Файл: Глубиннонасосная эксплуатация центробежными электрическими насосами.pdf
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 45
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Основы нефтегазового дела
Реферат на тему: Глубинно-насосная эксплуатация центробежными электрическими насосами.
Выполнил студент группы:
НГДДСз-22-1 Бондарев В.А.
Номер зачетки:22150439
Проверил: Аверкина Е.В.
Иркутск 2023 г.
Наряду со штанговыми глубинными насосами для эксплуатации нефтяных скважин все большее применение находят бесштанговые, главным образом погружные электрические центробежные насосы. В 1970 г. этими насосами было оборудовано около 5000 скважин, добыча нефти из них составила 84 млн. т.
Для сравнения следует отметить, что в 1970 г. из 37 000 глубинно- насосных скважин было добыто 65 млн. т нефти. Средний дебит одной скважины, оборудованной электрическим центробежным насосом, составил около 120 т/сут, в то время как дебит глубиннонасосной скважины был равен
15 т/сут.
Следовательно, электрическими центробежными насосами экс- плуатируются в основном высокодебитные скважины, в то время как штанговыми глубинными насосами эксплуатируются преимущественно малодебитные и среднедебитные скважины.
Характерным для установок погружных электронасосов является отсутствие промежуточного звена — колонны насосных штанг, благодаря чему повышается межремонтный период их работы, который по всему фонду скважин превышает 200 сут; во многих скважинах центробежные насосы работают без подъема 2—3 года.
Наземное оборудование погружных электронасосов отличается простотой и не требует монтажа фундаментов и других сооружений. Поэтому установка этих насосов на новых скважинах может осуществляться в короткий срок и в любое время года. Поскольку центробежный насос и его привод — электродвигатель — находятся в скважине, а не на поверхности земли, обслуживание скважин значительно упрощается и почти одинаково с обслуживанием_фонтанных скважин.
Установка погружного центробежного электронасоса
Установка погружного центробежного электронасоса (рис. 122) состоит из следующих основных элементов: насосного агрегата (насос, электродвигатель, протектор); колонны подъемных труб; бронированного кабеля; устьевой арматуры; кабельного барабана с направляющим роликом; станции управления и автотрансформатора.
Насосный агрегат в собранном виде спускают в скважину на подъемных трубах. Все узлы агрегата (насос, электродвигатель, протектор) имеют самостоятельные валы на подшипниках. Валы соединяются друг с другом шлицевыми муфтами. Кроме того, корпусы насоса, протектора и электродвигателя соединены между собой фланцами.
В погружном электроцентробежном агрегате электродвигатель расположен непосредственно под насосом. Поэтому насос имеет боковой прием жидкости, которая поступает в него из кольцевого пространства между эксплуатационной колонной и электродвигателем через фильтр-сетку.
Ток для питания электродвигателя подводится по специальному бронированному трехжильному круглому кабелю, который опускают вместе с
колонной насосных труб и прикрепляют к ним тонкими железными поясами.
На участке немного выше насоса и на самом агрегате кабель имеет плоское сечение, что уменьшает габариты агрегата. Плоский кабель крепят к насосу и протектору также поясами.
Наземное оборудование скважин состоит из устьевого оборудования, ролика, подвешиваемого к вышке, барабана со стойками для кабеля, автоматической станции управления и автотрансформатора. Ролик предохраняет кабель от перегибов при спуско-подъемиых операциях. Трансформатор предназначен для компенсации падения напряжения в кабеле, подводящем ток к погружному электродвигателю. Для защиты от пыли и снега автотрансформатор устанавливают в будке. При помощи станции управления осуществляют ручное управление автоматом и кнопками, автоматическое отключение агрегата при прекращении подачи жидкости, нулевую защиту и защиту от перегрузки, отключение агрегата при коротких замыканиях. Барабан служит для транспортировки кабеля, для облегче- ния разматывания и сматывания его при спуске и подъеме агрегата из скважины.
Оборудование устья скважины при эксплуатации погружным центробежным электронасосом состоит из тройника и задвижки, установленной на выкидной линии.
Насосные трубы подвешивают на фланце обсадной колонны при помощи специальной планшайбы.
Работа установки происходит следующим образом. Электроток из промысловой сети через трансформатор и станцию управления поступает по кабелю и электродвигателю и приводит его в действие; электродвигатель вращает вал насоса и приводит таким образом в действие центробежный насос.
Во время работы агрегата происходит всасывание жидкости цен- тробежным насосом через фильтр, установленный на приеме насоса, и нагнетание ее по насосным трубам на поверхность. Чтобы жидкость при остановке агрегата не сливалась из колонны труб в скважину, в трубах над насосом смонтирован обратный клапан. Кроме того, над насосом устанавливают спускной клапан, через который жидкость сливается из колонны труб перед подъемом агрегата из скважины.
На участке немного выше насоса и на самом агрегате кабель имеет плоское сечение, что уменьшает габариты агрегата. Плоский кабель крепят к насосу и протектору также поясами.
Наземное оборудование скважин состоит из устьевого оборудования, ролика, подвешиваемого к вышке, барабана со стойками для кабеля, автоматической станции управления и автотрансформатора. Ролик предохраняет кабель от перегибов при спуско-подъемиых операциях. Трансформатор предназначен для компенсации падения напряжения в кабеле, подводящем ток к погружному электродвигателю. Для защиты от пыли и снега автотрансформатор устанавливают в будке. При помощи станции управления осуществляют ручное управление автоматом и кнопками, автоматическое отключение агрегата при прекращении подачи жидкости, нулевую защиту и защиту от перегрузки, отключение агрегата при коротких замыканиях. Барабан служит для транспортировки кабеля, для облегче- ния разматывания и сматывания его при спуске и подъеме агрегата из скважины.
Оборудование устья скважины при эксплуатации погружным центробежным электронасосом состоит из тройника и задвижки, установленной на выкидной линии.
Насосные трубы подвешивают на фланце обсадной колонны при помощи специальной планшайбы.
Работа установки происходит следующим образом. Электроток из промысловой сети через трансформатор и станцию управления поступает по кабелю и электродвигателю и приводит его в действие; электродвигатель вращает вал насоса и приводит таким образом в действие центробежный насос.
Во время работы агрегата происходит всасывание жидкости цен- тробежным насосом через фильтр, установленный на приеме насоса, и нагнетание ее по насосным трубам на поверхность. Чтобы жидкость при остановке агрегата не сливалась из колонны труб в скважину, в трубах над насосом смонтирован обратный клапан. Кроме того, над насосом устанавливают спускной клапан, через который жидкость сливается из колонны труб перед подъемом агрегата из скважины.
ОСНОВНЫЕ
УЗЛЫ
ПОГРУЖНОГО
ЦЕНТРОБЕЖНОГО
ЭЛЕКТРОНАСОСА
Насос (рис. 123). Наружный диаметр погружного насоса определяется условием его свободного размещения в обсадной колонне в сборе с плоским кабелем и принят равным 92 мм для обсадной колонны диаметром 146 мм (5") и 114 мм для колонны диаметром 168 мм (6").
Корпус многоступенчатого погружного электронасоса представляет собой стальную трубу, точно обработанную по внутренней поверхности и имеющую с обоих концов резьбу.
С нижней стороны в корпус завинчивается основание насоса 5, по окружности которого закреплена приемная сетка 3, не допускающая попадания в полость насоса механических частиц, а с верхней стороны — ниппельная гайка 12. Непосредственно к основанию насоса прилегает специальная втулка 6, а за ней укладываются направляющие аппараты 10 в сборе с рабочими колесами 8. Над последним верхним направляющим аппаратом монтируется верхний подшипник 11. Все эти детали при монтаже зажимаются между основанием насоса и ниппельной гайкой и таким образом удерживаются в неподвижном состоянии.
Р абочие колеса связаны с валом насоса призматической шпонкой и могут смещаться вдоль вала; при работе каждое колесо опирается на торцовый выступ расположенного под ним направляющего аппарата. Благодаря такой посадке осевые нагрузки от колес передаются непосредственно на направляющие аппараты и через них на основание насоса.
Между колесами и направляющими аппаратами с целью уменьшения трения устанавливаются текстолитовые шайбы 9, запрессованные в кольцевой паз на нижнем торце колеса, и шайбы 7, надетые на его втулку сверху.
Осевое усилие, возникающее вследствие давления жидкости на верхний торец вала, воспринимается сдвоенным радиально-упорным подшипником 2,
а случайные осевые нагрузки, направленные вверх, воспринимаются третьим радиально-упорным подшипником.
Верхняя опорная пята скольжения 13, состоящая из набора текстолитовых и бронзовых шайб, имеет вспомогательное значение, воспринимая часть осевой нагрузки и предотвращая продольный изгиб вала.
Опорная пята, так же как и опорные поверхности рабочих колес, смазывается жидкостью, откачиваемой насосом из скважины. Радиально- упорные подшипники смазываются специальной густой смазкой, посту- пающей из протектора. Утечка этой смазки через зазоры вдоль вала предотвращается сальником 4, который состоит из набора свинцово- графитных колец и резиновых шайб.
Корпус насоса соединяется с колонной подъемных труб при помощи ловильной головки 14, которая навинчивается на выступающую часть ниппельной гайки 12. Головка имеет внутреннюю резьбу, соответствующую резьбе насосно-компрессорных труб, и специальные наружные проточки для выполнения ловильных работ.
На нижний конец вала надета шлицевая муфта 1 для соединения с валом протектора.
На рис. 124 показана схема одной ступени насоса. Лопатки 1, которые составляют ротор насоса, опираются на элементы статора 3 насоса через текстолитовые кольца 4. Поэтому осевые нагрузки, которые развиваются на валу двигателя, передаются корпусу насоса.
Лопатки посредством шпонки укрепляются на валу 2, а элементы, которые составляют статор, закреплены в корпусе насоса затяжной гайкой.
Лопатки могут быть изготовлены из бронзы, чугуна, пластических материалов, а элементы, составляющие статор, делаются из чугуна_.
Принцип работы центробежного насоса заключается в том, что приувеличение напора жидкости, протекающей через него, происходит при вращении рабочих колес, которые являются основным органом насоса.
Во время работы насоса жидкость, поступающая через всасывающие отверстия к центральной открытой части рабочего колеса, попадает на его
лопатки и увлекается ими в полость насоса, где приобретает вращательное движение.
Под влиянием центробежной силы и от воздействия лопаток частицы жидкости с большой скоростью отбрасываются к периферии вращающегося колеса и затем наружу. Выбрасываемая из колеса жидкость обладает большой скоростью и, следовательно, значительной кинетической энергией — энергией движения. Для преобразования этой энергии в энергию давления служат специальные направляющие устройства, которые состоят из системы фигурных лопаток, охватывающих рабочее колесо. Жидкость, протекая между этими лопатками, плавно изменяет направление движения, постепенно теряет скорость и отводится в следующую ступень.
Рабочие колеса погружных насосов имеют небольшой диаметр и вследствие этого напор жидкости, создаваемый одной ступенью, не превышает 3,5—5,5 м водяного столба. Поэтому для обеспечения напора в
800—1000 м в корпусе насоса монтируют по 150—200 ступеней, а в тех случаях, когда необходимо иметь больший напор, применяют двухсекционные насосы.
Часть погружных центробежных электронасосов выпускается в износоустойчивом исполнении; они предназначены для эксплуатации скважин с содержанием механических частиц (песка) в откачиваемой жидкости от 1 до 10 г на литр.
Отличительными конструктивными особенностями таких насосов являются: а) выполнение опорных торцовых поверхностей рабочих колес и направляющих аппаратов, а также других трущихся поверхностей (кроме сальникового узла) из износоустойчивой нефтестойкой резины; б) применение промежуточных износостойких подшипников, об- лицованных резиной; в) защищенность вала насоса по всей длине от непосредственного соприкосновения с пластовой жидкостью; на участке между сальником и первым рабочим колесом, а также между рабочими колесами и промежуточными подшипниками вал защищен бронзовыми втулками; г) изготовление рабочих колес из бронзы.
Износоустойчивыми являются также насосы с капроновыми рабочими колесами и направляющими аппаратами.
Погружной электродвигатель (ПЭД). Погружной центробежный насос приводится в действие трехфазным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором, рассчитанным на питание от сети промышленной частоты. Погружные электродвигатели предназначены для работы в скважинах с температурой откачиваемой жидкости до 70—95° С.
Скорость вращения ротора погружных электродвигателей составляет около 3000 об/мин.
Своеобразные условия работы погружного двигателя определяют его конструктивное исполнение и значительное отличие от обычных электродвигателей. Поперечные размеры двигателя ограничены размерами
Под влиянием центробежной силы и от воздействия лопаток частицы жидкости с большой скоростью отбрасываются к периферии вращающегося колеса и затем наружу. Выбрасываемая из колеса жидкость обладает большой скоростью и, следовательно, значительной кинетической энергией — энергией движения. Для преобразования этой энергии в энергию давления служат специальные направляющие устройства, которые состоят из системы фигурных лопаток, охватывающих рабочее колесо. Жидкость, протекая между этими лопатками, плавно изменяет направление движения, постепенно теряет скорость и отводится в следующую ступень.
Рабочие колеса погружных насосов имеют небольшой диаметр и вследствие этого напор жидкости, создаваемый одной ступенью, не превышает 3,5—5,5 м водяного столба. Поэтому для обеспечения напора в
800—1000 м в корпусе насоса монтируют по 150—200 ступеней, а в тех случаях, когда необходимо иметь больший напор, применяют двухсекционные насосы.
Часть погружных центробежных электронасосов выпускается в износоустойчивом исполнении; они предназначены для эксплуатации скважин с содержанием механических частиц (песка) в откачиваемой жидкости от 1 до 10 г на литр.
Отличительными конструктивными особенностями таких насосов являются: а) выполнение опорных торцовых поверхностей рабочих колес и направляющих аппаратов, а также других трущихся поверхностей (кроме сальникового узла) из износоустойчивой нефтестойкой резины; б) применение промежуточных износостойких подшипников, об- лицованных резиной; в) защищенность вала насоса по всей длине от непосредственного соприкосновения с пластовой жидкостью; на участке между сальником и первым рабочим колесом, а также между рабочими колесами и промежуточными подшипниками вал защищен бронзовыми втулками; г) изготовление рабочих колес из бронзы.
Износоустойчивыми являются также насосы с капроновыми рабочими колесами и направляющими аппаратами.
Погружной электродвигатель (ПЭД). Погружной центробежный насос приводится в действие трехфазным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором, рассчитанным на питание от сети промышленной частоты. Погружные электродвигатели предназначены для работы в скважинах с температурой откачиваемой жидкости до 70—95° С.
Скорость вращения ротора погружных электродвигателей составляет около 3000 об/мин.
Своеобразные условия работы погружного двигателя определяют его конструктивное исполнение и значительное отличие от обычных электродвигателей. Поперечные размеры двигателя ограничены размерами
обсадной колонны, и поэтому с целью обеспечения необходимой мощности их выполняют значительной длины. Например, двигатель мощностью 46 кВт имеет длину 6,8 м.
Во избежание проникновения в полость электродвигателя жид- ;' кости, заполняющей скважину, его делают герметичным и заполняют маловязким трансформаторным маслом, которое благодаря действию механизма протектора находится под давлением, превышающим давление окружающей среды.
Устройство погружного двигателя показано на рис. 125.
Ротор двигателя состоит из отдельных секций 1, собранных на валу 2. Между секциями установлены промежуточные опорные подшипники качения или скольжения 3, которые предотвращают изгиб вала от одностороннего магнитного притяжения между статором и ротором и от действия неуравновешенных центробежных сил. Осевые нагрузки (в основном вес ротора) воспринимаются верхним радиально-упорным подшипником 8.
Каждая секция ротора представляет собой набор пластин-дисков, отштампованных из специальной электротехнической стали. В закрытых пазах секций размещается обмотка ротора (беличье колесо). Крутящий момент роторных секций передается на вал двигателя при помощи шпонок.
Статор двигателя состоит из магнитных 4 и немагнитных 5 пакетов, собранных в общем корпусе 6. Магнитные пакеты в собранном двигателе располагаются напротив секций ротора, а немагнитные — напротив промежуточных подшипников. Все пакеты статора связаны с корпусом шпоночным соединением, при помощи которого реактивный крутящий момент статора передается на корпус.
Обмотка статора 7 — общая для всех секций и выполнена из медных изолированных стержней, уложенных в пазах статора. Изоляция обмотки делается из стеклоткани, пропитанной специальным лаком, и является термо- и маслостойкой.
Концы обмотки, изготовленные из гибких проводников, присоединены к штепсельной розетке, которая монтируется в косом срезе верхней головки двигателя.
Во время работы двигателя происходит постоянная циркуляция масла, заполняющего его полость. Для этой цели у вала двигателя сделано центральное сверление на всю длину, а в пакетах статора имеются специальные продольные пазы. Масло из внутренней полости вала откачивается специальной турбинкой, установленной на валу непосредственно под самым верхним промежуточным подшипником, и подается в верхнюю часть двигателя, откуда по пазам в статоре и по зазору между ротором и статором направляется к нижней части двигателя.
В полость вала масло поступает через тканевый фильтр. Осаждение механических частиц из масла происходит в нижней части корпуса, а также в камере в верхней его части.
Во избежание проникновения в полость электродвигателя жид- ;' кости, заполняющей скважину, его делают герметичным и заполняют маловязким трансформаторным маслом, которое благодаря действию механизма протектора находится под давлением, превышающим давление окружающей среды.
Устройство погружного двигателя показано на рис. 125.
Ротор двигателя состоит из отдельных секций 1, собранных на валу 2. Между секциями установлены промежуточные опорные подшипники качения или скольжения 3, которые предотвращают изгиб вала от одностороннего магнитного притяжения между статором и ротором и от действия неуравновешенных центробежных сил. Осевые нагрузки (в основном вес ротора) воспринимаются верхним радиально-упорным подшипником 8.
Каждая секция ротора представляет собой набор пластин-дисков, отштампованных из специальной электротехнической стали. В закрытых пазах секций размещается обмотка ротора (беличье колесо). Крутящий момент роторных секций передается на вал двигателя при помощи шпонок.
Статор двигателя состоит из магнитных 4 и немагнитных 5 пакетов, собранных в общем корпусе 6. Магнитные пакеты в собранном двигателе располагаются напротив секций ротора, а немагнитные — напротив промежуточных подшипников. Все пакеты статора связаны с корпусом шпоночным соединением, при помощи которого реактивный крутящий момент статора передается на корпус.
Обмотка статора 7 — общая для всех секций и выполнена из медных изолированных стержней, уложенных в пазах статора. Изоляция обмотки делается из стеклоткани, пропитанной специальным лаком, и является термо- и маслостойкой.
Концы обмотки, изготовленные из гибких проводников, присоединены к штепсельной розетке, которая монтируется в косом срезе верхней головки двигателя.
Во время работы двигателя происходит постоянная циркуляция масла, заполняющего его полость. Для этой цели у вала двигателя сделано центральное сверление на всю длину, а в пакетах статора имеются специальные продольные пазы. Масло из внутренней полости вала откачивается специальной турбинкой, установленной на валу непосредственно под самым верхним промежуточным подшипником, и подается в верхнюю часть двигателя, откуда по пазам в статоре и по зазору между ротором и статором направляется к нижней части двигателя.
В полость вала масло поступает через тканевый фильтр. Осаждение механических частиц из масла происходит в нижней части корпуса, а также в камере в верхней его части.