Установки занурювальних відцентрових насосів (уецн). Пристрій та технічна характеристика уецн Службове призначення насоса эцн

До наземного обладнання відноситься станція керування, автотрансформатор, барабан з електрокабелем та гирла арматура.

Електроустаткування, залежно від схеми струмопідведення, включає або комплектну трансформаторну підстанцію для занурювальних насосів (КТППН), або трансформаторну підстанцію (ТП), станцію управління і трансформатор.

Електроенергія від трансформатора (або від КТППН) 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.

Майданчик для розміщення наземного електроустаткування захищається від затоплення в паводковий період та очищається від снігу в зимовий період і повинен мати під'їзди, що дозволяють вільно монтувати та демонтувати обладнання. Відповідальність за робочий стан майданчиків та під'їздів до них покладається на ЦДНГ.

Станція керування

За допомогою станції керування здійснюють ручне керування двигуном, автоматичне відключення агрегату при припиненні подачі рідини, нульовий захист, захист від перевантаження та відключення агрегату при коротких замиканнях. Під час роботи агрегату відцентровий струм насос всмоктує рідину через фільтр, встановлений на прийомі насоса та нагнітає її насосами труб на поверхню. Залежно від натиску, тобто. висоти підйому рідини застосовують насоси з різним числом ступенів. Над насосом встановлюють зворотний та зливальний клапан. Зворотний клапан використовується для підтримки в НКТ, що полегшує пуск двигуна та контроль його роботи після пуску. Під час роботи зворотний клапан знаходиться у відкритому положенні під впливом тиску знизу. Зливний клапан встановлюють над зворотним, і використовується для зливу рідини з НКТ підйомі їх на поверхню.

Автотрансформатор

Трансформатор (автотрансформатор) використовують підвищення напруги струму від 380 (промислова мережу) до 400-2000 У.

У трансформаторів передбачено олійне охолодження. Вони призначені для роботи на свіжому повітрі. На високій стороні обмоток трансформаторів виконується по п'ятдесят відгалужень для подачі оптимальної напруги на електродвигун залежно від довжини кабелю, завантаження електродвигуна та напруги мережі.

Перемикання відпайок здійснюється при повністю вимкненому трансформаторі.

Трансформатор складається з магнітопроводу, обмоток високого ВН і ПН напруги, бака, кришки з вводами та розширювача з повітросушителем.

Бак трансформатора заповнюється трансформаторним маслом, що має пробивну напругу не нижче 40кВт.

На трансформаторах потужністю 100 - 200 кВт встановлено термосифонний фільтр для очищення трансформаторного масла від продуктів старіння.

На кришці бака змонтовано:

Привід перемикача відгалужень обмоток ВН (один або два);

Ртутний термометр для вимірювання температури верхніх шарів олії;

Знімні введення ВН і ПН, що допускають заміну ізоляторів без підйому частини, що видобувається;

Розширювач з масловказівником та повітроосушувачем;

Металевий короб для запобігання введенням від попадання пилу та вологи.

Осушувач повітря з масляним затвором призначений для видалення вологи та очищення від промислових забруднень повітря, що надходить у трансформатор при температурних коливаннях рівня масла

Гирлова арматура

Гирлова арматура призначена для відведення продукції зі свердловини у лінію викидної і герметизації міжтрубного простору.

Гирла арматура свердловини, підготовленої до запуску УЕЦН, обладнується манометрами, зворотним клапаном на лінії, що з'єднує затрубний простір з викидом, штуцерною камерою (при технологічній доцільності) та патрубком для дослідження. Відповідальність за виконання цього пункту несе ЦДНГ.

Гирлова арматура свердловини, крім функцій виконуваних при всіх способах видобутку повинна забезпечити герметичність зворотно-поступально полірованого штока, що переміщається в ній. Останній є механічним зв'язком між колоною штанг та головкою балансиру СК.

Гирлова арматура свердловини, маніфольди та викидні лінії, що мають складну конфігурацію, ускладнюють гідродинаміку потоку. Прискважинное обладнання, що знаходиться на поверхні, порівняно доступне і відносно просто очищається від відкладень, в основному, термічними методами.

Гирлява арматура свердловин, через які здійснюється закачування води в пласт, піддається гідравлічному випробуванню в порядку, встановленому для фонтанної арматури.

Підземне обладнання УЕЦН

До підземного обладнання належить НКТ, насосний агрегат та еклектичний броньований кабель.

Відцентрові насоси для відкачування рідини зі свердловини принципово не відрізняються від звичайних відцентрових насосів, які використовуються для перекачування рідин на поверхні землі. Однак малі радіальні розміри, обумовлені діаметром обсадних колон, які спускаються відцентрові насоси, практично необмежені осьові розміри, необхідність подолання високих напорів і робота насоса в зануреному стані призвели до створення відцентрових насосних агрегатів специфічного конструктивного виконання. Зовні вони нічим не відрізняються від труби, але внутрішня порожнина такої труби містить велику кількість складних деталей, що потребують досконалої технології виготовлення.

Занурювальні відцентрові електронасоси (ПЦЕН) - це багатоступінчасті відцентрові насоси з числом ступенів в одному блоці до 120, що приводяться в обертання занурювальним електродвигуном спеціальної конструкції (ПЕД). Електродвигун живиться з поверхні електроенергією, що підводиться кабелем від підвищує автотрансформатора або трансформатора через станцію управління, в якій зосереджена вся контрольно-вимірювальна апаратура і автоматика. ПЦЕН опускається у свердловину під розрахунковий динамічний рівень зазвичай на 150 - 300 м. Рідина подається по НКТ, до зовнішнього боку яких прикріплений спеціальними поясками електрокабель. У насосному агрегаті між самим насосом і електродвигуном є проміжна ланка, яка називається протектором або гідрозахистом. Установка ПЦЕН (рисунок 3) включає маслозаповнений електродвигун ПЕД 1; ланка гідрозахисту або протектор 2; приймальну сітку насоса для забору рідини 3; багатоступінчастий відцентровий насос ПЦЕН 4; НКТ 5; броньований трижильний електрокабель 6; пояски для кріплення кабелю до НКТ 7; гирлову арматуру 8; барабан для намотування кабелю при спуско-підйомних роботах та зберігання деякого запасу кабелю 9; трансформатор або автотрансформатор 10; станцію управління з автоматикою 11 та компенсатор 12.

Насос, протектор та електродвигун є окремими вузлами, що з'єднуються болтовими шпильками. Кінці валів мають шліцеві з'єднання, які стикуються при складанні всієї установки. При необхідності підйому рідини з великих глибин секції ПЦЕН з'єднуються один з одним так, що загальна кількість ступенів досягає 400. Рідина, що всмоктується насосом, послідовно проходить всі ступені і залишає насос з напором, рівним зовнішньому гідравлічному опору.

Рисунок 3 – Загальна схема обладнання свердловини установкою занурювального відцентрового насоса

УПЦЕН відрізняються малою металоємністю, широким діапазоном робочих характеристик, як за натиском, так і за витратою, досить високим к. п. д., можливістю відкачування великих кількостей рідини та великим міжремонтним періодом. Слід нагадати, що середня по Росії подача рідини однієї УПЦЕН становить 114,7 т/сут, а УШСН - 14,1 т/сут.

Усі насоси поділяються на дві основні групи; звичайного та зносостійкого виконання. Переважна частина чинного фонду насосів (близько 95%) – звичайного виконання.

Насоси зносостійкого виконання призначені для роботи у свердловинах, у продукції яких є невелика кількість піску та інших механічних домішок (до 1% за масою). За поперечними розмірами всі насоси поділяються на 3 умовні групи: 5; 5А і 6, що означає номінальний діаметр обсадної колони (у дюймах), в яку може бути спущений даний насос.

Група 5 має зовнішній діаметр корпусу 92 мм, група 5А - 103 мм та група б - 114 мм. Частота обертання валу насосів відповідає частоті змінного струму електромережі. У Росії це частота – 50 Гц, що дає синхронну швидкість (для двополюсної машини) 3000 хв-1. У шифрі ПЦЕН закладено основні номінальні параметри, такі як подача і натиск при роботі на оптимальному режимі. Наприклад, ЕЦН5-40-950 означає відцентровий електронасос групи 5 з подачею 40 м3/добу (по воді) та напором 950 м. ЕЦН5А-360-600 означає насос групи 5А з подачею 360 м3/добу і напором 600 м.

Рисунок 4 - Типова характеристика занурювального відцентрового насоса

У шифрі насосів зносостійкого виконання є буква І, що означає зносостійкість. Вони робочі колеса виготовляються з металу, та якщо з поліамідної смоли (П-68). У корпусі насоса через кожні 20 ступенів встановлюються проміжні гумо-металеві центруючі вал підшипники, в результаті чого насос зносостійкого виконання має менше ступенів і відповідно напір.

Торцеві опори робочих коліс не чавунні, а у вигляді запресованих кілець із загартованої сталі 40Х. Замість текстолітових опорних шайб між робочими колесами та направляючими апаратами застосовуються шайби з маслостійкої гуми.

Усі типи насосів мають паспортну робочу характеристику як кривих залежностей Н(Q) (напір, подача), з(Q) (к. п. буд., подача), N(Q) (споживана потужність, подача). Зазвичай ці залежності даються у діапазоні робочих значень витрат чи дещо більшому інтервалі (рис. 11.2).

Будь-який відцентровий насос, у тому числі і ПЦЕН, може працювати при закритій викидній засувці (точка А: Q = 0; Н = Нmax) та без протитиску на викиді (точка В: Q = Qmax; H = 0). Оскільки корисна робота насоса пропорційна добутку подачі на напір, то для цих двох крайніх режимів роботи насоса корисна робота дорівнюватиме нулю, а отже, і до. п. д. дорівнюватиме нулю. При певному співвідношенні (Q і Н, обумовленому мінімальними внутрішніми втратами насоса, к. п. д. досягає максимального значення, що дорівнює приблизно 0,5 - 0,6. Зазвичай насоси з малою подачею і малим діаметром робочих коліс, а також з великим числом ступенів мають знижений к. п. д. Подача і натиск, що відповідають максимальному к. п. д., називаються оптимальним режимом роботи насоса. в той і інший бік на деяку величину.Межі цих відхилень завісять від конкретної характеристики ПЦЕН і повинні відповідати розумному зниженню к. п. Д. насоса (на 3 - 5%). (Див. рис. 11.2, штрихування).

Підбір насоса до свердловин по суті зводиться до вибору такого типорозміру ПЦЕН, щоб він, спущений в свердловину, працював в умовах оптимального або рекомендованого режиму при відкачуванні заданого дебіту свердловини з даної глибини.

Насоси, що випускаються в даний час, розраховані на номінальні витрати від 40 (ЕЦН5-40-950) до 500 м3/добу (ЕЦН6-500-750) і напори від 450 м (ЕЦН6-500-450) до 1500 м (ЕЦН6-10 1500). Крім того, є насоси спеціального призначення, наприклад, для закачування води в пласти. Ці насоси мають подачу до 3000 м3/добу та напори до 1200 м.

Напір, який може подолати насос, прямо пропорційний числу щаблів. Розвивається одним щаблем при оптимальному режимі роботи, він залежить, зокрема, від розмірів робочого колеса, які в свою чергу залежать від радіальних габаритів насоса. При зовнішньому діаметрі корпусу насоса 92 мм середній напір, що розвивається одним щаблем (при роботі на воді), дорівнює 3,86 м при коливаннях від 3,69 до 4,2 м. При зовнішньому діаметрі 114 мм середній напір 5,76 м при коливаннях від 5,03 до 6,84 м-коду.

Насосний агрегат складається з насоса (малюнок 4, а), вузла гідрозахисту (малюнок 4, 6), занурювального електродвигуна ПЕД (малюнок 4, в), компенсатора (малюнок 4, г), що приєднується до нижньої частини ПЕД.

Насос складається з наступних деталей: головки 1 з зворотним кульовим клапаном для попередження зливу рідини з НКТ при зупинках; верхньої опорної п'яти ковзання 2, що сприймає частково осьове навантаження через різницю тисків на вході і викиді насоса; верхнього підшипника ковзання 3, що центрує верхній кінець валу; корпуси насоса 4; напрямних апаратів 5, які спираються один на одного та утримуються від обертання загальною стяжкою в корпусі 4; робочих коліс 6; вала насоса 7, має поздовжню шпонку, на якій насаджуються робочі колеса зі ковзною посадкою. Вал проходить і через напрямний апарат кожного ступеня і центрується в ньому втулкою робочого колеса, як у підшипнику; нижнього підшипника ковзання 8; основи 9, закритого приймальною сіткою і має у верхній частині круглі похилі отвори для підведення рідини до нижнього робочого колеса; кінцевого підшипника ковзання 10. У насосах ранніх конструкцій, що є ще в експлуатації, влаштування нижньої частини інше. На всій довжині основи 9 розміщується сальник зі свинцево-графітових кілець, що розділяє приймальну частину насоса та внутрішні порожнини двигуна та гідрозахисту. Нижче сальника змонтований трирядний радіально-упорний кульковий підшипник, що змащується густим маслом, що знаходиться під надлишковим, відносно зовнішнього, деяким тиском (0,01 - 0,2 МПа).

Малюнок 4 - Влаштування занурювального відцентрового агрегату

а - відцентровий насос; б - вузол гідрозахисту; в - занурювальний електродвигун; г - компенсатор

У сучасних конструкціях ЕЦН у вузлі гідрозахисту немає надлишкового тиску, тому витоку рідкого трансформаторного масла, яким заповнений ПЕД, менше, і необхідність у свинцево-графітовому сальнику відпала.

Порожнини двигуна та приймальної частини поділяє простим торцевим ущільненням, тиск по обидва боки якого однаковий. Довжина корпусу насоса зазвичай не перевищує 5,5 м. Коли ж потрібну кількість ступенів (у насосах, що розвивають великі напори) розмістити в одному корпусі не вдається, їх розміщують у два або три окремі корпуси, що становлять самостійні секції одного насоса, які з'єднуються разом при спуску насоса в свердловину

Вузол гідрозахисту - самостійний вузол, що приєднується до ПЦЕН болтовим з'єднанням (на малюнок 4 вузол, як і сам ПЦЕН, показаний з заглушками транспортування, що герметизують торці вузлів)

Верхній кінець валу 1 з'єднується шліцевою муфтою з нижнім кінцем валу насоса. Легке торцеве ущільнення 2 розділяє верхню порожнину, в якій може бути свердловинна рідина, від порожнини нижче ущільнення, яка заповнена трансформаторним маслом, що знаходиться, як і свердловинна рідина, під тиском, що дорівнює тиску на глибині занурення насоса. Нижче торцевого ущільнення 2 розташовується підшипник ковзаючого тертя, а ще нижче - вузол 3 - опорна п'ята, що сприймає осьове зусилля валу насоса. Опорна п'ята ковзання 3 працює в рідкому трансформаторному маслі.

Нижче друге торцеве ущільнення 4 розміщується для більш надійної герметизації двигуна. Воно конструктивно не відрізняється від першого. Під ним розташовується гумовий мішок 5 в корпусі 6. Мішок герметично розділяє дві порожнини: внутрішню порожнину мішка, заповненого трансформаторним маслом, і порожнину між корпусом 6 і самим мішком, яку має доступ зовнішня свердловинна рідина через зворотний клапан 7.

Свердловина через клапан 7 проникає в порожнину корпусу 6 і стискає гумовий мішок з маслом до тиску, рівного зовнішньому. Рідка олія по зазорах вздовж валу проникає до торцевих ущільнень і вниз до ПЕД.

Розроблено дві конструкції пристроїв гідрозахисту. Гідрозахист ГД відрізняється від описаного гідрозахисту Г наявністю на валу малої турбінки, що створює підвищений тиск рідкої олії у внутрішній порожнині гумового мішка 5.

Зовнішня порожнина між корпусом 6 і мішком 5 заповнюється густим маслом, що живить кульковий радіально-упорний підшипник ПЦЕН колишньої конструкції. Таким чином, вузол гідрозахисту ГД удосконаленої конструкції придатний для використання в комплекті з поширеними на промислах ПЦЕН колишніх типів. Раніше застосовувався гідрозахист, так званий протектор поршневого типу, в якому надлишковий тиск на олію створювалося пружним поршнем. Нові конструкції ГД і Г виявилися більш надійними та довговічними. Температурні зміни обсягу масла при його нагріванні або охолодженні компенсуються за допомогою приєднання до нижньої частини ПЕД гумового мішка - компенсатора.

Для приводу ПЦЕН служать спеціальні вертикальні асинхронні маслозаповнені двополюсні електродвигуни (ПЕД). Електродвигуни насоса поділяються на 3 групи: 5; 5А та 6.

Оскільки вздовж корпусу електродвигуна, на відміну насоса, електрокабель не проходить, діаметральні розміри ПЕДів названих груп дещо більше, ніж у насосів, а саме: група 5 має максимальний діаметр 103 мм, група 5А - 117 мм і група 6 - 123 мм.

У маркування ПЕД входить номінальна потужність (кВт) та діаметр; наприклад, ПЭД65-117 означає: занурювальний електродвигун потужністю 65 кВт з діаметром корпусу 117 мм, тобто входить до групи 5А.

Малі допустимі діаметри та великі потужності (до 125 кВт) змушують робити двигуни великої довжини – до 8 м, а іноді й більше. Верхня частина ПЕД з'єднується з нижньою частиною вузла гідрозахисту за допомогою болтових шпильок. Вали стикуються шліцевими муфтами.

Верхній кінець валу ПЕД підвішений на п'яті ковзання 1, що працює в маслі. Нижче розміщується вузол кабельного введення 2. Зазвичай цей вузол є штекерним кабелем. Це одне з найуразливіших місць у насосі, через порушення ізоляції якого установки виходять з ладу та вимагають підйому; 3 - вивідні дроти обмотки статора; 4 - верхній радіальний підшипник ковзаючого тертя; 5 - розріз торцевих кінців статора обмотки; 6 - секція статора, набрана із штампованих пластин трансформаторного заліза з пазами для просмикування проводів статора. Секції статора розділені один від одного немагнітними пакетами, в яких зміцнюються радіальні підшипники 7 вала електродвигуна 8. Нижній кінець валу 8 центрується нижнім радіальним підшипником ковзаючого тертя 9. Ротор ПЕДа також складається з секцій, зібраних на валу двигуна зі штампованих пластин трансформаторного заліза. У пази ротора типу біличного колеса вставлені алюмінієві стрижні, закорочені струмопровідними кільцями, з обох боків секції. Між секціями вал двигуна центрується в підшипниках 7. Через всю довжину валу двигуна проходить отвір діаметром 6 - 8 мм для проходження олії з нижньої порожнини у верхню. Уздовж статора також є паз, через який може циркулювати масло. Ротор обертається в рідкій трансформаторній олії з високими ізолюючими властивостями. У нижній частині ПЕД є сітчастий масляний фільтр 10. Головка 1 компенсатора (див. рис. 11.3, г), приєднується до нижнього кінця ПЕД; перепускний клапан 2 служить заповнення системи маслом. Захисний кожух 4 в нижній частині має отвори для передачі зовнішнього тиску рідини на еластичний елемент 3. При охолодженні масла його обсяг зменшується і свердловинна рідина через отвори заходить в простір між мішком 3 і кожухом 4. При нагріванні мішок розширюється, і рідина через ті ж виходить із кожуха.

ПЕДи, що застосовуються для експлуатації нафтовидобувних свердловин, мають потужності від 10 до 125 кВт.

Для підтримки пластового тиску застосовуються спеціальні насосні заглибні агрегати, укомплектовані ПЕДами потужністю 500 кВт. Напруга струму живлення в ПЕДах коливається від 350 до 2000 В. При високих напругах вдається пропорційно зменшити струм при передачі тієї ж потужності, а це дозволяє зменшити перетин струмопровідних жил кабелю, а отже, поперечні габарити установки. Це особливо важливо за великих потужностей електродвигуна. Ковзання ротора ПЕД номінальне - від 4 до 8,5 %, к. п. д. - від 73 до 84 %, допустимі температури навколишнього середовища - до 100 °С.

При роботі ПЕД виділяється багато теплоти, тому для нормальної роботи двигуна потрібно охолодження. Таке охолодження створюється за рахунок безперервного протікання пластової рідини за кільцевим зазором між корпусом електродвигуна і обсадною колоною. Тому відкладення парафіну в НКТ при роботі насосів завжди значно менше, ніж при інших способах експлуатації.

У виробничих умовах трапляється тимчасове знеструмлення силових ліній через грозу, обрив проводів, через їх зледеніння тощо. Це викликає зупинку УПЦЕН. При цьому під впливом стікає з НКТ через насос стовпа рідини вал насоса і статор починають обертатися у зворотному напрямку. Якщо в цей момент подача електроенергії буде відновлена, то ПЕД почне обертатися в прямому напрямку, долаючи силу інерції стовпа рідини і мас, що обертаються.

Пускові струми можуть перевищити допустимі межі, і установка вийде з ладу. Щоб цього не трапилося, у викидній частині ПЦЕН встановлюється зворотний кульовий клапан, що перешкоджає зливу рідини з НКТ.

Зворотний клапан розміщується в головці насоса. Наявність зворотного клапана ускладнює підйом НКТ при ремонтних роботах, тому що в цьому випадку труби піднімають та розгвинчують із рідиною. Крім того, це небезпечно у пожежному відношенні. Для запобігання таким явищам вище зворотного клапана у спеціальній муфті робиться зливальний клапан. У принципі зливальний клапан - це муфта, в бічну стінку якої вставлено горизонтально коротку бронзову трубку, запаяну з внутрішнього кінця. Перед підйомом в НКТ кидається металева коротка дротика. Від удару дротика бронзова трубка відламується, внаслідок чого бічний отвір у муфті відкривається та рідина з НКТ зливається.

Розроблено й інші пристрої для зливу рідини, що встановлюються над зворотним клапаном ПЦЕН. До них відносяться так звані суфлери, що дозволяють вимірювати міжтрубний тиск на глибині спуску насоса свердловинним манометром, що спускається в НКТ, і встановлюють повідомлення міжтрубного простору вимірювальної порожниною манометра.

Слід зауважити, що двигуни чутливі до системи охолодження, яка створюється потоком рідини між колоною обсадної і корпусом ПЕДа. Швидкість цього потоку та якість рідини впливають на температурний режим ПЕД. Відомо, що вода має теплоємність 4,1868 кДж/кг-С, тоді як чиста нафта 1,675 кДж/кг-С. Тому при відкачуванні обводненої продукції свердловини умови охолодження ПЕД краще, ніж при відкачуванні чистої нафти, а його перегрів призводить до порушення ізоляції і виходу двигуна з ладу. Тому ізоляційні якості застосовуваних матеріалів впливають тривалість роботи установки. Відомо, що термостійкість деякої ізоляції, яка застосовується для обмоток двигуна, доведена вже до 180 °С, а робочі температури до 150 °С. Для контролю за температурою розроблені прості електричні температурні датчики, що передають на станцію управління інформацію про температуру ПЕДу силовим електричним кабелем без застосування додаткової жили. Аналогічні пристрої є передачі на поверхню постійної інформації про тиск на прийомі насоса. При аварійних станах станція керування автоматично вимикає ПЕД.

ПЕД живиться електроенергією по трижильному кабелю, що спускається в свердловину паралельно з НКТ. Кабель кріпиться до зовнішньої поверхні НКТ металевими поясками по два на кожну трубу. Кабель працює у важких умовах. Верхня його частина знаходиться в газовому середовищі, іноді під значним тиском, нижня - у нафті і ще більший тиск. При спуску та підйомі насоса, особливо у викривлених свердловинах, кабель піддається сильним механічним впливам (притискання, тертя, заклинювання між колоною та НКТ тощо). По кабелю передається електроенергія при високих напругах. Використання високовольтних двигунів дозволяє зменшити струм і, отже, діаметр кабелю. Однак кабель для живлення високовольтного ПЕД повинен мати і більш надійну, а іноді і більш товсту ізоляцію. Усі кабелі, які застосовуються для УПЦЕН, зверху покриті еластичною сталевою оцинкованою стрічкою для захисту від механічних пошкоджень. Необхідність розміщення кабелю зовнішньої поверхні ПЦЕН зменшує габарити останнього. Тому вздовж насоса укладається плоский кабель, що має товщину приблизно в 2 рази менше, ніж діаметр круглого, при однакових перерізах струмопровідних жил.

Усі кабелі, які застосовуються для УПЦЕН, поділяються на круглі та плоскі. Круглі кабелі мають гумову (нафтостійку гуму) або поліетиленову ізоляцію, що відображено в шифрі: КРБК означає кабель гумовий круглий броньований або КРБП - гумовий кабель броньований плоский. При використанні поліетиленової ізоляції в шифрі замість літери Р пишеться П: КПБК – для круглого кабелю та КПБП – для плоского.

Круглий кабель кріпиться до НКТ, а плоский - тільки до нижніх труб колони НКТ та насоса. Перехід від круглого кабелю до плоского зрощується методом гарячої вулканізації в спеціальних прессформах і при недоброякісному виконанні такої зростки може бути джерелом порушення ізоляції та відмов. Останнім часом переходять лише до плоских кабелів, що йдуть від ПЕД уздовж колони НКТ до станції управління. Проте виготовлення таких кабелів складніше, ніж круглих (табл. 11.1).

Є ще деякі різновиди кабелів із поліетиленовою ізоляцією, не згадані в таблиці. Кабелі з поліетиленовою ізоляцією на 26 - 35% легші за кабелі з гумовою ізоляцією. Кабелі з гумовою ізоляцією призначені для використання при номінальній напрузі електричного струму не більше 1100 В, температурах навколишнього середовища до 90 °С і тиску до 1 МПа. Кабелі з поліетиленовою ізоляцією можуть працювати при напрузі до 2300 В, температурі до 120 ° С та тиску до 2 МПа. Ці кабелі мають більшу стійкість проти впливу газу і високого тиску.

Усі кабелі мають броню із хвилястої оцинкованої сталевої стрічки, що надає їм потрібної міцності.

Первинні обмотки трифазних трансформаторів і автотрансформаторів завжди розраховані на напругу промислової електромережі, тобто на 380, до якої вони і приєднуються через станції управління. Вторинні обмотки розраховані на робочу напругу відповідного двигуна, з яким пов'язані кабелем. Ці робочі напруги в різних ПЕД змінюються від 350В (ПЕД10-103) до 2000 В (ПЕД65-117; ПЕД125-138). Для компенсації падіння напруги в кабелі від вторинної обмотки робиться 6 відводів (в одному типі 8 трансформаторів відводів), що дозволяють регулювати напругу на кінцях вторинної обмотки за допомогою перестановки перемичок. Перестановка перемички на один ступінь підвищує напругу на 30 – 60 В залежно від типу трансформатора.

Усі трансформатори та автотрансформатори немаслозаповнені з повітряним охолодженням закриті металевим кожухом та призначені для встановлення у вкритому місці. Вони комплектуються з підземною установкою, тому їх параметри відповідають цьому ПЕД.

Останнім часом трансформатори знаходять ширше поширення, оскільки це дозволяє безперервно контролювати опір вторинної обмотки трансформатора, кабелю та обмотки статорної ПЕДу. При зменшенні опору ізоляції до встановленої величини (30 кОм) установка автоматично вимикається.

При автотрансформаторах, що мають прямий електричний зв'язок між первинною та вторинною обмотками, такого контролю ізоляції здійснювати не можна.

Трансформатори та автотрансформатори мають к. п. д. близько 98 – 98,5 %. Маса їх залежно від потужності коливається від 280 до 1240 кг, габарити від 1060 х 420 х 800 до 1550 х 690 х 1200 мм.

Робота УПЦЕН управляється станцією управління ПГХ5071 чи ПГХ5072. Причому станція управління ПГХ5071 застосовується при автотрансформаторному живленні ПЕД, а ПГХ5072 - при трансформаторному. Станції ПГХ5071 забезпечують миттєве відключення установки при замиканні струмопровідних елементів на землю. Обидві станції управління забезпечують такі можливості контролю та управління роботою УПЦЕН.

1. Ручне та автоматичне (дистанційне) увімкнення та вимкнення установки.

2. Автоматичне увімкнення установки в режимі самозапуску після відновлення подачі напруги в промисловій мережі.

3. Автоматичну роботу установки на періодичному режимі (відкачування, накопичення) за встановленою програмою із сумарним часом 24 год.

4. Автоматичне увімкнення та вимкнення установки залежно від тиску у викидному колекторі при автоматизованих системах групового збору нафти та газу.

5. Миттєве відключення установки при коротких замиканнях і при навантаженнях за силою струму на 40%, що перевищують нормальний робочий струм.

6. Короткочасне відключення на час до 20 с при перевантаження ПЕД на 20% від номіналу.

7. Короткочасне (20 с) вимкнення при зриві подачі рідини в насос.

Двері шафи станції управління мають механічне блокування із блоком рубильників. Є тенденція до переходу на безконтактні, герметично закриті станції управління з напівпровідниковими елементами, які, як показав досвід їх експлуатації, більш надійні, не піддаються впливу пилу, вологи та опадів.

Станції управління призначені для встановлення в приміщеннях сарайного типу або під навісом (у південних районах) за температури навколишнього середовища від - 35 до +40 °С.

Маса станції близько 160 кг. Розміри 1300 x 850 x 400 мм. У комплект постачання УПЦЕН входить барабан із кабелем, довжина якого визначається замовником.

Під час експлуатації свердловини з технологічних причин глибину підвіски насоса доводиться змінювати. Щоб не рубати і не нарощувати кабель за таких змін підвіски, довжина кабелю береться за максимальною глибиною підвіски даного насоса і при менших глибинах його надлишок залишається на барабані. Цей барабан використовується для намотування кабелю при підйомі ПЦЕН зі свердловин.

При сталості глибини підвіски та стабільних умовах роботи насоса кінець кабелю заправляється в сполучну коробку, і потреба барабана відпадає. У таких випадках при ремонтах використовують спеціальний барабан на транспортному візку або на металевих санях з механічним приводом для постійного і рівномірного підтягування кабелю, що витягується зі свердловини, і намотування його на барабан. При спуску насоса з барабана рівномірно подається кабель. Барабан приводиться в рух електроприводом із реверсом та фрикціоном для запобігання небезпечним натягам. На нафтовидобувних підприємствах з великою кількістю УЕЦН використовують спеціальний транспортувальний агрегат АТЕ-6 на базі вантажного всюдихода КаАЗ-255Б для перевезення кабельного барабана та іншого електроустаткування, у тому числі трансформатора, насоса, двигуна та вузла гідрозахисту.

Для навантаження та розвантаження барабана агрегат забезпечений відкидними напрямками для накочування барабана на платформу та лебідкою з тяговим зусиллям на канаті 70 кН. На платформі є гідрокран вантажопідйомністю 7,5 кН при вильоті стріли 2,5 м. Кабель спущеного насосного агрегату пропускають через сальникові ущільнення гирла і герметизують в ньому за допомогою спеціального роз'ємного герметизуючого фланця в гирловій хрестовині.

Типова арматура гирла свердловини, обладнаної для експлуатації ПЦЕН (рисунок 5), складається з хрестовини 1, яка нагвинчується на колону обсадну.

Малюнок 5 - Арматура гирла свердловини, обладнаної ПЦЕН

У хрестовині є роз'ємний вкладиш 2, що сприймає навантаження від НКТ. На вкладку накладається ущільнення з нафтостійкої гуми 3, яке притискається роз'ємним фланцем 5. Фланець 5 притискається болтами до фланця хрестовини і герметизує виведення кабелю 4.

Арматура передбачає відведення затрубного газу через трубу 6 і зворотний клапан 7. Арматура збирається з уніфікованих вузлів та запірних кранів. Вона порівняно просто перебудовується для обладнання гирла під час експлуатації штанговими насосами.

Найбільш широко поширені у практиці установки електровідцентрових насосів.

Установки занурювальних відцентрових насосів призначені для відкачування

В УЕЦН входять: наземне та підземне обладнання.

У підземне обладнання входять: - Складання електровідцентрового агрегату; - колона насосних труб та кабель.

Наземне обладнання складається з гирлового обладнання, станції керування та трансформатора.

Рис. 1. 1 – двигун; 2 – кабель; 3 – гідрозахист; 4 – насос ЕЦН 5,6 – зворотний та зливний клапани; 7 – гирлове обладнання; 8 – автотрансформатор; 9 – станція управління; 10 - НКТ; 11 – модуль, що всмоктує.

Принцип роботи: Електровідцентровий агрегат спускають у свердловину на НКТ Він складається з трьох основних частин, розташованих на одному вертикальному валу: багатоступінчастого відцентрового насоса, електродвигуна (ПЕД) та протектора, який захищає електродвигун від проникнення в нього рідини та забезпечує тривале мастило насоса та двигуна. Струм для живлення електродвигуна підводиться по плоскому плоскому кабелю, який опускає разом з колоною НКТ і прикріплюють до них тонкими залізними хомутами (поясами).

Трансформатор призначений для компенсації падіння напруги в кабелі, що підводить струм до ПЕД. За допомогою станції керування здійснюють ручне керування двигуном, автоматичне відключення агрегату при припиненні подачі рідини, нульовий захист, захист від перевантаження та відключення агрегату при коротких замиканнях. Під час роботи агрегату відцентровий струм насос всмоктує рідину через фільтр, встановлений на прийомі насоса та нагнітає її насосними трубами на поверхню. Залежно від натиску, тобто. висоти підйому рідини застосовують насоси з різним числом ступенів.

28. Інші види безштангових насосів

Гвинтовий насос – занурювальний насос із приводом від електродвигуна; рідина у насосі переміщається за рахунок обертання ротора-гвинта. Особливо ефективними є насоси цього типу при вилученні зі свердловин нафт з підвищеною в'язкістю.

Гідропоршневий насос – це занурювальний насос, що приводиться в дію потоком рідини, що подається у свердловину з поверхні насосної установки. При цьому свердловину опускають два ряди концентричних труб діаметром 63 і 102 мм. Насос опускають у свердловину всередину труби діаметром 63 мм і тиском рідини притискають до сідла посадкового, що знаходиться в кінці цієї труби. Рідина, що надходить з поверхні, приводить в рух поршень двигуна, а разом з ним і поршень насоса. Поршень насоса відкачує рідину зі свердловини і разом із робочою рідиною подає її міжтрубним простором на поверхню.

Діафрагмовий насос - насос об'ємного типу, в якому зміна об'єму насосної камери відбувається за рахунок деформації однієї з стінок, виконаної у вигляді еластичної пластини - діафрагми. У зв'язку з тим, що рухомі деталі приводного механізму Д. зв. не мають контакту з середовищем, що перекачується, Д. н. застосовується також для відкачування рідин, забруднених абразивними механіч. домішками. Діафрагми виконуються з гуми (включаючи армовану) та ін. Еластичних матеріалів, а також з нержавіючих сплавів. Мають форму (переважно) гофрованої пластини або сильфона.

Установки занурювальних відцентрових насосів призначені для відкачування з

нафтових свердловин, у тому числі і похилих пластової рідини, що містить

нафту, воду та газ, і механічні домішки. Залежно від кількості

різних компонентів, що містяться в рідині, що відкачується, насоси

установок мають виконання звичайне та підвищеної корозійно-зносостійкості.

Давно мріяв написати на папері (надрукувати на комп'ютері) все, що знаю про УЕЦН.
Спробую простою та зрозумілою мовою розповісти про Установку Електро-Центробіжного-Насоса – основний інструмент, яким видобувається 80% усієї нафти в Росії.

Якимось чином вийшло так, що все своє свідоме життя я з ними пов'язаний. З п'яти років почав їздити з батьком по свердловинах. О десятій міг сам відремонтувати будь-яку станцію, у двадцять чотири став інженером на підприємстві, де їх ремонтували, у тридцять – заступником генерального директора, там, де їх роблять. Знань з предмету навалом - поділиться не шкода, тим більше що багато людей мене постійно запитують про те чи інше, що стосується моїх насосів. Загалом і цілому, щоб багато разів не повторювати одне і теж різними словами - напишу один раз, а потім іспити прийматиму;). Так! Будуть слайди без слайдів ніяк.

Що це таке.
УЕЦН - установка електровідцентрового насоса, вона ж безштанговий насос, вона ж ESP, вона ж ті палички і барабанчики. УЕЦН – саме вона (жіночого роду)! Хоча і складається з них (чоловічого роду). Це така спеціальна штука, за допомогою якої доблесні нафтовики (а точніше сервісники для нафтовиків) дістають з-під землі пластову рідину - так ми називаємо ту муляку, яку потім (по проходженні спеціальної обробки) називають будь-якими цікавими словами типу URALS або BRENT. Це цілий комплекс обладнання, щоб зробити який, потрібні знання металурга, металообробника, механіка, електрика, електронника, гідравліка, кабельника, нафтовика і навіть трохи гінеколога та проктолога. Штука досить цікава і незвичайна, хоча придумана багато років тому, і відтоді не дуже змінилася. За великим рахунком, це звичайний насосний агрегат. Незвичайного в ньому те, що він тонкий (найпоширеніший поміщається в свердловину з внутрішнім діаметром 123 мм), довгий (є установки по 70 метрів завдовжки) і працює в таких поганих умовах, в яких складний механізм взагалі не повинен існувати.

Отже, у складі кожної УЕЦН є такі вузли:

ЕЦН (електроцентробіжний насос) - головний вузол - решта його охороняють і забезпечують. Насосу дістається найбільше – але він і робить основну роботу – підйом рідини – життя у нього таке. Насос складається з секцій, а секції зі сходів. Чим більше ступенів – тим більший натиск, який розвиває насос. Чим більший сам ступінь - тим більше дебіт (кількість рідини, що прокачується за одиницю часу). Чим більше дебіт і натиск – тим більше він жере енергії. Все взаємопов'язано. Насоси крім дебіту і напору відрізняються ще габаритом і виконанням - стандартні, зносостійкі, корозіостійкі, зносо-корозіостійкі, зносо-корозіостійкі.

ПЕД (занурювальний електродвигун) Електродвигун другий головний вузол - крутить насос - жере енергію. Це звичайний (в електричному плані) асинхронний електродвигун - тільки тонкий і довгий. У двигуна два головні параметри - потужність та габарит. І знову ж таки є різні виконання стандартний, теплостійкий, корозіостійкий, особливо теплостійкий, і взагалі - не вбивається (начебто). Двигун заповнений спеціальною олією, яка, крім того, що змащує, ще й охолоджує двигун, і до купи компенсує тиск, що чиниться на двигун зовні.

Протектор (ще його називають гідрозахистом) - штука яка стоїть між насосом і двигуном - він у перших - ділить порожнину двигуна заповнену олією від порожнини насоса заповненою пластовою рідиною, передаючи при цьому обертання, а по-друге - вирішує проблему зрівнювання тиску всередині двигуна і зовні ( там взагалі до 400 атм буває, це приблизно як на третині глибини Маріанської западини). Бувають різних габаритів і знову ж таки виконання всякі бла бла бла бла.

Кабель – власне він кабель. Мідний, трижильний. Ще він броньований. Уявляєте? Броньований кабель! Звичайно, він не витримає постріл навіть з Макарова, зате витримає п'ять-шість спусків у свердловину і працюватиме там - досить довго.
Бронювання в нього дещо інше, розраховане скоріше на тертя, ніж на гострий удар - але все-таки. Кабель буває різних перерізів (діаметрів жил), відрізняється бронею (звичайна оцинкована або з нержавіючої сталі), а ще він відрізняється температурною стійкістю. Є кабель на 90, 120, 150, 200 і навіть 230 градусів. Тобто може необмежено довго працювати при температурі вдвічі перевищує температуру кипіння води (зауважте - ми видобуваємо начебто як нафту, а вона дуже навіть не хило горить - але ж треба кабель з теплостійкістю понад 200 градусів - і причому практично повсюдно).

Газосепаратор (або газосепаратор-диспергатор або просто диспергатор, або здвоєний газосепаратор, або навіть здвоєний газосепаратор-диспергатор). Штука, яка відокремлює вільний газ від рідини. точніше, рідина від вільного газу… коротше знижує кількість вільного газу на вході в насос. Часто, дуже часто кількості вільного газу на вході в насос цілком достатньо, щоб насос не працював - тоді ставлять якийсь газостабілізуючий пристрій (назви я перерахував на початку абзацу). Якщо немає необхідності ставити газосепаратор - ставлять вхідний модуль, рідина ж якось повинна потрапляти в насос? Ось. Щось ставлять у будь-якому випадку.. Або модуль, або газик.

ТМС – це свого роду тюнінг. Хто як розшифровує – термоманометрична система, телеметрія. хто як. Правильно (це стара назва - з 80 кудлатих років) - термоманометрична система, так і будемо обзивати - бо майже повністю пояснює функцію пристрою - міряє температуру і тиск - там - прямий внизу - практично в пекло.

Є ще захисні пристрої. Це зворотний клапан (найпоширеніший - КОШ - клапан зворотний кульковий) - щоб рідина не зливалася з труб, коли насос зупинений (підйом стовпа рідини по стандартній трубі може займати кілька годин - як шкода цього часу). А коли потрібно підняти насос - цей клапан заважає - з труб постійно щось ллється, загажуючи все навколо. Для цих цілей є збивний (або зливний) клапан КС – смішна штука – яку щоразу ламають коли піднімають із свердловини.

Все це господарство висить на насосно-компресорних трубах (НКТ – паркани з них роблять дуже часто в навколонафтових містах). Висить у наступній послідовності:
Уздовж НКТ (2-3 кілометри) - кабель, зверху - КС, потім КІШ, потім ЕЦН, потім газик (або вхідний модуль), потім протектор, далі ПЕД, а ще нижче ТМС. Кабель проходить вздовж ЕЦНа, газика та протектора до самої голови двигуна. Еко. Все понад голову коротше. Так ось - від верху ЕЦНа до низу ТМС може бути 70 метрів. і крізь ці 70 метрів проходить вал, і все це обертається… а довкола – велика температура, величезний тиск, дофіга мехпримішок, корозійноактиваня середа.. Бідні насосики…

Усі штуки секційні, секції довжиною не більше 9-10 метрів (інакше як їх у свердловину засунути?) Збирається установка безпосередньо на свердловині: ПЕД, до нього пристібається кабель, протектор, газик, секції насоса, клапана, труби. Так! не забуваємо прикріплювати кабель до всього за допомогою клямс - (такі сталеві пояски спеціальні). Все це мачається в свердловину і довго (сподіваюся) там працює. Що б це все запитати (і якось цим керувати) на землі ставлять трансформатор, що підвищує (ТМПН) і станцію управління.

Ось такою штукою видобувають те, що потім перетворюється на гроші (бензин, дизпаливо, пластмаси та іншу фігню).

Спробуймо розібратися.. як це все влаштовано, як робиться, як вибирати і як використовувати.

Типу. Обладнання УЕЦН складається з занурювальної частини, що спускається в свердловину вертикально на колоні НКТ, і наземної частини з'єднані заглибним силовим кабелем.

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ Установка ЕЦН (схема УЕЦН) частина 1

✪ Запуск установки ЕЦН. Виведення на режим. Частина 2

✪ УЕЦН. Запуск, виведення на режим

✪ Робота станції управління УЕЦН

✪ Послідовність дій під час запуску та виведення на режим свердловини, обладнаної УЕЦН

Субтитри

Занурювальне обладнання УЕЦН

Занурювальна частина обладнання УЕЦН являє собою насосний агрегат вертикально спущений в свердловину на колоні НКТ, що складається з ПЕД (занурювального електродвигуна), вузла гідрозахисту, модуля прийому рідини, самого ЕЦН зворотного клапана, спускного (дренажного) клапана. Корпуси всіх вузлів занурювальної частини УЕЦН є трубами, що мають фланцеві з'єднання для зчленування один з одним, за винятком зворотного і спускного клапанів, які прикручуються до НКТ різьбленням. довжина занурювальної частини у зібраному вигляді може досягати понад 50 метрів. Частиною занурювального обладнання також є занурювальний кабель (КПБП), що являє собою плоский броньований трижильний кабель, довжина його на пряму залежить від глибини спуску занурювальної частини УЕЦН.

ЕЦН

Електровідцентровий насос для видобутку нафти є багатоступінчастою і в загальному випадку багатосекційною конструкцією. Модуль-секція насоса складається з корпусу, валу, пакета щаблів (робочих коліс та напрямних апаратів), верхнього та нижнього радіальних підшипників, осьової опори, головки, основи. Пакет сходів з валом, радіальними підшипниками та осьовою опорою поміщаються в корпусі та затискаються кінцевими деталями. Виконання насосів відрізняються матеріалами робочих органів, корпусних деталей, пар тертя, конструкцією та кількістю радіальних підшипників.

Основні виробники ЕЦН

Вітчизняні виробники

Закордонні виробники

В даний час найбільшими виробниками УЕЦН за кордоном є:

• REDA - США
• Centrilift - США
• ESP - США

В останні роки велику активність виявляють також виробники УЕЦН із Китайської Народної Республіки.

Структура умовного позначення ЕЦН

На сьогоднішній день з освоєнням нових родовищ нафти з ускладненими умовами її видобутку та застосуванням технологій, що підвищують нафтовіддачу пластів на родовищах, що вже експлуатуються, призводить до зменшення міжремонтного періоду експлуатації традиційного нафтовидобувного обладнання, в тому числі і ЕЦН. Цей факт вимагає від виробників збільшення модельного ряду обладнання, що випускається ними, яке може відповідати умовам конкретних свердловин. У зв'язку з чим випускаються нові моделі ЕЦН, що мають конструктивні особливості робочих органів, технологію їх плавки та матеріал, з якого їх виготовляють, розташування осьових та радіальних опор та багато іншого. Всі ці особливості відображені в умовних позначеннях моделі насоса, які кожен виробник формує відповідно до своїх технічних умов, але всі вітчизняні виробники використовують загальну форму для позначення в назві моделі типорозміру обладнання.

Приклад умовного позначення:

ЕЦН 5-125-2150

• Електровідцентровий насос
• Габарит ЕЦН (умовно вказує на мінімальний внутрішній діаметр обсадної колони в дюймах)
• Продуктивність - м³/добу. (Під час роботи установки на частоті змінного струму 50 Гц, частота обертання 2910 оборотів в хвилину з урахуванням ковзання)
• Напір - м (сума напорів всіх ступенів у всіх секціях установки при роботі на частоті змінного струму 50 Гц округляється до 50 метрів)

Деякі виробники використовують наступне позначення ЕЦН-5А-45-1800(3026), де в дужках вказують частоту обертів, при якій повинен експлуатуватися ЕЦН для досягнення заданої продуктивності та напору.

Виробники УЕЦН США використовують іншу структуру позначення своєї продукції, наприклад:

TD-650(242st) або DN-460(366st)

• Літера D вказує на серію, яка визначає габарит корпусу насоса.
• Наступне число вказує продуктивність ЕЦН, що вимірюється в бар. / Добу. при частоті змінного струму 60 Гц
• У дужках вказується кількість робочих щаблів у насосі

ПЕД

У більшості випадків це двигун спеціальної конструкції і являє собою асинхронний, трифазний, двополюсний двигун змінного струму з короткозамкненим ротором. Двигун заповнений малов'язким маслом, яке виконує функцію змащення підшипників ротора та відведення тепла до стінок корпусу двигуна, що омивається потоком свердловинної продукції. ПЕД є приводом ЕЦН, що перетворює електричну енергію, яка подається по кабелю зверху в зону підвіски установки, механічну енергію обертання насосів.

Гідрозахист

Гідрозахист - це пристрій, що служить для захисту від потрапляння пластової рідини в порожнину електродвигуна, компенсації температурного розширення об'єму масла, передачі моменту, що обертає, валу відцентрового насоса. Нижній кінець валу з'єднується з валом (ротором) електродвигуна, верхній кінець - з валом насоса під час монтажу на свердловині. Гідрозахист виконує такі функції:

• зрівнює тиск у внутрішній порожнині двигуна з тиском пластової рідини у свердловині;
• компенсує теплову зміну об'єму масла у внутрішній порожнині двигуна (надлишки масла через клапани викидаються в затрубний простір свердловини);
• захищає внутрішню порожнину двигуна від попадання пластової рідини та витоку олії (роль сальника)
• передає крутний момент валу відцентрового насоса.

Модуль прийому рідини

Пластова рідина надходить до робочих щаблів ЕЦН через приймальні отвори в нижній частині насосного агрегату, для цього в деяких установках в нижній частині нижньої секції ЕЦН є отвори, але в більшості випадків всі установки ЕЦН комплектуються окремим вузлом прийому рідини, який називається приймальний або вхідний модуль. Вал приймального модуля, за допомогою шліцевих муфт, знизу з'єднується з валом гідрозахисту, а зверху з валом нижньої секції ЕЦН, таким чином під час роботи УЕЦН обертання ротора-валу двигуна та гідрозахисту передається через цей вузол насосним секціям. Крім прийому пластової рідини та передачі обертання цей вузол, залежно від конструкції, може фільтрувати пластову рідину від механічної домішки, виконувати роль газостабілізуючого вузла. Відповідно до вищевказаних функцій можна виділити такі групи вузлів прийому рідини:

Приймальний модуль

Найпростіший вузол з перелічених нижче, його основні завдання - прийом пластової рідини в порожнину насоса і передача крутного моменту від ПЕД до ЕЦН . Складається з основи (1) з отворами для проходу пластової рідини та валу (2), отвори закриті приймальною сіткою (3), що перешкоджає їх засміченню. Як правило, довжина приймального модуля не перевищує 500 мм, а діаметр корпусу відповідає діаметру корпусу секцій насоса і так само як і ЕЦН класифікується за габаритом. При монтажі УЕЦН в свердловину приймальний модуль встановлюється між протектором гідрозахисту і нижньою секцією ЕЦН або газостабілізуючим вузлом якщо той виконаний без прийомних отворів, для цього в нижній частині основи є фланець з наскрізними отворами для з'єднання з корпусом протектора, а у верхньому торці в які закручені шпильки для з'єднання з фланцем вузла, що монтується після приймального модуля.

Занурювальний фільтр

Пристрій, що знижує вплив механічних домішок на роботу ЕЦН. Може бути представлена ​​в якості модуля встановлюваного між протектором гідрозахисту і нижньою секцією ЕЦН де вся фільтруюча поверхня пристрою є областю прийому пластової рідини, в цьому випадку занурювальний фільтр має у своїй конструкції вал передає обертання ротора двигуна секціям насоса і крім фільтрації пластової рідини виконує також функції та приймальний модуль. Занурювальний фільтр також може бути модулем, що підвішується нижче всієї установки. У цьому випадку фільтр не є модулем прийому рідини, а є додатковим підвісним обладнанням.

Газосепаратор

Пристрій працює на прийомі насоса, що знижує негативний вплив газового фактора шляхом відділення газової фази з пластової рідини, що видобувається. Пластова рідина через прийомні отвори потрапляє на шнек, що обертається, прискорює її рух, потім проходить через робоче колесо, "збовтує" рідина для дегазації, в сепараційний барабан в якому під дією відцентрових сил більш важкі фази (рідина і механічні домішки). канал переміщаються на рівні насоса, а більш легка газова фаза консолідується по центру барабана і по спеціальному каналу виводиться назовні в затрубний простір свердловини. Газосепаратор в УЕЦН встановлюється місце вхідного модуля та складається з:

• корпуси (труба того ж діаметра як і корпус ЕЦН довжиною 0,5-1 м);
• валу (що отримує обертання ротора двигуна і передає обертання на вали ЕЦН),
• нижньої основи з фланцем для з'єднання з головкою протектора гідрозахисту, підшипником тертя та приймальними отворами,
• верхньої основи з підшипником тертя та вивідними отворами,
• шнека,
• робочого колеса,
• сепаратора.

Газосепаратор дозволяє стабільно працювати насосу при вмісті газу в суміші, що добувається на прийомі до 55%.

Газодиспергатор

Так само як і газосепаратор є пристроєм, що знижує шкідливий вплив газового фактора на роботу ЕЦН, але на відміну від газосепаратора в ньому відбувається не поділ на рідку і газову фазу, а навпаки перемішування газу, що виділився з рідини, в однорідну емульсію при цьому газ не виводиться в затрубний простір .

Зовні ці вузли схожі за винятком відсутності отворів для виведення газу у газодиспергатора, а всередині у нього замість сепаратора набір робочих органів, що збивають добувну суміш.

Свердловинні відцентрові насоси є багатоступінчастими машинами. Це зумовлено насамперед малими значеннями напору, створюваним одним щаблем (робочим колесом і направляючим 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 і розмірами свердловинного обладнання - кабелю, занурювального двигуна і т.д.

Конструкція свердловинного відцентрового насоса може бути звичайною і 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 розміщуватись 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 на свердловині та виготовлення корпусу.

Високонапірні насоси складаються з декількох 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. Прийому сітку має тільки нижня секція. Ловильну головку - тільки верхня секція насоса. Секції високонапірних насосів можуть мати довжину меншу, 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 і вхідного модуля з газосепаратором) ущільнюють гумовими кільцями. З'єднання валів модулів-секцій між собою, модуля-секції з валом вхідного модуля, валу вхідного модуля з валом гідрозахисту двигуна здійснюють за допомогою муфт шліцевих.

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

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

Напірна характеристика ЕЦН, як видно на наведених вище малюнках, може бути як із лівою гілкою, що западає, характеристики (малодебітні насоси), моно-тонно падаючої (в основному для середньодебітних установок), так і зі змінним знаком похідною. Таку характеристику в основному мають високо дебітні насоси.

Потужні характеристики практично всіх ЕЦН мають мінімум при нульовій подачі (так званий режим закритої засувки), що обумовлює застосування зворотного клапана в колоні НКТ над насосом.

Робоча частина характеристики ЕЦН, рекомендована фірмами-виробниками, дуже часто не збігається з робочою частиною характеристик, що визначається загальними методиками насособудування. В останньому випадку межами робочої частини характеристики є величини подач (0,7-0,75) Q oі (1,25-1,3Q 0 де Q 0 - подача насоса в оптимальному режимі роботи, тобто при максимальному значенні ККД.

Занурювальні електродвигуни

Занурювальний електричний двигун (ПЕД) - двигун спеціальної конструкції і є асинхронним двополюсним двигуном змінного струму з короткозамкненим ротором. Двигун заповнений малов'язкою олією, яка виконує функцію змащення підшипників ротора, відведення тепла до стінок корпусу двигуна, що омивається потоком свердловинної продукції.

Верхній кінець валу електродвигуна підвішено на п'ятому ковзанні. Ротор секційний двигуна; секції зібрані на валу двигуна, виготовлені з пластин трансформаторного заліза і мають пази, в які вставлені алюмінієві стрижні, закорочені з обох боків секції струмопровідними кільцями. Між секціями вал спирається на підшипники. По всій довжині вал електродвигуна має отвір для циркуляції олії всередині двигуна, що здійснюється також через паз статора. У нижній частині двигуна є масляний фільтр.

Довжина та діаметр двигуна визначають його потужність. Швидкість обертання валу ПЕД залежить від частоти струму; при частоті змінного струму 50 Гц синхронна швидкість становить 3000 об/хв. Занурювальні електродвигуни маркуються із зазначенням потужності (в кВт) і зовнішнього діаметра корпусу (мм), наприклад, ПЕД 65-117 - занурювальний електродвигун потужністю 65 кВт і зовнішнім діаметром 117 мм. Необхідна потужність електродвигуна залежить від подачі і напору занурювального центробежного насоса і може досягати сотень кВт.

Сучасні занурювальні електродвигуни комплектуються системами датчиків тиску, температури та інших параметрів, що фіксуються на глибині спуску агрегату, з передачею сигналів по електричному кабелю на поверхню (станцію управління).

Двигуни потужністю понад 180 кВт діаметром 123 мм, понад 90 кВт діаметром 117 мм, 63 кВт діаметром 103 мм та потужністю 45 кВт діаметром 96 мм - секційні.

Секційні двигуни складаються з верхньої та нижньої секцій, які з'єднуються при монтажі двигуна на свердловині. Кожна секція складається із статора та ротора, пристрій яких аналогічно односекційному електродвигуну. Електричне з'єднання секцій між собою послідовне, внутрішні і здійснюється за допомогою 3-х наконечників. Герметизація з'єднання забезпечується ущільненням під час стикування секцій.

Для збільшення подачі і напору робочого ступеня центробежного насоса застосовують регулятори частоти обертання. Регулятори частоти обертання дозволяють перекачувати середовище в ширшому діапазоні обсягів, ніж це можливо при постійній швидкості, а також здійснювати плавний контрольований запуск запуску асинхронного двигуна з обмеженням пускових струмів на заданому рівні. Це підвищує надійність УЕЦН за рахунок зниження електричних навантажень на кабель і обмотку двигуна при запуску установок, а також покращує умови роботи пласта при пуску свердловини. Обладнання дозволяє також у комплекті із встановленою в УЕЦН системою телеметрії підтримувати заданий динамічний рівень у свердловині.

Одним з методів регулювання частоти обертання ротора УЕЦН є регулювання частоти живильного занурювального двигуна електроструму.

Обладнанням для забезпечення цього методу регулювання оснащені станції управління російського виробництва СУРС-1 та ІРБІ 840.

Гідрозахист

Для збільшення працездатності занурювального електродвигуна велике значення має надійна робота його гідро-захисту, що оберігає електродвигун від попадання в його внутрішню порожнину пластової рідини і компенсує зміну об'єму масла в двигуні при його нагріванні та охолодженні, а також при витоку масла через негерметичні елементи конструкції. Пластова рідина, потрапляючи в електродвигун, знижує ізоляційні властивості олії, проникає через ізоляцію обмотувальних проводів і призводить до короткого замикання обмотки. Крім того, погіршується мастило підшипників валу двигуна.

В даний час на промислах Російської Федерації широко поширена гідрозахист типу Г.

Гідрозахист типу Г складається з двох основних складальних одиниць: протектора та компенсатора.

Основний обсяг вузла гідрозахисту, що формується еластичним мішком, заповнений рідким маслом. Через зворотний клапан зовнішня поверхня мішка приймає тиск свердловини на глибині спуску занурювального агрегату. Таким чином, всередині еластичного мішка, заповненого рідким маслом, тиск дорівнює тиску занурення. Для створення надлишкового тиску всередині цього мішка на вал протектора є турбінка. Рідка олія через систему каналів під надлишковим тиском надходить у внутрішню порожнину електродвигуна, що запобігає попаданню свердловинної продукції всередину електродвигуна.

Компенсатор призначений для компенсації об'єму масла всередині двигуна при зміні температурного режиму електродвигуна (нагрівання і охолодження) і являє собою еластичний мішок, заповнений рідким маслом і розташований в корпусі. Корпус компенсатора має отвори, що повідомляють зовнішню поверхню мішка зі свердловиною. Внутрішня порожнина мішка пов'язана з електродвигуном, а зовнішня зі свердловиною.

При охолодженні олії об'єм його зменшується, і свердловинна рідина через отвори в корпусі компенсатора входить у зазор між зовнішньою поверхнею мішка та внутрішньою стінкою корпусу компенсатора, створюючи тим самим умови повного заповнення внутрішньої порожнини занурювального електродвигуна олією. При нагріванні масла в електродвигуні обсяг його збільшується, і масло перетікає у внутрішню порожнину мішка компенсатора; при цьому свердловинна рідина із зазору між зовнішньою поверхнею мішка та внутрішньою поверхнею корпусу видавлюється через отвори в свердловину.

Усі корпуси елементів занурювального агрегату з'єднуються між собою фланцями зі шпильками. Вали занурювального насоса, вузла гідрозахисту та занурювального електродвигуна з'єднуються між собою шліцевими муфтами. Таким чином, занурювальний агрегат УЕЦН є комплексом складних електричних, механічних і гідравлічних пристроїв високої надійності, що вимагає від персоналу високої кваліфікації.

Зворотний та спускний клапани

Зворотний клапан служить для запобігання зворотному обертанню (турбінний режим) ротора насоса під впливом стовпа рідини в колоні НКТ при зупинках та полегшення повторного запуску насосного агрегату. Зупинки занурювального агрегату відбуваються з багатьох причин: відключення електроенергії при аварії на силовій лінії; відключення через спрацювання захисту ПЕД; відключення під час періодичної експлуатації тощо. При зупинці (знеструмленні) занурювального агрегату стовп рідини з НКТ починає стікати через насос у свердловину, розкручуючи вал насоса (а отже, і вал занурювального електродвигуна) у зворотному напрямку.

Якщо цей період відновлюється подача електроенергії, ПЕД починає обертатися у напрямі, долаючи величезну силу. Пусковий струм ПЕД у цей час може перевищити допустимі межі, і, якщо не спрацює захист, електродвигун виходить з ладу. Спускний клапан призначений для зливу рідини з колони НКТ під час підйому насосного агрегату зі свердловини. Зворотний клапан увімкнений в модуль-головку насоса, а спускний - в корпус зворотного клапана. Допускається встановлювати клапани вище насоса залежно від значення газоутримання у сітки вхідного модуля насоса.

При цьому клапани повинні розташовуватися нижче зростки основного кабелю з подовжувачем, так як в іншому випадку поперечний габарит насосного агрегату буде перевищувати допустимий.

Зворотні клапани насосів 5 і 5А розраховані на будь-яку подачу групи 6 - на подачу до 800 м 3 /сут включно. Конструктивно вони однакові і мають різьблення муфти та насосно-компресорної гладкої труби діаметром 73 мм. Зворотний клапан для насосів групи 6, розрахований на подачу понад 800 м 3 /сут, має різьблення муфти та НКТ гладкої труби діаметром 89 мм.

Спускні клапани мають такі ж виконання з різьбленням, як і зворотні. В принципі спускний клапан - це муфта, в бічну стінку якої вставлено горизонтально коротку бронзову трубку (штуцер), запаяну з внутрішнього кінця. Отвір в цьому клапані розкривають за допомогою металевого стрижня діаметром 35 мм і довжиною 650 мм, що скидається в трубу з поверхні. Стрижень, ударяючись об штуцер, відламує його в місці надрізу і відкриває отвір у клапані.

Внаслідок цього рідина перетікає в експлуатаційну колону. Застосування такого клапана не рекомендується, якщо в установці використовують скребок для очищення труб від парафіну. При обриві дроту, де спускається скребок, він па-дает і ламає штуцер, відбувається мимовільний перепуск рідини в свердловину, що призводить до необхідності підйому агрегату. Тому застосовують спускні клапани та інших типів, що приводяться в дію за рахунок підвищення тиску в трубах, без спуску металевого стрижня.

Трансформатори

Трансформатори призначені для живлення установок занурювальних відцентрових насосів від мережі змінного струму напругою 380 або 6000 В частотою 50 Гц. Трансформатор підвищує напругу, щоб двигун на введенні в обмотку мав задану номінальну напругу. Робоча напруга двигунів становить 470-2300 В. Крім того, враховується зниження напруги у довгому кабелі (від 25 до 125 В/км).

Трансформатор складається з магнітопроводу, обмоток високої напруги (ВН) і низької напруги (ПН), бака, кришки з вводами і розширювача з повітроосушувачем, перемикача. Трасформатори виконуються з природним масляним охолодженням. Вони призначені для встановлення на відкритому повітрі. На високій стороні обмоток трансформатора є 5-10 відгалужень, що забезпечують подачу оптимальної напруги на електродвигун. Олія, що заповнює трансформатор, має пробивну напругу 40 кВ.

Станція керування

Станція управління призначена для управління роботою та захисту У ЕЦН і може працювати в ручному та автоматичному режимах. Станція оснащена необхідними контрольно-вимірювальними системами, автоматами, реле (максимальні, мінімальні, проміжні реле часу і т.п.). У разі виникнення нештатних ситуацій спрацьовують відповідні системи захисту, і установка відключається.

Станція управління виконана в металевому ящику, може встановлюватися на відкритому повітрі, але часто розміщується у спеціальній будці.

Кабельні лінії

Кабельні лінії призначені для подачі електроенергії з поверхні землі (від комплектних пристроїв та станцій управління) до занурювального електродвигуна.

До них пред'являються досить жорсткі вимоги - малі електричні втрати, малі діаметральні габарити, хороші діелектричні властивості ізоляції, термостійкість до низьких і високих температур, хороша опірність пластової рідини і газу і т.д.

Кабельна лінія складається з основного кабелю живлення (круглого або плоского) і з'єднаного з ним плоского кабелю-подовжувача з муфтою кабельного введення.

З'єднання основного кабелю з кабелем-подовжувачем забезпечується нероз'ємною сполучною муфтою (росткою). За допомогою зростки можуть бути з'єднані також ділянки основного кабелю для отримання необхідної довжини.

Кабельна лінія на основній довжині найчастіше має перетин кругле або близьке до трикутного.

Для скорочення діаметра занурювального агрегату (кабель+відцентровий насос) нижня частина кабелю має плоский переріз.

Кабель випускається з полімерною ізоляцією, яка накладається на жили кабелю в два шари. Три ізольовані жили кабелю з'єднуються разом, накриваються запобіжною підкладкою під броню і металевою бронею. Металева стрічка броні оберігає ізоляцію жил від механічних пошкоджень при зберіганні та роботі, в першу чергу - при спуску та підйомі обладнання.

У минулому броньований кабель випускався з гумовою ізоляцією та захисним гумовим шлангом. Однак у свердловині гума насичувалась газом і при підйомі кабелю на поверхню газ розривав гуму та броню кабелю. Застосування пластмасової ізоляції кабелю дозволило істотно знизити цей недолік.

У занурювального двигуна кабельна лінія закінчується штепсельною муфтою, яка забезпечує герметичні з'єднання з обмоткою статора двигуна.

Верхній кінець кабельної лінії проходить через спеціальний пристрій в обладнанні гирла свердловини, яким забезпечується герметичність затрубного простору, і з'єднується через клемну коробку з електричною лінією станції управління або комплектного пристрою. Клемна коробка призначена для попередження попадання нафтового газу з порожнини кабельної лінії трансформаторні підстанції, комплектні пристрої та шафи станцій управління.

Кабельна лінія в стані транспортування та зберігання розташовується на спеціальному барабані, що використовується також при спусках і підйомах установок на свердловинах, профілактичних і ремонтних роботах з кабельною лінією.

Вибір конструкцій кабельних ліній залежить від умов експлуатації установок ЕЦН, в першу чергу, від температури свердловинної продукції. Часто крім пластової температури використовується розрахункова величина зниження цієї температури за рахунок температурного градієнта, а також підвищення температури навколишнього середовища і самого свердловинного агрегату за рахунок нагрівання занурювального електродвигуна та відцентрового насоса. Підвищення температури може бути значним і становити 20-30 °С. Іншим критерієм вибору конструкції кабелю є температура навколишнього повітря, яка впливає на працездатність та довговічність ізоляційних матеріалів кабельних ліній.

Важливими факторами, що впливають на вибір конструкції кабелю, є властивості пластового флюїду - корозійна активність, обводненість, газовий фактор.

Для збереження цілісності кабелю та його ізоляції під час спускопідйомних операцій необхідно кабель фіксувати на колоні. НКТ. При цьому необхідно застосовувати фіксуючі пристрої поблизу ділянки зміни діаметра колони, тобто. біля муфти чи висадки під різьблення. При фіксації кабелю необхідно стежити за тим, щоб кабель щільно прилягав до труб, а у разі застосування плоского кабелю треба стежити за тим, щоб кабель не був перекручений.

Найпростішими пристроями для кріплення кабелів до насосно-компресорних труб (НКТ) та вузлів занурювального насосного агрегату УЕЦН є металеві пояси з пряжками або скоби.

Кріплення кабелю-подовжувача до вузлів занурювального агрегату (занурювального насоса, протектора та двигуна) здійснюється у місцях, зазначених у посібниках з експлуатації даного виду обладнання; кріплення кабелю-подовжувача та основного кабелю до НКТ здійснюється по обидва боки кожної муфти НКТ на відстані 200-250 мм від верхнього та нижнього торців муфти

Експлуатація установок УЕЦН в похило- і криволінійних свердловинах зажадала створення пристосувань для кріплення кабелів та захисту їх від механічних пошкоджень.

Російським підприємством ЗАТ "Іжспецтехнологія" (м. Іжевськ) розроблено та виробляються захисні пристрої (ЗУ), що складаються з корпусу та механічних замків (рис. 6.9).

Даний пристрій встановлюється на муфті НКТ і має наступні технічні особливості:

Забезпечує просту та надійну фіксацію (осьову та радіальну) на НКТ;

Надійно утримує та захищає кабель, у тому числі в аварійних ситуаціях;

Не має збірно-розбірних елементів (гвинтів, гайок, шплінтів та ін.), що виключає їх попадання в свердловину при монтажі та спуско-підйомних операціях;

Передбачає багаторазове використання;

Монтаж пристрою не потребує слюсарно-монтажного інструменту.

Серед провідних фірм світу найбільший досвід у розробці, виробництві та експлуатації захисних пристроїв для кабелів має фірма Lasalle (Шотландія) (рис. 6.10).

Ціліснометалеві литі протектори Lasalle відрізняють наступні характеристики:

Швидкість та простота монтажу;

Придатність до експлуатації у високосірчистому свердловинному середовищі;

Відсутність незакріплених елементів, які можуть впасти в свердловину;

Можливість багаторазового використання.

Фірма Lasalle пропонує протектори для захисту основного кабелю (плоського і круглого) і кабелю-подовжувача на ділянках колони НКТ, занурювального агрегату установки, зворотного та спускного клапанів.