Файл: Мировые запасы высоковязких нефтей и природных битумов огромны и по оценкам ряда специалистов превышают запасы легких нефтей.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 309
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ВведениеМировые запасы высоковязких нефтей и природных битумов огромны и по оценкам ряда специалистов превышают запасы легких нефтей. Ведущее место по добычи высоковязких нефтей и природных битумов занимают Венесуэлла, США, Канада. Более 90% мировой добычи высоковязких нефтей и природных битумов приходится на скважинные методы, из них более 80% добываются механизированными способами на естественном режиме работы пластов, чему способствуют сравнительно высокие пластовые давления и температуры на глубине залегания основных разрабатываемых за рубежом скважинными методами месторождений.Естественный режим работы пластов является, как правило, стадией, предшествующей разработке месторождений с применением термических методов воздействия на продуктивный пласты. Среди термических методов наибольшее распространение получило паротепловое воздействие (циклическое и площадное).Условия залегания природных битумов в нашей стране отличаются сравнительно малыми глубинами, низкими величинами пластовых давлений и температур, высокой вязкостью битума в пластовых условиях, сравнительно малыми мощностями битумонасыщенных пластов, сильной неоднородностью битумонасыщенности по толще пласта, слабой сцементированностью песчаных коллекторов, близким расположением и сильным влиянием водоносных горизонтов, содержащих питьевые воды и т.п. В этих условиях притоки вязкого битума в скважины на естественном режиме работы пласта весьма малы и целесообразность естественного режима как самостоятельной стадии разработки сомнительна. Экономический анализ показывает, что битумная отрасль промышленности может быть рентабельной только при условии комплексной переработки и использования битумного сырья. С этой точки зрения является нежелательным применение при разработки месторождений природных битумов таких методов, как внутрипластовое горение или низкотемпературное окисление, поскольку эти методы приводят к ухудшению ценности сырья. Паротепловое воздействие на пласт не исключает необходимости отбора продукции и из скважин, временно неохваченных воздействием или охваченных им в недостаточной мере. Одним из таких технических средств используемой сегодня в нефтяной промышленности являются одновинтовые насосы (ВНО), именуемые в зарубежной литературе Moineau pumps или Progressive cavity pumps (PCP). Простота конструкции и уникальные характеристики ВНО позволяют эффективно использовать их в различных технологических процессах. В настоящее время во всем мире наблюдается пик интереса к одновинтовым гидромашинам и по мнению экспертов в дальнейшем область применения ВНО и технологий с их использованием будет расширяться
Поэтому в данной курсовой работе рассмотрим винтовые насосы, используемых в нефтегазовой отрасли с погружным и поверхностным электродвигателем.Цель: изучить назначение и принцип действия винтовых насосовЗадачи:- изучение винтовых насосов.Практическая значимость данного курсового проекта состоит в освещении тонкостей эксплуатации винтового насоса.Курсовой проект состоит из введения, четырёх глав, 19 параграфов, заключения, и включает в себя 25 источников используемой литературы.1 Теоретический раздел1.1.Общие сведения о винтовых насосахВинтовой насос - это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.Винтовые насосы - разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.1.2.История возникновения винтовых насосовВпервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске .
1.3Устройство и принцип действияОсновными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.а - ротор; б - статор; в - насос в сборе;- корпус насоса; 2 - полость между статором и роторомРисунок 1 - Глубинный винтовой насосВинт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.1.4.Основные характеристики винтовых насосовОсновными характеристиками винтовых насосов являются: рабочая глубина по вертикали (до 3200 м); дебит (1-800 м3/сут); температура продукта (до 120 0С); плотность жидкости (более 850 г/см3); кривизна ствола скважины (до 900).1.5.Виды винтовых насосов. Используемый материалПо количеству винтов насосы делят на: одновинтовые; двухвинтовые; трехвинтовые; многовинтовые.Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов: с поверхностным электродвигателем; с погружным электродвигателем.Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.- исходное положение; 2 - положение при повороте на 900; 3 - положение при повороте на 1800Рисунок 2 однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборотаЕсли рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.
Рисунок 3 - Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении 2.Технологический раздел2.1.Назначение установокУстановки погружных винтовых сдвоенных электронасосов типа УЭВН5 предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости из нефтяных скважин, их можно использовать также для добычи нефти обычной вязкости и газосодержания.Установки УЭВН5 рассчитаны на откачку пластовой жидкости из нефтяных скважин со следующей характеристикой: максимальная вязкость жидкости до 110-3 м3/с; объемное содержание свободного газа на приеме насоса до 50 %; содержание механических примесей не более 0,8 г/л; температура пластовой жидкости до 110 0С; содержание воды не более 99 %.Установка погружного винтового сдвоенного электронасоса (рисунок 4) состоит из погружного насоса, электродвигателя с гидрозащитой, установленных в скважине на колонне НКТ под уровень жидкости в скважине.Электроэнергия от трансформатора, комплектного устройства, установленных на поверхности земли, по токоподводящему бронированному кабелю, закрепленному снаружи НКТ хомутами, через муфту кабельного ввода подводится к погружному электродвигателю насосного агрегата [4].
- трансформатор; 2 - комплектное устройство;- пояса; 4 - трубы НКТ; 5 - насос;- муфта кабельного ввода; 7 - электродвигатель с защитойРисунок 4 - Установка винтового сдвоенного электронасоса типа УЭВН5Установки УЭВН5 выпускаются для скважин с внутренним диаметром эксплуатационной колонны не менее 121,7 мм.2.2.Условное обозначениеУсловное обозначение оборудования установки записывается в следующем виде: УЭВН5-16-1200 А или УЭВН5-100-1000А1 ВП01, где приняты обозначения:Э - привод от погружного электродвигателя;- группа насоса для скважин с внутренним диаметром колонны 121,7 мм;и 100 - подача;и 1200 - напор;А - для жидкости температурой до 30 0С;Б - для жидкости температурой от 30 до 50 0С;В - для жидкости температурой от 50 до 70 0С;Г - для жидкости температурой от 50 до 70 0С или вязкостью 610-4 - 110-3 м3/с;А1 -вариант изготовления с электродвигателем повышенной мощности;К - вариант изготовления с пусковой разгонной муфтой;ВП - вариант поставки; 01 - порядковый номер варианта поставки.В случае отсутствия в заявке указания о варианте поставке, установка посылается заказчику в исполнении А, в варианте ВП00 (ВП00 - вариант поставки в районы с умеренным климатом; ВП01 - вариант поставки в районы с холодным климатом).Модификация установок А1 комплектуется электродвигателем повышенной мощности и отличается отсутствием золотникового устройства в насосе.Модификация К отличается от существующих конструкций добавлением узла приставки, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла.2.3 Показатели комплектации и технические характеристики УЭВНВсе установки погружных электроприводных винтовых насосов (таблица 1) комплектуются погружными электродвигателями типа ПЭД с гидрозащитой 1Г51 и наземным энергетическим оборудованием (комплектное устройство, трансформатор) таким же как и оборудование УЭВН.Таблица 1 - Показатели комплектации установок типа УЭВН
Поэтому в данной курсовой работе рассмотрим винтовые насосы, используемых в нефтегазовой отрасли с погружным и поверхностным электродвигателем.Цель: изучить назначение и принцип действия винтовых насосовЗадачи:- изучение винтовых насосов.Практическая значимость данного курсового проекта состоит в освещении тонкостей эксплуатации винтового насоса.Курсовой проект состоит из введения, четырёх глав, 19 параграфов, заключения, и включает в себя 25 источников используемой литературы.1 Теоретический раздел1.1.Общие сведения о винтовых насосахВинтовой насос - это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.Винтовые насосы - разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.1.2.История возникновения винтовых насосовВпервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске .
1.3Устройство и принцип действияОсновными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.а - ротор; б - статор; в - насос в сборе;- корпус насоса; 2 - полость между статором и роторомРисунок 1 - Глубинный винтовой насосВинт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.1.4.Основные характеристики винтовых насосовОсновными характеристиками винтовых насосов являются: рабочая глубина по вертикали (до 3200 м); дебит (1-800 м3/сут); температура продукта (до 120 0С); плотность жидкости (более 850 г/см3); кривизна ствола скважины (до 900).1.5.Виды винтовых насосов. Используемый материалПо количеству винтов насосы делят на: одновинтовые; двухвинтовые; трехвинтовые; многовинтовые.Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов: с поверхностным электродвигателем; с погружным электродвигателем.Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.- исходное положение; 2 - положение при повороте на 900; 3 - положение при повороте на 1800Рисунок 2 однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборотаЕсли рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.
Рисунок 3 - Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении 2.Технологический раздел2.1.Назначение установокУстановки погружных винтовых сдвоенных электронасосов типа УЭВН5 предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости из нефтяных скважин, их можно использовать также для добычи нефти обычной вязкости и газосодержания.Установки УЭВН5 рассчитаны на откачку пластовой жидкости из нефтяных скважин со следующей характеристикой: максимальная вязкость жидкости до 110-3 м3/с; объемное содержание свободного газа на приеме насоса до 50 %; содержание механических примесей не более 0,8 г/л; температура пластовой жидкости до 110 0С; содержание воды не более 99 %.Установка погружного винтового сдвоенного электронасоса (рисунок 4) состоит из погружного насоса, электродвигателя с гидрозащитой, установленных в скважине на колонне НКТ под уровень жидкости в скважине.Электроэнергия от трансформатора, комплектного устройства, установленных на поверхности земли, по токоподводящему бронированному кабелю, закрепленному снаружи НКТ хомутами, через муфту кабельного ввода подводится к погружному электродвигателю насосного агрегата [4].
- трансформатор; 2 - комплектное устройство;- пояса; 4 - трубы НКТ; 5 - насос;- муфта кабельного ввода; 7 - электродвигатель с защитойРисунок 4 - Установка винтового сдвоенного электронасоса типа УЭВН5Установки УЭВН5 выпускаются для скважин с внутренним диаметром эксплуатационной колонны не менее 121,7 мм.2.2.Условное обозначениеУсловное обозначение оборудования установки записывается в следующем виде: УЭВН5-16-1200 А или УЭВН5-100-1000А1 ВП01, где приняты обозначения:Э - привод от погружного электродвигателя;- группа насоса для скважин с внутренним диаметром колонны 121,7 мм;и 100 - подача;и 1200 - напор;А - для жидкости температурой до 30 0С;Б - для жидкости температурой от 30 до 50 0С;В - для жидкости температурой от 50 до 70 0С;Г - для жидкости температурой от 50 до 70 0С или вязкостью 610-4 - 110-3 м3/с;А1 -вариант изготовления с электродвигателем повышенной мощности;К - вариант изготовления с пусковой разгонной муфтой;ВП - вариант поставки; 01 - порядковый номер варианта поставки.В случае отсутствия в заявке указания о варианте поставке, установка посылается заказчику в исполнении А, в варианте ВП00 (ВП00 - вариант поставки в районы с умеренным климатом; ВП01 - вариант поставки в районы с холодным климатом).Модификация установок А1 комплектуется электродвигателем повышенной мощности и отличается отсутствием золотникового устройства в насосе.Модификация К отличается от существующих конструкций добавлением узла приставки, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла.2.3 Показатели комплектации и технические характеристики УЭВНВсе установки погружных электроприводных винтовых насосов (таблица 1) комплектуются погружными электродвигателями типа ПЭД с гидрозащитой 1Г51 и наземным энергетическим оборудованием (комплектное устройство, трансформатор) таким же как и оборудование УЭВН.Таблица 1 - Показатели комплектации установок типа УЭВН
| Установка | Электродвигатель | Кабель в сборе | Комплектное устройство | Трансформатор | |||
| | | основной площадь сечения, мм2длина, м | удлинитель площадь сечения, мм2длина, м | | | ||
| УЭВН5-16-1200 | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х10х1275 | КПБП3х6х25 | Ш5103-3277У1 | - | ||
| УЭВН5-25-1000А, Б | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х10х1275 | КПБП3х6х25 | Ш5103-3277У1 | - | ||
| УЭВН5-25-1000А1, В, К | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х10х1275 | КПБП3х6х25 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||
| УЭВН5-100-1000А, Б, В | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х10х1275 | КПБП3х6х25 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||
| УЭВН5-100-1000А1, К | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х10х1275 | КПБП3х6х25 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||
| УЭВН5-100-1200Г | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБП3х16х1300 | КПБП3х6х20 КПБП3х16х1300 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||
| УЭВН5-63-1200В, К | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБП3х16х1300 | КПБП3х6х20 КПБП3х16х1300 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||
| УЭВН5-200-900 | ПЭД5,5-117/4В5 | КПБК3х16х1275 | КПБП3х6х25 | ШГС5805-49А3У1 | ТМПН63/1-73УХЛ1 | ||