідцентрові занурювальні насоси мають значні переваги перед глибинними штанговими насосами:

• Простота наземного обладнання;
• Можливість відбору рідини зі свердловин до 15000 м-коду 3 /сут;
• Можливість використовувати їх на свердловинах із глибиною понад 3000 метрів;
• Високий (від 500 діб до 2-3 років та більше) міжремонтний період роботи ЕЦН;
• Можливість проведення досліджень у свердловинах без підйому насосного обладнання;
• Менш трудомісткі методи видалення парафіну зі стінок насосно-компресорних труб.

Електровідцентрові занурювальні насоси можуть застосовуватися в глибоких і похилих нафтових свердловинах (і навіть у горизонтальних), сильно обводнених свердловинах, у свердловинах з йодо-бромистими водами, з високою мінералізацією пластових вод, для підйому соляних і кислотних розчинів. Крім того, розроблені та випускаються електровідцентрові насоси для одночасно-роздільної експлуатації кількох горизонтів в одній свердловині зі 146 мм та 168 мм обсадними колонами. Іноді електровідцентрові насоси застосовуються також для закачування мінералізованої пластової води в нафтовий пласт з метою підтримання пластового тиску.

Область застосування УЕЦН - це високодебітні обводнені, глибокі та похилі свердловини з дебітом 10 1300 м3/сут і висотою підйому 500 2000 м. Міжремонтний період УЕЦН становить до 320 діб і більше.

Установки занурювальних відцентрових насосів у модульному виконанні типів УЕЦНМ та УЕЦНМК призначені для відкачування продукції нафтових свердловин, що містять нафту, воду, газ та механічні домішки. Установки типу УЕЦНМ мають звичайне виконання, а типу УЕЦНМК – корозійностійке.

Установка (рисунок 24) складається з занурювального насосного агрегату, кабельної лінії, що спускається в свердловину на насосно-компресорних трубах, та наземного електрообладнання (трансформаторної підстанції).

Занурювальний насосний агрегат включає двигун (електродвигун з гідрозахисту) і насос, над яким встановлюють зворотний і зливний клапани.

Залежно від максимального поперечного габариту занурювального агрегату установки поділяють на три умовні групи - 5; 5А та 6:

· Установки групи 5 поперечним габаритом 112 мм застосовують у свердловинах з колоною обсадних труб внутрішнім діаметром не менше 121.7 мм;

· Установки групи 5А поперечним габаритом 124 мм - у свердловинах внутрішнім діаметром не менше 130 мм;

· Установки групи 6 поперечним габаритом 140.5 мм - у свердловинах внутрішнім діаметром не менше 148.3 мм.

Умови застосування УЕЦН по середовищ, що перекачуються: рідина з вмістом механічних домішок не більше 0.5 г/л, вільного газу на прийомі насоса не більше 25 %; сірководню трохи більше 1.25 г/л; води трохи більше 99 %; водневий показник (рН) пластової води в межах 6 8.5. Температура у зоні розміщення електродвигуна трохи більше + 90 ˚С (спеціального теплостійкого виконання до + 140 ˚С).

Приклад шифру установок - УЕЦНМК5-125-1300 означає: УЕЦНМК - установка електровідцентрового насоса модульного та корозійно-стійкого виконання; 5 – група насоса; 125 - подача, м3/добу; 1300 - напір, що розвивається, м вод. ст.

Рисунок 24 - Встановлення занурювального відцентрового насоса

1 - Обладнання гирла свердловин; 2 - пункт підключний виносний; 3 - трансформаторна комплексна підстанція; 4 - Клапан спускний; 5 - Зворотній клапан; 6 - модуль-головка; 7 - Кабель; 8 - модуль-секція; 9 - модуль насосний газосепараторний; 10 - модуль вихідний; 11 - Протектор; 12 - електродвигун; 13 - система термоманометрична.

На малюнку 24 представлена ​​схема установки занурювальних відцентрових насосів у модульному виконанні, що представляє нове покоління обладнання цього типу, що дозволяє індивідуально підбирати оптимальне компонування установки до свердловин відповідно до їх параметрів з невеликої кількості взаємозамінних модулів. », м. Москва) забезпечують оптимальний підбір насоса до свердловини, що досягається наявністю кожної подачі великої кількості напорів. Крок напорів установок становить від 50 100 до 200 250 м залежно від подачі в інтервалах, зазначених у таблиці 6 основних даних установок.

Серійно УЕЦН, що випускаються, мають довжину від 15.5 до 39.2 м і масу від 626 до 2541 кг залежно від числа модулів (секцій) та їх параметрів.

У сучасних установках можна включити від 2 до 4 модулів-секцій. У корпус секції вставляється пакет сходинок, що є зібрані на валу робочі колеса і направляючі апарати. Число ступенів коливається в межах 152 393. Вхідний модуль представляє основу насоса з приймальними отворами і фільтром-сіткою, через які рідина зі свердловини надходить у насос. У верхній частині насоса ловильна головка із зворотним клапаном, до якої кріпляться НКТ.

Таблиця 6

Найменування установок	Мінімальний (внутрішній) діаметр експ-луатаційної колони, мм	Поперечний габарит установки, мм	Подача м3/добу		Потужність двигуна, кВт	Тип газосепаратора
УЕЦНМК5-80
УЕЦНМК5-125
УЕЦНМ5А-160
УЕЦНМ5А-250
УЕЦНМК5-250
УЕЦНМ5А-400
УЕЦНМК5А-400
	144.3 або 148.3	137 або 140.5
УЕЦНМ6-1000

Насос (ЕЦНМ) - занурювальний відцентровий модульний багатоступінчастий вертикального виконання.

Насоси також поділяють на три умовні групи – 5; 5А і 6. Діаметри корпусів групи 5 92 мм, групи 5А - 103 мм, групи 6 - 114 мм.

Модуль-секція насоса (рис. 25) складається з корпусу 1 , вала 2 , пакетів сходинок (робочих коліс - 3 та напрямних апаратів - 4 ), верхнього підшипника 5 , нижнього підшипника 6 , верхньої осьової опори 7 , головки 8 , основи 9 , двох ребер 10 (служать для захисту кабелю від механічних пошкоджень) та гумових кілець 11 , 12 , 13 .

Робочі колеса вільно пересуваються по валу в осьовому напрямку і обмежені в переміщенні нижнім і верхнім напрямними апаратами. Осьове зусилля від робочого колеса передається на нижнє текстолітове кільце і потім бурт направляючого апарату. Частково осьове зусилля передається валу внаслідок тертя колеса на вал або прихоплення колеса до валу при відкладенні солей у зазорі або корозії металів. Крутний момент передається від вала до колес латунної (Л62) шпонкою, що входить до пазу робочого колеса. Шпонка розташована по всій довжині збирання коліс і складається з відрізків довжиною 400 – 1000 мм.

Малюнок 25 - Модуль-секція насос

1 - Корпус; 2 - вал; 3 - колесо робоче; 4 - апарат напрямний; 5 - підшипник верхній; 6 - підшипник нижній; 7 - опора осьова верхня; 8 - голівка; 9 - основа; 10 - ребро; 11 , 12 , 13 - кільця гумові.

Направляючі апарати зчленовуються між собою по периферійним частинам, у нижній частині корпусу всі вони спираються на нижній підшипник 6 (рисунок 25) та підстава 9 , а зверху через корпус верхнього підшипника затиснуті в корпусі.

Робочі колеса та направляючі апарати насосів звичайного виконання виготовляються з модифікованого сірого чавуну та радіаційно модифікованого поліаміду, насосів корозійно-стійкого виконання – з модифікованого чавуну ЦН16Д71ХШ типу «Нірезист».

Вали модулів секцій і вхідних модулів для насосів звичайного виконання виготовляються з комбінованої корозійно-стійкої високоміцної сталі ОЗХ14Н7В і мають на торці маркування «НЖ» для насосів підвищеної корозійної стійкості - з каліброваних прутків зі сплаву Н65Д2 "М".

Вали модулів-секцій всіх груп насосів, що мають однакові довжини корпусів 3, 4 та 5 м, уніфіковані.

З'єднання валів модулів-секцій між собою, модуля секції з валом вхідного модуля (або валу газосепаратора), валу вхідного модуля звалом гідрозахисту двигуна здійснюється за допомогою муфт шліцевих.

З'єднання модулів між собою та вхідного модуля з двигуном - фланцеве. Ущільнення з'єднань (крім з'єднання вхідного модуля з двигуном та вхідного модуля з газосепаратором) здійснюється гумовими кільцями.

Для відкачування пластової рідини, що містить у сітки вхідного модуля насоса понад 25 % (до 55 %) за обсягом вільного газу, до насоса приєднується насосний модуль - газосепаратор (рисунок 26).

Малюнок 26 - Газосепаратор

1 - Голівка; 2 - Перекладач; 3 - сепаратор; 4 - Корпус; 5 - вал; 6 - ґрати; 7 - напрямний апарат; 8 - робоче колесо; 9 - шнек; 10 - Підшипник; 11 - основа.

Газосепаратор встановлюється між вхідним модулем та модулем-секцією. Найбільш ефективні газосепаратори відцентрового типу, у яких фази поділяються на полі відцентрових сил. При цьому рідина концентрується в периферійній частині, а газ - центральній частині газосепаратора і викидається в затрубний простір. Газосепаратори серії МНГ мають граничну подачу 250 500 м3/сут., коефіцієнт сепарації 90 %, масу від 26 до 42 кг.

Двигун занурювального насосного агрегату складається з електродвигуна та гідрозахисту. Електродвигуни (рисунок 27) занурювальні трифазні коротко замкнуті двополюсні маслонаповнені звичайного та корозійно-стійкого виконання уніфікованої серії ПЕДУ та у звичайному виконанні серії ПЕД модернізації Л. Гідростатичний тиск у зоні роботи не більше 20 МПа. Номінальна потужність від 16 до 360 кВт, номінальна напруга 530 2300 В, номінальний струм 26 122.5 А.

Малюнок 27 - Електродвигун серії ПЕДУ

1 - з'єднувальна муфта; 2 - кришка; 3 - Голівка; 4 - п'ята; 5 - підп'ятник; 6 - кришка кабельного введення; 7 - пробка; 8 - Колодка кабельного введення; 9 - Ротор; 10 - Статор; 11 - Фільтр; 12 - основа.

Гідрозахист (рисунок 28) двигунів ПЕД призначений для запобігання проникненню пластової рідини у внутрішню порожнину електродвигуна, компенсації зміни об'єму масла у внутрішній порожнині від температури електродвигуна та передачі крутного моменту від валу електродвигуна до валу насоса.

Малюнок 28 - Гідрозахист

а- Відкритого типу; б- Закритого типу

А- Верхня камера; Б- нижня камера; 1 - Голівка; 2 - торцеве ущільнення; 3 - верхній ніпель; 4 - Корпус; 5 - середній ніпель; 6 - вал; 7 - нижній ніпель; 8 - основа; 9 - сполучна трубка; 10 - діафрагма.

Гідрозахист складається з одного протектора, або з протектора і компенсатора. Можуть бути три варіанти виконання гідрозахисту.

Перший складається з протекторів П92, ПК92 та П114 (відкритого типу) з двох камер. Верхня камера заповнена важкою бар'єрною рідиною (щільність до 2 г/см3, яка не змішується з пластовою рідиною та маслом), нижня - маслом МА-ПЕД, що і порожнина електродвигуна. Камери повідомлені трубкою. Зміни обсягів рідкого діелектрика в двигуні компенсуються за рахунок перенесення бар'єрної рідини гідрозахисту з однієї камери в іншу.

Другий складається з протекторів П92Д, ПК92Д та П114Д (закритого типу), у яких застосовуються гумові діафрагми, їх еластичність компенсує зміну об'єму рідкого діелектрика у двигуні.

Третій - гідрозахист 1Г51М та 1Г62 складається з протектора, розміщеного над електродвигуном і компенсатора, що приєднується до нижньої частини електродвигуна. Система торцевих ущільнень забезпечує захист від попадання пластової рідини на вал всередину електродвигуна. Подається потужність гідрозахист 125 250 кВт, маса 53 59 кг.

Система термоманометрична ТМС-3 призначена для автоматичного контролю за роботою занурювального відцентрового насоса та його захисту від аномальних режимів роботи (при зниженому тиску на прийомі насоса та підвищеній температурі занурювального електродвигуна) у процесі експлуатації свердловин. Є підземна та наземна частини. Діапазон контрольованого тиску від 0 до 20 МПа. Діапазон робочих температур від 25 до 105 ˚С.

Маса загальна 10.2 кг (див. рисунок 24).

Кабельна лінія є кабелем у зборі, намотаний на кабельний барабан.

Кабель у зборі складається з основного кабелю - круглого ПКБК (кабель, поліетиленова ізоляція, броньований, круглий) або плоского - КПБП (рисунок 29), приєднаного до нього плоского кабелю з муфтою кабельного введення (подовжувач з муфтою).

Рисунок 29 - Кабелі

а- круглий; б- Плоский; 1 - Жила; 2 - ізоляція; 3 - Оболонка; 4 - Подушка; 5 – броня.

Кабель складається з трьох жил, кожна з яких має шар ізоляції та оболонку; подушки з прогумованої тканини та броні. Три ізольовані жили круглого кабелю скручені по гвинтовій лінії, а жили плоского кабелю - укладені паралельно до одного ряду.

Кабель КФСБ з фторопластовою ізоляцією призначений для експлуатації за температури навколишнього середовища до + 160 ˚С.

Кабель у зборі має уніфіковану муфту кабельного введення К38 (К46) круглого типу. У металевому корпусі муфти герметично загорнуті ізольовані жили плоского кабелю за допомогою гумового ущільнювача.

До струмопровідних жил прикріплені штепсельні наконечники.

Круглий кабель має діаметр від 25 до 44 мм. Розмір плоского кабелю від 10.1х25.7 до 19.7х52.3 мм. Номінальна будівельна довжина 850, 1000 1800 м.

Комплектні пристрої типу ШГС5805 забезпечують включення та вимкнення занурювальних двигунів, дистанційне керування з диспетчерського пункту та програмне керування, роботу в ручному та автоматичному режимах, відключення при перевантаженні та відхиленні напруги мережі живлення вище 10 % або нижче 15 % від номінального, контроль струму та напруги, а також зовнішню світлову сигналізацію про аварійне відключення (у тому числі із вбудованою термометричною системою).

Комплексна трансформаторна підстанція занурювальних насосів - КТППН призначена для живлення електроенергією та захисту електродвигунів занурювальних насосів з одиночних свердловин потужністю 16 125 кВт включно. Номінальна висока напруга 6 або 10 кВ, межі регулювання середньої напруги від 1208 до 444 В (трансформатор ТМПН100) та від 2406 до 1652 В (ТМПН160). Маса із трансформатором 2705 кг.

Комплектна трансформаторна підстанція КТППНКС призначена для електропостачання, управління та захисту чотирьох відцентрових електронасосів з електродвигунами 16 125 кВт для видобутку нафти в кущах свердловин, живлення до чотирьох електродвигунів верстатів-качалок та пересувних струмоприймачів при виконанні ремонтних робіт. КТППНКС розрахована на застосування в умовах Крайньої Півночі та Західного Сибіру.

У комплект поставки установки входять: насос, кабель у зборі, двигун, трансформатор, комплектна трансформаторна підстанція, комплектний пристрій, газосепаратор та комплект інструменту.

Установка ЕЦН є складною технічною системою і, незважаючи на широко відомий принцип дії відцентрового насоса, є сукупністю оригінальних по конструкції елементів. Принципова схема УЕЦН наведено на рис. 6.1. Установка складається з двох частин: наземної та занурювальної. Наземна частина включає автотрансформатор 1; станцію керування 2; іноді кабельний барабан 3 та обладнання гирла свердловини 4. Занурювальна частина включає колону НКТ 5, на якій занурювальний агрегат спускається в свердловину; броньований трижильний електричний кабель 6, по якому подається напруга живлення занурювального електродвигуна і який кріпиться до колони НКТ спеціальними затискачами 7.

Занурювальний агрегат складається з багатоступінчастого відцентрового насоса 8, обладнаного приймальною сіткою 9 і зворотним клапаном 10. У комплект занурювальної установки входить зливний клапан 11, через який зливається рідина з НКТ при підйомі установки. У нижній частині насос зчленований з вузлом гідрозахисту (протектором) 12, який, у свою чергу, зчленований з занурювальним електродвигуном 13. У нижній частині електродвигун 13 має компенсатор 14.

Рідина надходить у насос через сітку, розташовану у нижній частині. Сітка забезпечує фільтрацію пластової рідини. Насос подає рідину зі свердловини до НКТ.

Установки ЕЦН у Росії розроблені для свердловин з обсадними колонами діаметром 127, 140, 146 та 168 мм. Для обсадних колон розміру 146 та 168 мм є занурювальні агрегати двох габаритів. Один призначений для свердловин із найменшим внутрішнім діаметром (за ГОСТом) обсадної колони. І тут агрегат ЕЦН має менший діаметр, отже, і менші граничні величини робочої характеристики (напір, подача, ККД).

Рис. 6.1. Принципова схема УЕЦН:

1 – автотрансформатор; 2 – станція управління; 3 – кабельний барабан; 4 - обладнання гирла свердловини; 5 – колона НКТ; 6 – броньований електричний кабель; 7 - затискачі для кабелю; 8 - занурювальний багатоступінчастий відцентровий насос; 9 – приймальна сітка насоса; 10 – зворотний клапан; 11-зливний клапан; 12 -вузол гідрозахисту (протектор); 13 - занурювальний електродвигун; 14 - компенсатор

Кожна установка має свій шифр, наприклад УЕЦН5А-500-800, в якому прийняті наступні позначення цифра (або цифра і буква) після УЕЦН позначає найменший допустимий внутрішній діаметр обсадної колони, в яку може бути спущений, цифра «4» відповідає діаметру 112 мм , цифра «5» відповідає 122 мм, «5А» – 130 мм, «6» – 144 мм та «6А» – 148 мм; друге число шифру позначає номінальну подачу насоса (м 3 /сУ т) і третє - приблизний напір у м. Значення подачі та напору дані для роботи на воді.

В останні роки номенклатура установок, що випускаються відцентрових насосів значно розширилася, що знайшло відображення і в шифрах устаткування, що випускається. Так, установки ЕЦН, що випускаються фірмою АЛНАС (м. Альметьевск, Татарстан), у шифрі мають заголовну букву «А» після напису «УЕЦН», а установки Лебедянського механічного заводу (АТ «Лемаз», м. Лебедянь Курської обл.) мають заголовну літеру «Л» перед написом «УЕЦН». Установки відцентрових насосів з двоопорною конструкцією робочого колеса, призначених для відбору пластової рідини з великою кількістю механічних домішок, мають у своєму шифрі «2» після літери «Л» і перед написом УЕЦН (для насосів фірми «Лемаз»), літеру «Д» після напису "УЕЦН" (для насосів "АТ "Борець"), літеру "А" перед цифрою габариту установки (для насосів АЛНАС). Корозійностійке виконання УЕЦН відображається буквою «К» наприкінці шифру установки, термостійке – буквою «Т». Конструкція робочого колеса з додатковими вихровими лопатками на задньому диску (фірма «Новомет», м. Перм) має у шифрі насоса буквене позначення ВННП.

6.3. Основні вузли установки ЕЦН, їх призначення та характеристика

Свердловинні відцентрові насоси

Свердловинні відцентрові насоси є багатоступінчастими машинами. Це зумовлено насамперед малими значеннями напору, створюваним одним щаблем (робочим колесом та напрямним апаратом). У свою чергу невеликі значення напору одного ступеня (від 3 до 6-7 м водяного стовпа) визначаються малими величинами зовнішнього діаметра робочого колеса, обмеженого внутрішнім діаметром обсадної колони та розмірами свердловинного обладнання - кабелю, занурювального двигуна і т.д.

Конструкція свердловинного відцентрового насоса може бути звичайною та зносостійкою, а також підвищеною корозійною стійкістю. Діаметри та склад вузлів насоса в основному однакові для всіх виконань насоса.

Свердловини відцентровий насос звичайного виконання призначений для відбору зі свердловини рідини з вмістом води до 99%. Механічних домішок у рідині, що відкачується, повинно бути не більше 0,01 масових % (або 0,1 г/л), при цьому твердість механічних домішок не повинна перевищувати 5 балів по Моосу; сірководню – не більше 0,001%. За вимогами технічних умов заводів-виробників вміст вільного газу на прийомі насоса не повинен перевищувати 25%.

Відцентровий насос корозійностійкого виконання призначений для роботи при вмісті в пластовій рідині сірководню, що відкачується, до 0,125% (до 1,25 г/л). Зносостійке виконання дозволяє відкачувати рідину із вмістом механічних домішок до 0,5 г/л.

Щаблі розміщуються в розточенні циліндричного корпусу кожної секції. В одній секції насоса може розміщуватися від 39 до 200 ступенів, залежно від їх монтажної висоти. Максимальна кількість щаблів у насосах досягає 550 штук.

Рис. 6.2. Схема свердловинного відцентрового насоса:

1 - кільце із сегментами; 2,3- гладенькі шайби; 4,5- шайби амортизатори; 6 - верхня опора; 7 - нижня опора; 8 - пружинне кільце опори валу; 9 - дистанційна втулка; 10 -основа; 11 - шліцева муфта.

Модульні ЕЦН

Для створення високонапірних відцентрових свердловинних насосів в насосі доводиться встановлювати безліч ступенів (до 550). При цьому вони не можуть розміститися в одному корпусі, оскільки довжина такого насоса (15-20 м) ускладнює транспортування, монтаж свердловини і виготовлення корпусу.

Високонапірні насоси складаються з кількох секцій. Довжина корпусу кожної секції трохи більше 6 м. Корпусні деталі окремих секцій з'єднуються фланцями з болтами чи шпильками, а вали шлицевыми муфтами. Кожна секція насоса має верхню осьову опору валу, вал, радіальні опори валу, щаблі. Приймальна сітка має тільки нижню секцію. Ловильну голівку – тільки верхня секція насоса. Секції високонапірних насосів можуть мати меншу довжину, ніж 6 м (зазвичай довжина корпусу насоса становить 3,4 і 5 м), залежно від числа ступенів, які треба в них розмістити.

Насос складається з вхідного модуля (рис. 6.4), модуля секції (модулів-секцій) (рис. 6.3), модуля головки (рис. 6.3), зворотного та спускного клапанів.

Допускається зменшити кількість модулів-секцій у насосі, відповідно укомплектувавши занурювальний агрегат двигуном необхідної потужності.

З'єднання модулів між собою та вхідного модуля з двигуном фланцеві. З'єднання (крім з'єднання вхідного модуля з двигуном та вхідного модуля з газосепаратором) ущільнюють гумовими кільцями. З'єднання валів модулів-секцій між собою, модуля-секції з валом вхідного модуля, вала вхідного модуля з валом гідрозахисту двигуна здійснюють за допомогою муфт шліцевих.

Вали модулів-секцій всіх груп насосів, що мають однакові довжини корпусів 3,4 та 5 м, уніфіковані. Для захисту кабелю від пошкоджень при спускопідйомних операціях на підставах модуля-секції та модуля-головки розташовані сталеві ребра. Конструкція насоса дозволяє без додаткового розбирання використовувати модуль насосний газосепаратор, який встановлюється між вхідним модулем і модулем-секцією.

Технічні характеристики деяких типорозмірів ЕЦН для видобутку нафти, що виготовляються російськими фірмами з технічних умов, представлені в таблиці 6.1 і рис. 6.6.

Область застосування відцентрових насосів у нафтовидобутку досить велика: за дебітом 40-1000 м 3 /сут; за напорами 740-1800 та (для вітчизняних насосів). Найбільш ефективні ці насоси під час роботи у свердловинах з великими дебітами. Однак для УЕЦН існують обмеження за умовами свердловин, наприклад, високий газовий фактор, велика в'язкість, високий вміст механічних домішок і т.д.

Створення насосів та електродвигунів у модульному виконанні дає можливість точніше підбирати УЕЦН до характеристики свердловини за дебітами та напорами. Всі ці фактори з урахуванням економічної доцільності мають бути прийняті до уваги при виборі способів експлуатації свердловин.

Установки занурювальних насосів спускаються в свердловину на НКТ наступних діаметрів: 60 мм при дебіт рідини Q № до 150 м 3 /сут, 73 мм при 150< Q» < 300 м 3 , - сут. 89 мм при Q e >> 300 м 3 /сут. Розрахункові характеристики ЕЦН наводяться для води, а конкретних рідин (нафти) уточнюються з допомогою корелюючих коефіцієнтів. Бажано підбирати насос за дебітами та напорами в області найбільшого ККД мінімальної потребної потужності. Установки ЕЦН можуть працювати з рідинами, що містять до 1.25 г/л H, S, тоді як звичайні установки - з рідинами, що містять до 0,01 г/л H: S.

Насоси звичайного виконання рекомендуються для свердловин із вмістом рідини, що відкачується, до 0.1 г./л механічних домішок; насоси підвищеної зносостійкості - для свердловин із вмістом рідини, що відкачується, понад 0,1 г/л, але не більше 0.5 г./л механічних домішок; насоси підвищеної корозійної стійкості - для свердловин із вмістом сірководню до 1,25 г. л та водневим показником рН 6,0-8,5.

Для відбору агресивних пластових рідин або рідин із значним вмістом механічних домішок (піску) використовуються діафрагмові насосні свердловинні установки. Вони відносяться до об'ємних плунжерних насосів з електроприводом.

В установку ЕЦН входять занурювальний електронасосний агрегат, який поєднує електродвигун із гідрозахистом та насос; кабельна лінія, що спускається у свердловину на підйомних насосно-компресорних трубах; обладнання гирла типу ОУЕН 140-65 або фонтанна арматура. АФК1Е-65х14; станція управління та трансформатор, які встановлюються на відстані 20-30 та від гирла свердловини. За кабельною лінією підводять електроенергію до двигуна. До насоса та насосно-компресорних труб кабель кріплять металевими поясами. Над насосом встановлюють зворотний та зливний клапани. Відкачується рідина зі свердловини надходить на поверхню по колоні НКТ. Занурювальний електронасос, електродвигун та гідрозахист з'єднуються між собою фланцями та шпильками. Вали насоса, двигуна та протектора має на кінцях шліци та з'єднуються шліцевими муфтами.

Критерій застосування УЕЦН:

• 1 Промисловістю випускаються насоси для відбору рідини 1000м3 на добу за напору 900 м
• 2 Зміст сірководню в продукції, що видобувається - до 0,01
• 3 Мінімальний вміст попутної води до 99%
• 4 Зміст механічних домішок до 0,5
• 5 Вміст вільного газу трохи більше 25%

Розшифровка умовних позначень установок наведено з прикладу У2ЭЦНИ6-350-1100.

У – установка; 2 (1) – номер модифікації;

Е - із приводом від занурювального електродвигуна;

Ц - відцентровий;

Н – насос;

І – підвищеної зносостійкості (К – підвищеної корозійної стійкості);

• 6 (5; 5А) – група установки;
• 350 - подача насоса в оптимальному режимі по воді м 3 /сут;
• 1100 - напір, що розвивається насосом у метрах водяного стовпа.

Установка занурювального відцентрового насоса включає заглибне і наземне обладнання. В занурювальне обладнання входить: електронасосний агрегат, який спускають у свердловину під рівень рідини на колоні насосно-компресорних труб (НКТ). Електронасосний агрегат складається з: електродвигуна з гідрозахистом, газосепаратора, відцентрового насоса, а також зворотного та зливального клапанів. До наземного обладнання відноситься: електрообладнання установки та гирлове обладнання свердловини (колонна головка та гирла арматура, пов'язана з викидною лінією). Електрообладнання, залежно від схеми струмопідведення, включає або комплектну трансформаторну підстанцію для занурювальних насосів (КТППН), або трансформаторну підстанцію (ТП), станцію управління і трансформатор. Електроенергія від трансформатора до занурювального електродвигуна подається по кабельній лінії, яка складається з наземного кабелю живлення і основного кабелю з подовжувачем. З'єднання наземного кабелю з основним кабелем кабельної лінії здійснюється в клемній коробці, яка встановлюється на відстань 3-5 метрів від гирла свердловини.

Анотація (російська мова) Анотація (англійська мова) ВСТУП 1.АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СХЕМ І КОНСТРУКЦІЙ. 1.1.Призначення та технічні дані ЭЦН.1.1.1.Историческая довідка про розвиток способу видобутку. 1.1.2.Склад та комплектність УЕЦН. 1.1.3.Технічні характеристики ПЕД. 1.1.4.Основні технічні дані кабелю. 1.2. Короткий огляд вітчизняних схем та установок. 1.2.1.Загальні відомості. 1.2.2.Занурювальний відцентровий насос. 1.2.3.Занурювальні електродвигуни. 1.2.4.Гідрозахист електродвигуна. 1.3.Короткий огляд зарубіжних схем та установок. 1.4. Аналіз роботи УЕЦН. 1.4.1.Аналіз фонду свердловин. 1.4.2.Аналіз фонду ЕЦН. 1.4.3.По поданні. 1.4.4.По натиску. 1.5.Коротка характеристика свердловин. 1.6.Аналіз несправностей ЕЦН. 1.7.Аналіз аварійності фонду УЭЦН.2.ПАТЕНТНА ПРОРАБОТКА. 2.1.Патентне опрацювання. 2.2.Обгрунтування вибраного прототипу. 2.3.Суть модернізації. 3. РОЗРАХУНАЛЬНА ЧАСТИНА. 3.1. Розрахунок ступеня ЕЦН. 3.1.1. Розрахунок робочого колеса. 3.1.2. Розрахунок напрямного апарату. 3.2.Перевірний розрахунок шпонкового з'єднання. 3.3.Перевірний розрахунок шліцевого з'єднання. 3.4.Розрахунок валу ЕЦН. 3.5. Розрахунок міцності 3.5.1. Розрахунок міцності корпусу насоса. 3.5.2. Міцний розрахунок гвинтів страхувальної муфти. 3.5.3.Міцний розрахунок корпусу напівмуфти.4.ЕКОНОМІЧНИЙ ЕФЕКТ ВІД 5.БЕЗПЕКА І ЕКОЛОГІЧНІСТЬ ПРОЕКТУ.6.Література.7. Додаток 18. Додаток 29. Додаток 310. Додаток 411. Додаток 5.

ВСТУП

УЕЦН призначені для відкачування пластової рідини з нафтових свердловин та використовується для форсування відбору рідини. Установки відносяться до групи виробів II, виду I за ГОСТ 27.003-83.

Кліматичні виконання занурювального обладнання – 5, наземного електрообладнання – І ГОСТ 15150-69.

Для надійної роботи насоса потрібен його правильний підбір до свердловини. При роботі свердловини постійно змінюються параметри плата, привибійної зони пласта, властивості рідини, що відбирається: вміст води, кількість попутного газу, кількість механічних домішок, і як наслідок, звідси йде не довідбір рідини або робота насоса вхолосту, що скорочує міжремонтний період роботи насоса. Зараз робиться упор більш надійне устаткування, збільшення міжремонтного періоду, як наслідок цього зниження витрат за підйом рідини. Цього можна досягти, застосовуючи відцентрові УЕЦН замість ШСН, оскільки відцентрові насоси мають великий міжремонтний період.

Установку УЕЦН можна застосовувати при відкачуванні рідини, що містять газ, пісок, та корозійно-активні елементи.

1.АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ СХЕМ І КОНСТРУКЦІЙ.

1.1.Призначення та технічні дані УЕЦН.

Установки занурювальних відцентрових насосів призначені для відкачування з нафтових свердловин, у тому числі і похилих пластової рідини, що містить нафту, воду та газ, та механічні домішки. Залежно від кількості різних компонентів, що містяться в рідині, що відкачується, насоси установок мають виконання звичайне і підвищеної корозійно-зносостійкості. При роботі УЕЦН, де в рідині, що відкачується, концентрація мехпримесей перевищує допустиму 0,1 грамлітр відбувається засмічення насосів, інтенсивної знос робочих агрегатів. Як наслідок, посилюється вібрація, попадання води в ПЕД за торцевими ущільненнями, відбувається перегрів двигуна, що призводить до відмови роботи УЕЦН.

Умовне позначення установок:

УЕЦН До 5-180-1200, У 2 ЕЦН І 6-350-1100,

Де У – установка, 2 – друга модифікація, Е – з приводом від занурювального електродвигуна, Ц – відцентровий, Н – насос, К – підвищений корозіостійкості, І – підвищеної зносостійкості, М – модульного виконання, 6 – групи насосів, 180, 350 – подача мсут, 1200, 1100 - натиск, м.в.ст.

Залежно від діаметра експлуатаційної колони, максимального поперечного габариту занурювального агрегату застосовують ЕЦН різних груп - 5,5, а 6. Установка групи 5 з поперечним діаметром не менше 121,7 мм. Установки групи 5 з поперечним габаритом 124 мм – у свердловинах внутрішнім діаметром не менше 148,3 мм. Насоси також поділяють три умовні групи – 5,5 а, 6. Діаметри корпусів групи 5 – 92 мм, групи 5 а – 103 мм, групи 6 – 114 мм. Технічні характеристики насосів типу ЕЦНМ та ЕЦНМК наведено у додатку 1.

1.1.1.Історична довідка пророзвитку способу видобутку.

Розробка безштангових насосів нашій країні почалася ще до революції. Коли А.С. Артюнов разом із В.К. Будинковим розробили свердловинний агрегат, в якому відцентровий насос приводився в дію занурювальним електродвигуном. Радянські інженери, починаючи з 20-х років, пропонували розробку поршневих насосів із поршневим пневматичним двигуном. Одним із перших такі насоси розробив М.І. Марцишевський.

Розробка свердловинного насоса з пневмодвигуном було продовжено Азинмаше В.И.Документовым. свердловинні відцентрові насоси з електроприводом розроблялися в передвоєнний період А.А.Богдановим, А.В. Криловим, Л.І. Штурман. Промислові зразки відцентрових насосів з електроприводом були розроблені в особливому конструкторському бюро безштангових насосів. Ця організація веде всі роботи з безштангових насосів свердловин, у тому числі і по гвинтових, діафрагмових та ін.

Нафтогазодобувна промисловість з відкриттям нових родовищ потребувала насосів для відбору зі свердловини великої кількості рідини. Звичайно, що найбільш раціональний лопатевий насос, пристосований для великих подач. З лопатевих насосів набули поширення насоси з робочими колесами відцентрового типу, оскільки вони давали великий напір при заданих подачах рідини та габаритах насоса. Широке застосування відцентрових свердловинних насосів з електроприводом обумовлено багатьма факторами. При великих відборах рідини зі свердловини установки ЕЦН найбільш економічні та найменш трудомісткі при обслуговуванні, порівняно з компресорним видобутком та підйомом рідини насосами інших типів. За великих подач енергетичні витрати на установку відносно невеликі. Обслуговування установок ЕЦН легко, тому що на поверхні розміщуються тільки станція управління і трансформатор, що не потребують постійного догляду.

Монтаж обладнання ЕЦН простий, тому що станція управління та трансформатор не потребують влаштування фундаментів. Ці два вузли установки ЕЦН розміщують зазвичай у легкій будці.

1.1.2.Склад та комплектність УЕЦН

Установка УЕЦН складається з занурювального насосного агрегату (електродвигуна з гідрозахисту та насоса), кабельної лінії (круглого плоского кабелю з муфтою кабельного введення), колони НКТ, обладнання гирла свердловини та наземного електрообладнання: трансформатора та станції управління (комплектного пристрою) (1). .). Трансформаторна підстанція перетворює напругу промислової мережі до оптимальної величини на затискачі електродвигуна з урахуванням втрат напруги в кабелі. Станція управління забезпечує керування роботою насосних агрегатів та його захист при оптимальних режимах.

Занурювальний насосний агрегат, що складається з насоса та електродвигуна з гідрозахистом та компенсатора, опускається в свердловину за НКТ. Кабельна лінія забезпечує підведення електроенергії до електродвигуна. Кабель кріпиться до НКТ, металевими колесами. На довжині насоса та протектора кабель плоский, прикріплений до них металевими колесами та захищений від пошкоджень кожухами та хомутами. Над секціями насоса встановлюються зворотний та зливний клапани. Насос відкачує рідину зі свердловини та подає її на поверхню по колоні НКТ (див. малюнок 1.2)

Обладнання гирла свердловини забезпечує підвіску на фланці обсадної колони НКТ з електронасосом і кабелем, герметизацію труб і кабелю, а також відведення рідини, що видобувається, у вихідний трубопровід.

Насос занурювальний, відцентровий, секційний, багатоступінчастий не відрізняється за принципом дії від звичайних відцентрових насосів.

Відмінність його в тому, що він секційний, багатоступінчастий, з малим діаметром робочих щаблів – робочих коліс та направляючих апаратів. Занурювальні насоси, що випускаються для нафтової промисловості, містять від 1300 до 415 ступенів.

Секції насоса, пов'язані фланцевими з'єднаннями, є металевий корпус. Виготовлений із сталевої труби завдовжки 5500 мм. Довжина насоса визначається кількістю робочих щаблів, число яких, своєю чергою, визначається основними параметрами насоса. - Подачею і натиском. Подача та напір щаблів залежать від поперечного перерізу та конструкції проточної частини (лопаток), а також від частоти обертання. У корпусі секцій насоса вставляється пакет щаблів, що являють собою збори на валу робочих коліс і направляючих апаратів.

Робочі колеса встановлюються на валу на призматичній шпонці по ходовій посадці та можуть переміщуватися в осьовому напрямку. Напрямні апарати закріплені від повороту в корпусі ніпеля, розташованого у верхній частині насоса. Знизу в корпус загвинчують основу насоса з приймальними отворами та фільтром, через які рідина зі свердловини надходить до першого ступеня насоса.

Верхній кінець валу насоса обертається в підшипниках сальника і закінчується спеціальною п'ятою, що сприймає навантаження на вал та його вагу через пружинне кільце. Радіальні зусилля в насосі сприймаються підшипниками ковзання, що встановлюються на підставі ніпелю та на валу насоса.