Електрическа центробежна помпа. Електрически центробежни помпи. Работен ред

Сондажните центробежни помпи са многостъпални машини. Това се дължи основно на ниските стойности на налягането, създадени от един етап (работно колело и направляваща лопатка). От своя страна, малките стойности на налягането на един етап (от 3 до 6-7 m воден стълб) се определят от малките стойности на външния диаметър на работното колело, ограничени от вътрешния диаметър на корпуса и размерите на използваното сондажно оборудване - кабел, потопяем двигател и др.

Конструкцията на сондажна центробежна помпа може да бъде конвенционална и устойчива на износване, както и с повишена устойчивост на корозия. Диаметрите и съставът на компонентите на помпата са основно еднакви за всички версии на помпата.

Конвенционалната центробежна помпа в дупки е проектирана да извлича течност от кладенец с водно съдържание до 99%. Механичните примеси в изпомпваната течност не трябва да надвишават 0,01 масови% (или 0,1 g / l), докато твърдостта на механичните примеси не трябва да надвишава 5 точки по Mohs; сероводород - не повече от 0,001%. Съгласно техническите спецификации на производителя съдържанието на свободен газ на входа на помпата не трябва да надвишава 25%.

Устойчивата на корозия центробежна помпа е проектирана да работи, когато изпомпвания пластов флуид съдържа сероводород до 0,125% (до 1,25 g/l). Устойчивият на износване дизайн ви позволява да изпомпвате течности, съдържащи механични примеси до 0,5 g/l.

Стъпалата се поставят в отвора на цилиндричното тяло на всяка секция. Една помпена секция може да побере от 39 до 200 степени в зависимост от монтажната им височина. Максималният брой степени в помпите достига 550 броя.

Ориз. 6.2. Диаграма на центробежната помпа в сондажа:

1 - пръстен със сегменти; 2,3 - гладки шайби; 4,5 - амортисьорни шайби; 6 - горна опора; 7 - долна опора; 8 - опорен пружинен пръстен на вала; 9 - дистанционна втулка; 10 -основа; 11 - шлицов съединител.

Модулни ESP

За да се създадат сондажни центробежни помпи с високо налягане, е необходимо да се инсталират много степени (до 550) в помпата. Те обаче не могат да бъдат поставени в един корпус, тъй като дължината на такава помпа (15-20 m) усложнява транспортирането, монтажа в кладенеца и производството на корпуса.

Помпите за високо налягане се състоят от няколко секции. Дължината на тялото във всяка секция е не повече от 6 m, частите на тялото на отделните секции са свързани с фланци с болтове или шпилки, а валовете с шлицови съединители. Всяка помпена секция има горна опора за аксиален вал, вал, опори за радиален вал и стъпала. Само долната секция има приемна мрежа. Риболовна глава - само горната част на помпата. Секциите на помпата за високо налягане могат да бъдат с дължина по-къса от 6 m (обикновено дължината на тялото на помпата е 3,4 и 5 m), в зависимост от броя на стъпалата, които трябва да бъдат поставени в тях.


Помпата се състои от входен модул (Фиг. 6.4), секционен модул (секционни модули) (Фиг. 6.3), главен модул (Фиг. 6.3), възвратни и дренажни клапани.

Възможно е да се намали броят на модулните секции в помпата, съответно оборудвайки потопяемия агрегат с двигател с необходимата мощност.

Връзките между модулите и входния модул към двигателя са фланцови. Връзките (с изключение на връзката на входния модул към двигателя и входния модул към газовия сепаратор) са уплътнени с гумени пръстени. Свързването на валовете на модулните секции един с друг, модулната секция с вала на входния модул, валът на входния модул с хидравличния защитен вал на двигателя се осъществява с помощта на шлицови съединители.

Унифицирани са валовете на модулните секции на всички групи помпи, които имат еднакви дължини на корпуса 3,4 и 5 m. За да предпазите кабела от повреда по време на повдигане, подвижните стоманени ребра са разположени върху основите на секционния модул и главния модул. Конструкцията на помпата позволява без допълнителен демонтаж използването на помпен газосепараторен модул, който се монтира между входния модул и секционния модул.

Техническите характеристики на някои стандартни размери на ESP за производство на нефт, произведени от руски компании съгласно технически спецификации, са представени в таблица 6.1 и фиг. 6.6.

Характеристиката на налягането на ESP, както може да се види на фигурите по-горе, може да бъде или с падащ ляв клон на характеристиката (помпи с нисък дебит), монотонно падаща (главно за инсталации със среден дебит), или с променлив знак на производното. Помпите с голям дебит обикновено имат тази характеристика.

Енергийните характеристики на почти всички ESP имат минимум при нулев поток (т.нар. „режим на затворен клапан“), което налага използването на възвратен клапан в тръбната колона над помпата.

Работната част на характеристиките на ESP, препоръчана от производителите, много често не съвпада с работната част на характеристиките, определени от общите методи за конструиране на помпата. В последния случай границите на работната част на характеристиката са стойностите на захранването в (0,7-0,75) Q oи (1,25-1,3Q 0, където Q 0 е дебитът на помпата в оптимален режим на работа, т.е. при максимална стойност на ефективност.

Потопяеми двигатели

Потопяемият електродвигател (SEM) е специално проектиран двигател и представлява асинхронен двуполюсен AC двигател с ротор с катерица. Двигателят е напълнен с масло с нисък вискозитет, което изпълнява функцията за смазване на лагерите на ротора и отстраняване на топлината към стените на корпуса на двигателя, измити от потока от продукти от кладенеца.

Горният край на вала на електродвигателя е окачен на плъзгащата се пета. Роторът на двигателя е секционен; секциите са монтирани върху вала на двигателя, изработени от плочи от трансформаторно желязо и имат жлебове, в които са вкарани алуминиеви пръти, съединени накъсо от двете страни на секцията с проводящи пръстени. Между секциите валът лежи върху лагери. По цялата си дължина валът на електродвигателя има отвор за циркулация на маслото вътре в двигателя, която също се осъществява през жлеба на статора. В долната част на двигателя има маслен филтър.

Дължината и диаметърът на двигателя определят неговата мощност. Скоростта на въртене на вала на двигателя зависи от честотата на тока; при AC честота от 50 Hz, синхронната скорост е 3000 rpm. Потопяемите електродвигатели са маркирани с индикация за мощност (в kW) и външен диаметър на корпуса (mm), например PED 65-117 е потопяем електродвигател с мощност 65 kW и външен диаметър 117 mm . Необходимата мощност на електродвигателя зависи от дебита и налягането на потопяемата центробежна помпа и може да достигне стотици kW.

Съвременните потопяеми електродвигатели са оборудвани със сензорни системи за налягане, температура и други параметри, регистрирани на дълбочината на спускане на агрегата, като сигналите се предават по електрически кабел на повърхността (станция за управление).

Секционни са двигатели с мощност над 180 kW с диаметър 123 mm, над 90 kW с диаметър 117 mm, 63 kW с диаметър 103 mm и мощност 45 kW с диаметър 96 mm.

Секционните двигатели се състоят от горна и долна секции, които са свързани, когато двигателят е монтиран в кладенеца. Всяка секция се състои от статор и ротор, чиято структура е подобна на едносекционен електродвигател. Електрическото свързване на секциите една към друга е последователно, вътрешно и се осъществява с помощта на 3 накрайника. Уплътнението на връзката се осигурява от уплътнение при съединяване на секциите.

За увеличаване на потока и налягането на работния етап на центробежна помпа се използват регулатори на скоростта. Контролерите на скоростта позволяват изпомпването на средата в по-широк диапазон от обеми, отколкото е възможно при постоянна скорост, както и за извършване на плавен контролиран старт на потопяем асинхронен двигател с ограничаване на стартовите токове на дадено ниво. Това повишава надеждността на ESP чрез намаляване на електрическите натоварвания на кабела и намотката на двигателя при пускане на инсталациите, а също така подобрява условията на работа на пласта при пускане на кладенеца. Оборудването също така позволява, в комбинация с телеметричната система, инсталирана в ESP, да поддържа зададено динамично ниво в кладенеца.

Един от методите за регулиране на скоростта на ротора на ESP е регулирането на честотата на електрическия ток, захранващ потопяемия двигател.

Произведените в Русия контролни станции SURS-1 и IRBI 840 са оборудвани с оборудване за поддържане на този метод на управление.

Защита на водата

За повишаване на производителността на потопяем електродвигател е от голямо значение надеждната работа на неговата хидравлична защита, която предпазва електродвигателя от навлизане на пластов флуид във вътрешната му кухина и компенсира промените в обема на маслото в двигателя при нагряване и охладени, както и при изтичане на масло през конструкции на спукани елементи. Течността от резервоара, влизаща в електродвигателя, намалява изолационните свойства на маслото, прониква в изолацията на проводниците на намотката и води до късо съединение в намотката. Освен това се влошава смазването на лагерите на вала на двигателя.

В момента хидравличната защита тип G се използва широко в полетата на Руската федерация.

Хидравличната защита тип G се състои от две основни монтажни единици: протектор и компенсатор.

Основният обем на хидравличния защитен блок, образуван от еластична торба, е пълен с течно масло. Чрез възвратен клапан външната повърхност на торбата възприема налягането на продукцията на кладенеца на дълбочината на спускане на потопяемия модул. По този начин, вътре в еластичната торба, пълна с течно масло, налягането е равно на налягането при потапяне. За да създадете излишно налягане вътре в тази торба, има турбина на вала на протектора. Течното масло през система от канали под свръхналягане навлиза във вътрешната кухина на електродвигателя, което предотвратява навлизането на продукти от кладенеца в електродвигателя.

Компенсаторът е предназначен да компенсира обема на маслото вътре в двигателя при промяна на температурния режим на електродвигателя (отопление и охлаждане) и представлява еластична торба, пълна с течно масло и разположена в корпуса. Тялото на компенсатора има отвори, свързващи външната повърхност на торбата с кладенеца. Вътрешната кухина на торбата е свързана с електрическия мотор, а външната кухина е свързана с кладенеца.

Тъй като маслото се охлажда, обемът му намалява и течността от кладенеца през отвори в корпуса на компенсатора навлиза в междината между външната повърхност на торбата и вътрешната стена на корпуса на компенсатора, като по този начин създава условия за пълно запълване на вътрешната кухина на потопяемия електродвигател с масло. Когато маслото в електродвигателя се нагрее, неговият обем се увеличава и маслото се влива във вътрешната кухина на компенсаторната торба; в този случай течността от кладенеца от пролуката между външната повърхност на торбата и вътрешната повърхност на корпуса се изстисква през отворите в кладенеца.

Всички корпуси на елементите на потопяемия агрегат са свързани помежду си чрез фланци с шпилки. Валовете на потопяемата помпа, хидравличната защита и потопяемия електродвигател са свързани помежду си чрез шлицови съединители. По този начин потопяемият блок ESP е комплекс от сложни електрически, механични и хидравлични устройства с висока надеждност, което изисква висококвалифициран персонал.

Възвратни и изпускателни вентили

Възвратният клапан служи за предотвратяване на обратно въртене (режим на турбина) на ротора на помпата под въздействието на течния стълб в тръбната колона по време на спиране и за улесняване на повторното стартиране на помпения агрегат. Спирането на потопяемия агрегат възниква по много причини: прекъсване на електрозахранването поради авария на електропровода; изключване поради активиране на защитата на двигателя; изключване при периодична работа и др. Когато потопяемият модул е ​​спрян (без захранване), колона от течност от тръбата започва да тече през помпата в кладенеца, завъртайки вала на помпата (и следователно вала на потопяемия двигател) в обратна посока.

Ако захранването се възстанови през този период, двигателят започва да се върти в посока напред, преодолявайки огромна сила. Стартовият ток на двигателя в този момент може да надхвърли допустимите граници и ако защитата не работи, електрическият двигател се повреди. Дренажният клапан е проектиран да източва течност от тръбната колона при повдигане на помпения агрегат от кладенеца. Възвратният клапан се завинтва в модула на главата на помпата, а дренажният клапан се завинтва в тялото на възвратния клапан. Разрешено е да се монтират вентили над помпата в зависимост от съдържанието на газ в решетката на входния модул на помпата.

В този случай вентилите трябва да бъдат разположени под снаждането на главния кабел с удължителния кабел, тъй като в противен случай напречният размер на помпения агрегат ще надвиши допустимия.

Възвратните клапани на помпи 5 и 5А са предназначени за всякакъв дебит, група 6 - за дебит до 800 m 3 /ден включително. Конструктивно те са идентични и имат резбов съединител и гладка тръба помпа-компресор с диаметър 73 mm. Възвратният клапан за помпи от група 6, проектиран за дебит над 800 m 3 /ден, има съединителна резба и гладка тръбна тръба с диаметър 89 mm.

Изпускателните клапани имат същите конструкции на резба като възвратните клапани. По принцип дренажният вентил е съединител, в страничната стена на който е вкарана хоризонтално къса бронзова тръба (фитинг), уплътнена във вътрешния край. Отворът в този клапан се отваря с помощта на метален прът с диаметър 35 mm и дължина 650 mm, пуснат в тръбата от повърхността. Прътът, удряйки фитинга, го отчупва в точката на среза и отваря дупка във вентила.

В резултат на това течността се влива в производствения низ. Не се препоръчва използването на такъв дренажен вентил, ако инсталацията използва свинче за почистване на парафин от тръби. Ако жицата, върху която е спуснат скреперът, се счупи, тя падне и счупи фитинга, възниква спонтанен байпас на течност в кладенеца, което води до необходимостта от повдигане на уреда. Поради това се използват други видове изпускателни клапани, задействани чрез увеличаване на налягането в тръбите, без освобождаване на метален прът.

Трансформърс

Трансформаторите са предназначени за захранване на потопяеми центробежни помпени инсталации от мрежа с променлив ток с напрежение 380 или 6000 V с честота 50 Hz. Трансформаторът увеличава напрежението, така че двигателят на входа на намотката да има определено номинално напрежение. Работното напрежение на двигателите е 470-2300 V. Освен това се отчита намаляването на напрежението в дълъг кабел (от 25 до 125 V/km).

Трансформаторът се състои от магнитна сърцевина, намотки за високо напрежение (HV) и ниско напрежение (LV), резервоар, капак с входове и разширител с въздушен изсушител и превключвател. Трансформаторите се произвеждат с естествено маслено охлаждане. Предназначени са за монтаж на открито. От високата страна на намотките на трансформатора има 5-10 крана, които осигуряват оптимално напрежение на електродвигателя. Маслото, запълващо трансформатора, има пробивно напрежение 40 kV.

Контролна станция

Контролната станция е предназначена да контролира работата и защитава ESP и може да работи в ръчен и автоматичен режим. Станцията е оборудвана с необходимите контролно-измервателни системи, автомати, всички видове релета (максимално, минимално, междинно време и др.). При възникване на аварийни ситуации се задействат съответните системи за защита и инсталацията се изключва.

Контролната станция е изработена в метална кутия и може да се монтира на открито, но често се намира в специална кабина.

Кабелни линии

Кабелните линии са предназначени да доставят електричество от повърхността на земята (от комплектни устройства и контролни станции) до потопяем електродвигател.

Към тях се предявяват доста строги изисквания - ниски електрически загуби, малки диаметрални размери, добри диелектрични свойства на изолацията, топлоустойчивост на ниски и високи температури, добра устойчивост на пластов флуид и газ и др.

Кабелната линия се състои от главен захранващ кабел (кръгъл или плосък) и плосък удължителен кабел, свързан към него с втулка за кабелен вход.

Свързването на главния кабел с удължителния кабел се осигурява чрез съединител от една част (сплайс). Снажданията могат да се използват и за свързване на секции от главния кабел, за да се получи необходимата дължина.

Основната дължина на кабелната линия най-често има кръгло или близко до триъгълно напречно сечение.

За да се намали диаметърът на потопяемия модул (кабел + центробежна помпа), долната част на кабела има плоско напречно сечение.

Кабелът се произвежда с полимерна изолация, която се полага върху жилата на кабела в два слоя. Три изолирани кабелни жила са свързани заедно и покрити със защитна броня и метална броня. Металната бронирана лента предпазва изолацията на жилата от механични повреди по време на съхранение и работа, предимно при спускане и повдигане на оборудване.

В миналото бронираният кабел се е произвеждал с гумена изолация и защитен гумен маркуч. В кладенеца обаче гумата се насити с газ и когато кабелът се издигна на повърхността, газът разкъса гумата и бронята на кабела. Използването на пластмасова кабелна изолация значително намали този недостатък.

За потопяем двигател кабелната линия завършва с щепселна връзка, която осигурява запечатана връзка към намотката на статора на двигателя.

Горният край на кабелната линия преминава през специално устройство в оборудването на устието на кладенеца, което осигурява херметичността на пръстена и се свързва чрез клемна кутия към електрическата линия на контролната станция или цялото устройство. Клемната кутия е предназначена да предотврати навлизането на нефтен газ в кухината на кабелната линия в трансформаторни подстанции, комплектни устройства и шкафове на контролни станции.

Кабелната линия в състояние на транспортиране и съхранение е разположена на специален барабан, който също се използва за спускане и повдигане на инсталации в кладенци, превантивни и ремонтни работи по кабелната линия.

Изборът на дизайн на кабелна линия зависи от условията на работа на ESP инсталациите, предимно от температурата на продукта от кладенеца. Често, в допълнение към температурата на резервоара, се използва изчислената стойност за намаляване на тази температура поради температурния градиент, както и повишаване на температурата на околната среда и самата сондажна единица поради нагряване на потопяем електродвигател и центробежна помпа. Повишаването на температурата може да бъде доста значително и да достигне 20-30 °C. Друг критерий за избор на дизайн на кабела е температурата на околната среда, която влияе върху производителността и издръжливостта на изолационните материали на кабелните линии.

Важни фактори, влияещи върху избора на дизайн на кабела, са свойствата на пластовия флуид - корозионна активност, обводненост, газов фактор.

За да се запази целостта на кабела и неговата изолация по време на повдигане, е необходимо кабелът да се фиксира върху колоната. NKT. В този случай е необходимо да се използват фиксиращи устройства в близост до зоната, където се променя диаметърът на колоната, т.е. близо до съединителя или кацането на резбата. Когато фиксирате кабела, трябва да се уверите, че кабелът приляга плътно към тръбите, а в случай на използване на плосък кабел, трябва да се уверите, че кабелът не е усукан.

Най-простите устройства за закрепване на кабели към тръби и потопяеми помпени агрегати на ESP са метални колани с катарами или скоби.

Удължителният кабел се закрепва към компонентите на потопяемия агрегат (потопяема помпа, протектор и двигател) на местата, посочени в ръководството за експлоатация на този тип оборудване; Удължителният кабел и основният кабел се закрепват към тръбата от двете страни на всеки тръбен съединител на разстояние 200-250 mm от горния и долния край на съединителя

Работата на ESP инсталациите в наклонени и извити кладенци изискваше създаването на устройства за закрепване на кабели и защитата им от механични повреди.

Руското предприятие ZAO Izhspetstekhnologiya (Ижевск) разработи и произведе защитни устройства (SD), състоящи се от корпус и механични ключалки (фиг. 6.9).

Това устройство е инсталирано на тръбния съединител и има следните технически характеристики:

Осигурява проста и надеждна фиксация (аксиална и радиална) върху тръбите;

Надеждно държи и защитава кабела, включително в аварийни ситуации;

Той няма готови елементи (винтове, гайки, шпленти и др.), Което предотвратява попадането им в кладенеца по време на монтаж и изключване;

Предполага многократна употреба;

Инсталирането на устройството не изисква инструменти за монтаж.

Сред водещите световни компании компанията Lasalle (Шотландия) има най-голям опит в разработването, производството и експлоатацията на кабелни защитни устройства (фиг. 6.10).

Изцяло металните ляти протектори Lasalle имат следните характеристики:

Бързина и лекота на инсталиране;

Подходящ за използване в среда с високо съдържание на сяра в дупки;

Липсата на разхлабени елементи, които биха могли да попаднат в кладенеца;

Многократна употреба.

Lasalle предлага протектори за защита на главния кабел (плосък и кръгъл) и удължителния кабел в участъци от тръбната колона, потопяемия модул на инсталацията, възвратни и дренажни вентили.

Повече от 60 процента от нефтените производствени кладенци изискват някаква форма на технология за изкуствено извличане, за да се произвеждат първоначално идентифицирани възстановими запаси. От приблизително 832 000 сондажа за изкуствено повдигане в света, приблизително 14 процента са били или се произвеждат с помощта на ESP.

Механизираните производствени методи са неразделна част от експлоатацията на кладенеца, особено в находища в късен етап на развитие, където продуктивните образувания нямат достатъчно налягане за издигане на нефт до устието на кладенеца. Тъй като нивата на производство на газ и нефт продължават да намаляват, а нивата на производство на вода се увеличават, особено във формации под водно налягане, производителят на нефт може да започне да използва наводняване, метод за подобряване на добива на нефт, при който водата се инжектира във формацията чрез вода инжекционен кладенец за преместване на въглеводороди към други кладенци.

В същото време с течение на времето дебитът на нефта в кладенеца ще продължи да намалява, а дебитът на водата ще се увеличи. В резултат на това времето за изпомпване, например, за помпена машина се увеличава, докато помпата работи двадесет и четири часа на ден. В този момент най-практичният метод за увеличаване на производството е инсталирането на помпа с по-висок капацитет.

Една жизнеспособна опция, особено за операции по наводняване с голям обем, е електрическа задвижвана потопяема помпа. ESP системиможе да бъде най-добрият вариант за кладенци с висок дебит, където нивата на производство са спаднали и има нужда да се увеличи. Тази задача е от значение за много области в Руската федерация и страните от ОНД. Старите газлифтни системи в условия на силно напояване могат да работят при по-ниски налягания и да осигурят по-пълна селекция от възстановими нефтени запаси, ако средствата се изразходват за преобразуване на тези кладенци в ESP.

От всички системи за изкуствено повдигане електрически центробежни помпи (ECP)осигуряват най-голяма възвръщаемост на най-дълбоките кладенци, но в същото време използването им изисква по-чести ремонти и съответно увеличение на разходите. В допълнение, ESP осигуряват превъзходна производителност в среда, наситена с газ и вода. Газ и вода естествено присъстват в суровия нефт в големи количества. За да можете да изпомпвате нефт в устието на кладенеца, е необходимо да отделите газ и вода от него. Тяхното високо съдържание може да причини блокиране на газ в механизма на помпата, което ще доведе до значително намаляване на производителността и ще изисква премахване на целия тръбен низ от кладенеца и повторното му пълнене.

Технология на електрическа центробежна помпа

В повечето петролни находища, по време на производствения етап, помпи в дупки, които са електрически задвижвани, се използват за изпомпване на нефт в устието на кладенеца. Помпата обикновено включва множество центробежни помпени секции в серия, които могат да бъдат конфигурирани да отговарят на специфични параметри на сондажа за конкретно приложение. Електрическите центробежни помпи (ECP) са често срещан метод за изкуствено повдигане, осигуряващ широка гама от размери и мощности. Електрическите центробежни помпи обикновено се използват в стари находища с високо водно съдържание (високо съотношение вода/нефт).

ESP помпите осигуряват икономично производство чрез подобряване на възстановяването на петрол в тези изоставени находища с нисък добив. Завършванията, оборудвани с ESP, са алтернативно средство за механизирана работа на кладенци, които имат ниско дънно налягане. Завършването на кладенци, оборудвано с ESP, е най-ефективният начин за експлоатация на кладенци с висок дебит. При използване на големи ESP се получават дебити до 90 000 барела (14 500 m3) течност на ден.

ESP компоненти

Системата ESP се състои от няколко компонента, които въртят центробежни помпи, свързани последователно, за да увеличат налягането на сондажния флуид и да го повдигнат към устието на сондажа. Захранването за въртене на помпата се осигурява от източник на променлив ток с високо напрежение (3 до 5 kV), който задвижва специален двигател, способен да работи при високи температури до 300 °F (150 °C) и високо налягане до 5000 psi ( 34 MPa) в кладенци с дълбочина до 12 000 фута (3,7 km) с входяща мощност до 1000 конски сили (750 kW). ESP използва центробежна помпа, която е свързана с електрически мотор и работи, когато е потопена в сондажната течност. Херметически затворен електрически мотор върти серия от работни колела. Всяко работно колело от серията доставя течност през изходен отвор към входа на работното колело, разположен над него.

При типичен 4-инчов ESP, всяко работно колело произвежда приблизително 9 psi (60 kPa) повишаване на налягането. Например типична 10-секционна помпа произвежда около 90 psi (600 kPa) налягане на изхода (т.е. 10 колела x 9 psi). Повдигането и производителността на помпата зависят от диаметъра на работното колело и ширината на лопатката на работното колело. Налягането на помпата е функция от броя на работните колела. Като пример, 7-секционна помпа с 1/2 конски сили може да изпомпва голям обем вода при ниско налягане, докато 14-секционна помпа с 1/2 конски сили ще изпомпва по-малък обем при по-високо налягане. Както при всички центробежни помпи, увеличаването на дълбочината на кладенеца или изходното налягане води до намалена производителност.

В системите ESP електрическият мотор е разположен в долната част на устройството, а помпата в горната част. Електрически кабел е прикрепен към външната повърхност на тръбата и възелът се спуска в кладенеца, така че помпата и електрическият двигател да са под нивото на течността. Система за механично уплътнение и еквалайзер/предпазно уплътнение (еквивалентни имена) се използват, за да се предотврати навлизането на течност в двигателя и да се елиминира рискът от късо съединение. Помпата може да бъде свързана или към тръба, към гъвкав маркуч, или да се спусне по направляващи релси или кабели по такъв начин, че помпата да седи на фланцов съединител с крак и в същото време да се осигури връзка с тръбите на компресора . Когато електродвигателят се върти, въртенето се предава на работното колело в батерия от последователни центробежни помпи. Колкото повече секции има помпата, толкова по-високо ще бъде повдигането на течността.

Електрическият мотор се избира, като се вземат предвид нуждите на помпата. Помпата е проектирана да изпомпва определен обем течност. Валът може да бъде изработен от метал Монел, а секциите могат да бъдат изработени от устойчив на корозия и износване материал. Помпата е с ротационно-центробежно действие. Към горната част на помпата е прикрепен предпазен възел, за да изолира двигателя и да осигури движение на централния вал за задвижване на помпата.

Кабелът минава от горната част на двигателя, отстрани на помпата/уплътнението, и е прикрепен към външната повърхност на всяка тръба по цялата дължина на подемния низ от двигателя до устието на кладенеца и след това към електрическата разпределителна кутия . Кабелът се състои от три жила от защитен и изолиран непрекъснат проводник. Поради ограниченото пространство около помпата/уплътнението се използва плосък кабел между двигателя и тръбата над помпата. В този момент той е снаден с по-евтин кръгъл кабел, който се простира до устата. Кабелът може да има метална обвивка, за да го предпази от повреда.

Проектирането на ESP системи изисква цялостен и внимателен анализ, за ​​да се решат едновременно редица специфични проблеми на тяхното приложение. Проектирането изисква информация за притока на кладенец (крива на потока (FC) или крива на продуктивността на кладенеца (CPC)), данни за течности в кладенец (дебит на нефт, фактор вода-нефт, съотношение газ-течност), данни за тръби (дълбочини и размери на тръбите и обсадни тръби), температура (на дъното и в устието на кладенеца) и налягане в устието на кладенеца. Правилният дизайн и избор на оборудване също изисква информация за твърди частици, котлен камък, асфалтени, корозивни течности, корозивни газове и др.

Оборудването на кладенеца изисква инсталиране на силов трансформатор и контролен панел, както и електрическа разпределителна кутия с въздушно охлаждане. Ако се изисква използването на задвижване с променлива скорост (VSD), тогава е необходим допълнителен повишаващ трансформатор във веригата, преди кабелът да влезе в устието на кладенеца. Тръбната глава е проектирана да държи тръбната нишка и да изолира електрическия кабел. Този изолатор обикновено може да издържи на налягане от поне 3000 psi. Контролният панел обикновено е оборудван с амперметър, предпазители, мълниезащита и система за изключване. Има други устройства като превключвател за висок и нисък ток и аларма. Тя ви позволява да работите с кладенеца непрекъснато, периодично или напълно да спрете производството.

Той осигурява защита срещу пикове на напрежението или дисбаланси, които могат да възникнат в захранването. Трансформаторите обикновено се намират на ръба на основата на клъстера. Входящото електрическо напрежение се трансформира в напрежението, необходимо за работа на двигателя при предвиденото натоварване и за компенсиране на загубите в кабела. По-високото напрежение (по-нисък ток) намалява загубите в кабела в сондажа, но трябва да се вземат предвид други фактори (Справочно ръководство за полева помпа, 2006 г.). ESP рязко губят производителност, когато значителен процент газ влезе в помпата.

Праговото ниво за възникване на газов проблем обикновено се приема за 10% от обемната фракция на газа на входа на помпата при входното налягане на помпата. Поради факта, че помпите имат висока скорост на въртене до 4000 rpm (67 Hz) и малки хлабини, те не са устойчиви на твърди фази като пясък. ESP за нефтени кладенци се предлагат за диаметри на корпуса от 4 1/2 до 9 5/8 инча. Предлагат се корпусни помпи с по-голям диаметър, но те се използват предимно в кладенци. За даден размер на корпуса оборудването с по-голям диаметър обикновено е по-добър избор. Оборудването с по-голям диаметър е по-късо, както двигателят, така и помпите са по-ефективни и двигателите се охлаждат по-лесно. Те създават тихо, компактно оборудване за кладенеца.

Предимства на ESP

Поради минималните изисквания за оборудване в устието на кладенеца, ESP могат да бъдат предпочитани за приложения на обекти с ограничено работно пространство, като офшорни инсталации, където разходите за повдигане не са ограничаващ фактор. Те се използват и в полета, където няма наличен газ за системи за газлифт. ESP са един от най-масовите методи за механизирана работа. ESP имат предимство пред други методи с голям обем, тъй като те могат да създадат по-голямо усвояване на резервоара и да увеличат продуктивността на резервоара, където могат да бъдат решени проблемите с намесата на газ и пясък. Диаметърът на корпуса също не е важен, за да се гарантира възможността за изпомпване на такива големи обеми.

Тъй като обемите на наводняване се увеличават, стана обичайна практика да се изпомпват няколко хиляди барела течност на ден, за да се подобри ефективността на изместване на резервоара. Тази система може лесно да се автоматизира и може да изпомпва периодично или непрекъснато, но непрекъснатото изпомпване е за предпочитане за увеличаване на експлоатационния живот. За плитки кладенци капиталовите разходи са относително ниски.

Недостатъци на ESP

Има няколко недостатъка на ESP. Основният проблем е ограниченият експлоатационен живот. Самата помпа е високоскоростен центробежен тип, който може да бъде повреден от абразиви, твърди частици или отломки. Образуването на котлен камък или минерални отлагания може да попречи на работата на електрическата центробежна помпа. Икономическата ефективност на ESP до голяма степен зависи от цената на електроенергията. Това е особено критично в отдалечените региони. Системата няма широка оперативна гъвкавост. Всички основни компоненти са разположени близо до сондажа, така че когато възникне проблем или трябва да се смени компонент, цялата система трябва да бъде премахната.

Ако има висок процент газ, се вземат мерки за отделянето му и връщането му обратно в корпуса, преди да влезе в помпата. Всмукването на големи количества свободен газ може да причини нестабилна работа и да доведе до механично износване и възможно прегряване. В офшорни инсталации, където разпоредбите изискват използването на пакер, целият газ се изпомпва с течност. При тези специални условия се използват специални помпи, при които е възможно да се създаде първично налягане на входа на помпата.

Автори: Джеймс Ф. Лий, Кер Макгий, професор по петролно инженерство, Училище по геология и петролни технологии, Университет на Оклахома, Норман, Оклахома;
и Саид Мохтаб, изследователски съветник по природен газ, Департамент по петролна химия и инженерство, Университет на Уайоминг, Ларами, Уайоминг.

Предназначение и технически данни на ESP.

Потопяемите центробежни помпени инсталации са предназначени за изпомпване на резервоарна течност, съдържаща нефт, вода и газ, както и механични примеси от нефтени кладенци, включително наклонени. В зависимост от броя на различните компоненти, съдържащи се в изпомпваната течност, помпите на инсталациите имат стандартно изпълнение и изпълнение с повишена устойчивост на корозия и износване. При работа на ESP, където концентрацията на твърди вещества в изпомпваната течност надвишава допустимите 0,1 грам/литър, помпите се запушват и работните агрегати се износват интензивно. В резултат на това вибрациите се увеличават, водата навлиза в двигателя през механичните уплътнения и двигателят прегрява, което води до повреда на ESP.

Символ на инсталациите:

ESP K 5-180-1200, U 2 ESP I 6-350-1100,

Където U - инсталация, 2 - втора модификация, E - задвижвана от потопяем електродвигател, C - центробежен, N - помпа, K - повишена устойчивост на корозия, I - повишена устойчивост на износване, M - модулен дизайн, 6 - групи помпи, 180, 350 - подаване m/ден, 1200, 1100 – налягане, м.в.ст.

В зависимост от диаметъра на производствената колона и максималния напречен размер на потопяемия агрегат се използват ESP от различни групи - 5,5 и 6. Монтаж на група 5 с напречен диаметър най-малко 121,7 mm. Инсталации от група 5а с напречен размер 124 mm - в кладенци с вътрешен диаметър най-малко 148,3 mm. Помпите също са разделени на три условни групи - 5,5 а, 6. Диаметрите на корпусите на група 5 са ​​92 мм, група 5 а - 103 мм, група 6 - 114 мм. Техническите характеристики на помпите от типа ETsNM и ETsNMK са дадени в Приложение 1.

Състав и комплектност на ЕСП

ESP инсталацията се състои от потопяем помпен агрегат (електродвигател с хидравлична защита и помпа), кабелна линия (кръгъл плосък кабел със съединител за кабелен вход), тръбна колона, оборудване за кладенец и повърхностно електрическо оборудване: трансформатор и контролна станция (цялостно устройство) (виж Фигура 1.1.). Трансформаторната подстанция преобразува напрежението на полевата мрежа до стойност под оптималната на клемите на електродвигателя, като се вземат предвид загубите на напрежение в кабела. Контролната станция осигурява управление на работата на помпените агрегати и защитата им при оптимални условия.

По тръбопровода в кладенеца се спуска потопяем помпен агрегат, състоящ се от помпа и електродвигател с хидравлична защита и компенсатор. Кабелната линия осигурява захранване на електродвигателя. Кабелът е прикрепен към тръбата с метални колела. По дължината на помпата и протектора кабелът е плосък, закрепен към тях с метални колелца и защитен от повреда с корпуси и скоби. Над помпените секции са монтирани възвратни и дренажни вентили. Помпата изпомпва течност от кладенеца и я доставя на повърхността през тръбната колона (вижте Фигура 1.2.)

Оборудването на ухото на кладенеца осигурява окачване на тръбната колона с електрическа помпа и кабел върху фланеца на корпуса, уплътняване на тръби и кабели, както и дренаж на произведения флуид в изходящия тръбопровод.

Потопяема, центробежна, секционна, многостъпална помпа не се различава по принцип на работа от конвенционалните центробежни помпи.

Разликата му е, че е секционен, многостъпален, с малък диаметър на работните етапи - работни колела и направляващи лопатки. Потопяемите помпи, произведени за нефтената промишленост, съдържат от 1300 до 415 степени.

Помпените секции, свързани с фланцови връзки, са изработени от метален корпус. Изработен от стоманена тръба с дължина 5500 мм. Дължината на помпата се определя от броя на работните етапи, чийто брой от своя страна се определя от основните параметри на помпата. - захранване и налягане. Дебитът и налягането на стъпалата зависят от напречното сечение и дизайна на поточната част (лопатки), както и от скоростта на въртене. В тялото на помпените секции се вкарва пакет от степени, който представлява комплект от работни колела и направляващи лопатки върху вал.

Работните колела са монтирани на вала върху шпонка с перо по протежение на ходовата част и могат да се движат в аксиална посока. Водещите лопатки са осигурени срещу завъртане в тялото на нипела, разположено в горната част на помпата. Отдолу в корпуса се завинтва основа на помпата с приемни отвори и филтър, през който течността от кладенеца тече към първия етап на помпата.

Горният край на вала на помпата се върти в лагерите на масленото уплътнение и завършва със специална пета, която поема натоварването на вала и теглото му чрез пружинен пръстен. Радиалните сили в помпата се поемат от плъзгащи лагери, монтирани в основата на нипела и на вала на помпата.

В горната част на помпата има риболовна глава, в която е монтиран възвратен клапан и към който е прикрепена тръбата.

Потопяем електродвигател, трифазен, асинхронен, маслен с ротор с катерица в конвенционална версия и устойчива на корозия версия PEDU (TU 16-652-029-86). Климатично изпълнение - B, категория на разположение - 5 по GOST 15150 - 69. В основата на електродвигателя има клапан за изпомпване на масло и източването му, както и филтър за почистване на маслото от механични примеси.

Хидравличната защита на двигателя се състои от протектор и компенсатор. Той е предназначен да предпазва вътрешната кухина на електродвигателя от проникване на пластов флуид, както и да компенсира температурните промени в обемите на маслото и неговата консумация. (Вижте Фигура 1.3.)

Протекторът е двукамерен, с гумена диафрагма и механични уплътнения на вала и компенсатор с гумена диафрагма.

Трижилен кабел с полиетиленова изолация, брониран. Кабелна линия, т.е. кабел, навит на барабан, към основата на който е прикрепен удължител - плосък кабел с кабелна входна муфа. Всяка кабелна жила има изолационен слой и обвивка, възглавници от гумирана тъкан и броня. Три изолирани жила на плосък кабел са положени успоредно в един ред, а кръгъл кабел е усукан по спирална линия. Кабелният комплект е с унифициран кабелен вход К 38, К 46 от кръгъл тип. В метален корпус, съединителите са херметически затворени с помощта на гумено уплътнение, а накрайниците са прикрепени към проводимите проводници.

Дизайнът на ESP инсталации, ESPNM с помпа с вал и етапи, изработени от устойчиви на корозия материали, и ESP с помпа с пластмасови работни колела и гумено-метални лагери е подобен на дизайна на ESP инсталации.

При висок газов фактор се използват помпени модули - газови сепаратори, предназначени да намалят обемното съдържание на свободен газ на входа на помпата. Газовите сепаратори съответстват на продуктова група 5, тип 1 (ремонтируеми) съгласно RD 50-650-87, климатично изпълнение - B, категория на разположение - 5 съгласно GOST 15150-69.

Модулите могат да бъдат доставени в две версии:

Газови сепаратори: 1 бр.МНГ 5, 1 бр.МНГ5а, 1 бр.МНГ6 – стандартно изпълнение;

Газови сепаратори 1 MNGK5, MNG5a - повишена устойчивост на корозия.

Помпените модули са монтирани между входния модул и модула на потопяемата помпена секция.

Потопяемата помпа, електродвигателят и хидравличната защита са свързани помежду си чрез фланци и шпилки. Валовете на помпата, двигателя и предпазителя имат шлицове в краищата и са свързани чрез шлицови съединители.

Аксесоари за асансьори и оборудване за ESP инсталации са дадени в Приложение 2.

Технически характеристики на двигателя

Задвижването на потопяеми центробежни помпи е специален маслен потопяем асинхронен трифазен електродвигател с променлив ток с вертикален ротор с катерица тип PED. Електродвигателите са с диаметър на корпуса 103, 117, 123, 130, 138 mm. Тъй като диаметърът на електродвигателя е ограничен, при високи мощности двигателят е по-дълъг, а в някои случаи се прави секционен. Тъй като електродвигателят работи потопен в течност и често под високо хидростатично налягане, основното условие за надеждна работа е неговата херметичност (виж Фигура 1.3).

PED е напълнен със специално масло с нисък вискозитет и висока диелектрична якост, което служи както за охлаждане, така и за смазване на частите.

Потопяемият електродвигател се състои от статор, ротор, глава и основа. Корпусът на статора е изработен от стоманена тръба, чиито краища са с резба за свързване на главата и основата на двигателя. Магнитната верига на статора е сглобена от активни и немагнитни ламинирани листове с жлебове, в които са разположени намотките. Намотката на статора може да бъде еднослойна, непрекъсната, намотка или двуслойна, пръчкова, контурна. Фазите на намотката са свързани.

Активната част на магнитната верига, заедно с намотката, създава въртящо се магнитно поле в електродвигателите, а немагнитната част служи като опора за междинните роторни лагери. Оловните краища, изработени от многожилен меден проводник с изолация с висока електрическа и механична якост, са запоени към краищата на намотката на статора. Към краищата са запоени щепселни втулки, в които влизат кабелните накрайници. Изходните краища на намотката са свързани към кабела чрез специален щепсел (съединител) на кабелния вход. Токопроводът на двигателя може да бъде и тип нож. Роторът на двигателя е с катерица, многосекционен. Състои се от вал, сърцевини (роторни пакети), радиални опори (плъзгащи лагери). Роторният вал е изработен от куха калибрована стомана, сърцевините са изработени от листова електротехническа стомана. Сърцевините са монтирани върху вала, редувайки се с радиални лагери, и са свързани към вала с шпонки. Затегнете комплекта сърцевини на вала аксиално с гайки или турбина. Турбината служи за принудителна циркулация на маслото за изравняване на температурата на двигателя по дължината на статора. За да се осигури циркулация на маслото, върху потопената повърхност на магнитната верига има надлъжни канали. Маслото циркулира през тези канали, филтър в долната част на двигателя, където се почиства, и през отвор в вала. Главата на двигателя съдържа пета и лагер. Адаптерът в долната част на двигателя се използва за поставяне на филтъра, байпасния клапан и клапана за изпомпване на масло в двигателя. Секционният електродвигател се състои от горна и долна секции. Всеки раздел има едни и същи основни компоненти. Техническите характеристики на SEM са дадени в Приложение 3.

Основни технически данни на кабела

Захранването с електрическа енергия на електродвигателя на потопяемата помпена инсталация се осъществява чрез кабелна линия, състояща се от захранващ кабел и кабелна входна муфа за свързване с електродвигателя.

В зависимост от предназначението кабелната линия може да включва:

Кабелни марки KPBK или KPPBPS - като основен кабел.

Кабел марка KPBP (плосък)

Втулката за кабелен вход е кръгла или плоска.

Кабелът KPBK се състои от едножилни или многожични медни жила, изолирани в два слоя високоякостен полиетилен и усукани заедно, както и възглавница и броня.

Кабелите от марките KPBP и KPPBPS в обща обвивка на маркуча се състоят от едножични и многожични медни жила, изолирани с полиетилен с висока плътност и положени в една и съща равнина, както и обща обвивка на маркуча, възглавница и броня.

Кабелите от марката KPPBPS с отделно обработени проводници се състоят от едно- и многожични медни проводници, изолирани в два слоя полиетилен с висока плътност и положени в една равнина.

Кабелът на марката KPBK има:

Работно напрежение V – 3300

Кабелът с марка KPBP има:

Работно напрежение, V - 2500

Допустимо налягане на пластовата течност, MPa – 19,6

Допустим газов фактор, m/t – 180

Кабелите с марка KPBK и KBPP имат допустими температури на околната среда от 60 до 45 C за въздух, 90 C за пластова течност.

Температурите на кабелната линия са дадени в Приложение 4.

1.2 Кратък преглед на битовите схеми и инсталации.

Потопяемите центробежни помпени инсталации са предназначени за изпомпване на нефтени кладенци, включително наклонени, пластова течност, съдържаща нефт и газ, и механични примеси.

Устройствата се предлагат в два вида – модулни и немодулни; три версии: нормална, устойчива на корозия и повишена устойчивост на износване. Изпомпваната среда на битовите помпи трябва да има следните показатели:

· дивата природа на находището – смес от нефт, свързана вода и нефтен газ;

· максимален кинематичен вискозитет на пластовата течност 1 mm/s;

· pH стойност на добиваната вода pH 6,0-8,3;

· максимално съдържание на получена вода 99%;

· свободен газ при всмукване до 25%, за инсталации с модули - сепаратори до 55%;

· максимална температура на екстрахираните продукти до 90С.

В зависимост от напречните размери на използваните в комплекта инсталации потопяеми центробежни електропомпи, електродвигатели и кабелни линии инсталациите условно се разделят на 2 групи 5 и 5 а. С диаметър на корпуса 121,7 mm; 130 mm; 144,3 мм съответно.

Инсталацията на UEC се състои от потопяем помпен агрегат, кабелен монтаж, наземно електрическо оборудване - трансформаторна комутационна подстанция. Помпения агрегат се състои от потопяема центробежна помпа и двигател с хидравлична защита и се спуска в кладенеца на тръбна нишка. Потопяема помпа, трифазна, асинхронна, маслена с ротор.

Хидравличната защита се състои от протектор и компенсатор. Трижилен кабел с полиетиленова изолация, брониран.

Потопяемата помпа, електродвигателят и хидравличната защита са свързани помежду си чрез фланци и шпилки. Валовете на помпата, двигателя и предпазителя имат шлицове в краищата и са свързани чрез шлицови съединители.

1.2.2. Потопяема центробежна помпа.

Принципът на работа на потопяемата центробежна помпа не се различава от конвенционалните центробежни помпи, използвани за изпомпване на течности. Разликата е, че е многосекционен с малък диаметър на работните стъпала - работни колела и направляващи лопатки. Работните колела и направляващите лопатки на конвенционалните помпи са изработени от модифициран сив чугун, устойчивите на корозия помпи са изработени от нирезистов чугун, а устойчивите на износване колела са изработени от полиамидни смоли.

Помпата се състои от секции, чийто брой зависи от основните параметри на помпата - налягане, но не повече от четири. Дължина на участъка до 5500 метра. За модулните помпи се състои от входен модул, модул - секция. Модул - глави, възвратни и изпускателни кранове. Връзката на модулите помежду си и на входния модул към двигателя - фланцовата връзка (с изключение на входния модул, двигателя или сепаратора) е уплътнена с гумени маншети. Свързването на валовете на модулните секции помежду си, модулната секция с вала на входния модул и вала на входния модул с хидравличния защитен вал на двигателя се осъществява с помощта на шлицови съединители. Валовете на модулните секции на всички групи помпи с еднаква дължина на тялото са унифицирани по дължина.

Модулната секция се състои от корпус, вал, пакет от степени (работни колела и направляващи лопатки), горни и долни лагери, горна аксиална опора, глава, основа, две ребра и гумени пръстени. Ребрата са предназначени да предпазват плоския кабел с муфа от механични повреди.

Входящият модул се състои от основа с отвори за преминаване на пластовата течност, лагерни втулки и решетка, вал със защитни втулки и шлицов съединител, предназначен да свързва вала на модула с хидравличния защитен вал.

Главният модул се състои от тяло, от едната страна на което има вътрешна конична резба за свързване на възвратен клапан, от другата страна има фланец за свързване към секционния модул, две ребра и гумен пръстен.

В горната част на помпата има глава за риболов.

Домашната индустрия произвежда помпи с дебит (m/ден):

Модулни – 50,80,125,200.160,250,400,500,320,800,1000.1250.

Немодулен – 40.80,130.160,100,200,250,360,350,500,700,1000.

Следните налягания (m) са 700, 800, 900, 1000, 1400, 1700, 1800, 950, 1250, 1050, 1600, 1100, 750, 1150, 1450, 1750, 1800, 1700, 1550, 00.

1.2.3. Потопяеми двигатели

Потопяемите електродвигатели се състоят от електродвигател и хидравлична защита.

Двигателите са трифазни, асинхронни, короткозамъчни, двуполюсни, потопяеми, унифицирани серии. SEM в нормално и корозивно изпълнение, климатично изпълнение B, категория на местоположение 5, работят от мрежа с променлив ток с честота 50 Hz и се използват като задвижване на потопяеми центробежни помпи.

Двигателите са проектирани да работят в пластова течност (смес от масло и добита вода във всякакви пропорции) с температури до 110 C, съдържащи:

· механични примеси не повече от 0,5 g/l;

· свободен газ не повече от 50%;

· сероводород за нормално, не повече от 0,01 g/l, устойчив на корозия до 1,25 g/l;

Хидравличното налягане в работната зона на двигателя е не повече от 20 MPa. Електрическите двигатели се пълнят с масло с пробивно напрежение най-малко 30 kV. Максималната дългосрочна допустима температура на намотката на статора на електродвигател (за двигател с диаметър на корпуса 103 mm) е 170 C, за други електродвигатели е 160 C.

Двигателят се състои от един или повече електродвигатели (горен, среден и долен, мощност от 63 до 630 kW) и протектор. Електрическият двигател се състои от статор, ротор, глава с токов вход и корпус.

1.2.4. Хидравлична защита на електродвигателя.

Хидравличната защита е предназначена да предотврати проникването на пластов флуид във вътрешната кухина на електродвигателя, като компенсира обема на маслото във вътрешната кухина от температурата на електродвигателя и предава въртящ момент от вала на електродвигателя към вала на помпата. Има няколко варианта за защита от вода: P, PD, G.

Хидрозащитата се предлага в стандартна и устойчива на корозия версия. Основният тип хидравлична защита за конфигурацията SED е отворен тип. Хидравличната защита от отворен тип изисква използването на специална бариерна течност с плътност до 21 g/cm, която има физични и химични свойства с пластова течност и масло.

Хидравличната защита се състои от две камери, свързани с тръба. Промените в обема на течния диелектрик в двигателя се компенсират от потока на бариерна течност от една камера в друга. При хидравлична защита от затворен тип се използват гумени диафрагми. Тяхната еластичност компенсира промените в обема на маслото.

24. Условия за дебит на кладенеца, определяне на енергийния и специфичния разход на газ при работа на газ-течен асансьор.

Условия на потока на кладенеца.

Протичане на кладенец възниква, ако разликата в налягането между формацията и дънния отвор е достатъчна, за да преодолее обратното налягане на течния стълб и загубата на налягане поради триене, тоест протичането възниква под въздействието на хидростатичното налягане на течността или енергията на разширяващият се газ. Повечето кладенци протичат едновременно поради газовата енергия и хидростатичното налягане.

Газът, съдържащ се в маслото, има повдигаща сила, която се проявява под формата на натиск върху маслото. Колкото повече газ се разтваря в масло, толкова по-ниска е плътността на сместа и толкова по-високо се повишава нивото на течността. Достигнала до устието, течността прелива и кладенецът започва да блика. Общото задължително условие за работата на всеки течащ кладенец ще бъде следното основно равенство:

Рс = Рг+Рtr+ Ру; Където

Рс - дънно налягане, RG, Ртр, Ру - хидростатично налягане на течния стълб в кладенеца, изчислено вертикално, съответно загуба на налягане поради триене в тръбите и противоналягане в устието на кладенеца.

Има два вида течащи кладенци:

· Подаграване на течност, която не съдържа газови мехурчета – артезианско бликане.

· Подаграването на течност, съдържаща газови мехурчета, които улесняват изтичането, е най-честият метод на изтичане.

Потопяемите електрически центробежни помпи са многостъпални центробежни помпи (с до 120 степени), задвижвани от потопяем електродвигател (SEM). Захранването се подава към електродвигателя от повърхността чрез кабел от повишаващ автотрансформатор или трансформатор през контролна станция, в която са концентрирани всички инструменти и автоматизация. ESP инсталацията се спуска в кладенеца на 150 - 300 m под изчисленото динамично ниво. Течността се издига на повърхността чрез тръби, към външната страна на които е прикрепен кабел със специални колани. В помпения агрегат, между самата помпа и електрическия двигател, има междинна връзка, наречена протектор или хидравлична защита. ESP инсталацията включва следните елементи (Фигура 3.1): многостъпална центробежна помпа (1); хидравлична защитна връзка или протектор (2); маслен електродвигател SEM (3); брониран трижилен кабел (4); възвратен клапан (5); изпускателен клапан (6); трансформатор или автотрансформатор (7); контролна станция (8) .

Фиг.3.1.

  • 1 - потопяема центробежна помпа; 2 - водна защита (протектор);
  • 3 - потопяем електродвигател; 4 - електрически кабел;
  • 5 - възвратен клапан; 6 - изпускателен клапан; 7 - трансформатор; 8 - СУ

Помпата, протекторът и моторът са отделни единици, свързани с болтови шпилки. Краищата на валовете имат шлицови съединения, които се съединяват при сглобяване на цялата инсталация. Ако е необходимо да се вдигне течност от голяма дълбочина, ESP секциите се свързват помежду си, така че общият брой на етапите достига 400. Течността, засмукана от помпата, преминава последователно през всички етапи и придобива налягане, равно на външното хидравлично съпротивление . ESP инсталациите се характеризират с относително ниска консумация на метал, широк диапазон от работни характеристики както по отношение на налягането, така и на потока, сравнително висока ефективност, възможност за изпомпване на големи обеми течност и дълго време за работа.

Фигура 3.2, a, показва един етап на ESP, а фигура 3.2, b, показва връзката на етапите.


Фиг.3.2.

А- едностепенна; b- свързване на стъпалата в ESP секция

Фигура 3.3 показва напречно сечение на ESP, а Фигура 3.4 показва помпа от типа ECNMIK.

ESP кодът съдържа основните им номинални параметри, като дебит и налягане при работа в оптимален режим. Например ESP5-40-950 означава центробежна електрическа помпа от група 5 с дебит 40 m 3 / ден (вода) и напор 950 m.

Ориз. 3.3.

1 - етап на компресия-диспергиране; 2 - шнек; 3 - скоба; 4 - ъглов контактен лагер


Ориз. 3.4.

В кода на помпата буквата "I" означава устойчивост на износване. При износоустойчивите помпи работните колела не са изработени от метал, а от полиамидна смола. В корпуса на помпата, приблизително на всеки 20 етапа, са монтирани междинни гумено-метални лагери за центриране на вала, в резултат на което устойчивата на износване помпа има по-малко етапи и съответно налягане.

Всички видове помпи имат паспортна работна характеристика под формата на криви на зависимост Н=ДС)) (налягане, дебит), /;=ДС>) (КПД, дебит), N=f (0) (консумирана мощност, дебит) . Обикновено тези зависимости са дадени в диапазона на работните дебити или в малко по-голям интервал (Фигура 3.5). Характеристиките на голям брой помпи могат да бъдат намерени на уебсайтовете на производителите на помпено оборудване.


Ориз. 3.5.

Всяка центробежна помпа, включително ESP, може да работи със затворен изпускателен клапан (точка A: 0=0; H=H max) и без противоналягане на изпускателната тръба (точка B: 0=0 max; H=0). Тъй като полезната работа на помпата е пропорционална на произведението на подаването и налягането, тогава за тези два екстремни режима на работа на помпата полезната работа ще бъде равна на нула и следователно ефективността ще бъде равна на нула. При определено съотношение на P и H, поради минимални вътрешни загуби от помпата, ефективността достига максимална стойност от приблизително 0,5 - 0,6. Обикновено помпите с малък дебит и малки работни колела, както и с голям брой степени, имат намалена ефективност. Дебитът и налягането, съответстващи на максималната ефективност, се наричат ​​оптимален режим на работа на помпата. Зависимостта /7 = DR), близо до своя максимум, намалява плавно, следователно е напълно приемливо ESP да работи при условия, които се различават от оптималните в една или друга посока с определена сума. Границите на тези отклонения зависят от специфичните характеристики на ESP и трябва да съответстват на разумно намаляване на ефективността на помпата (с 3...5%).

Това определя цяла област от възможни режими на работа на ESP, която се нарича препоръчителна зона (Фигура 3.5, щриховка).

Изборът на помпа за кладенци по същество се свежда до избора на ESP с такъв стандартен размер, че когато се спусне в кладенец, той работи при оптимални или препоръчани условия при изпомпване на даден дебит на кладенец от дадена дълбочина.

Налягането, което помпата може да преодолее, е право пропорционално на броя на етапите. Разработена на един етап при оптимални условия на работа, зависи от размерите на работното колело, които от своя страна зависят от радиалните размери на помпата.

Структурата на PED на завода в Борец е показана в разрез на Фигура 3.6. Таблица 3.1 показва техническите характеристики на двигателя.

Електричеството се подава към двигателя чрез трижилен кабел, спуснат в кладенеца успоредно на тръбата (Фигура 3.7). Кабелът е прикрепен към външната повърхност на тръбата с метални ленти, по две за всяка тръба. Кабелът работи в трудни условия. Горната му част е в газова среда, понякога под значително налягане, долната част е в масло и е подложена на още по-голямо налягане. При спускане и повдигане на помпата, особено в извити кладенци, кабелът е подложен на силно механично напрежение (скоби, триене, задръстване между низа и тръбата и т.н.). Кабелът предава електричество при високо напрежение. Използването на двигатели с високо напрежение позволява да се намали токът и следователно диаметърът на кабела. Кабелът за захранване на високоволтов двигател обаче трябва да има по-надеждна и понякога по-дебела изолация. Всички кабели, използвани за ESP, са покрити с еластична поцинкована стоманена лента отгоре за защита срещу механични повреди. Кабелите могат да бъдат кръгли или плоски.

Ориз. 3.6.

Таблица 3.1

Технически характеристики на асинхронни двигатели

тип на двигателя

мощност, kWt

Габаритни размери, мм

Линейно напрежение, V

Ток, А

соя f

Ефективност, %

Темпо. околна среда среда, °C, не повече

PED16-103BV5

PED22-103BV5

PED32-103BV5

PED45-103BV5

PEDS63-103BV5

PEDS90-103BV5

PED45-117BV5

PED63-117BV5

PEDS90-117BV5

PEDS125-P7BV5

PED63-123BV5

PED 125-123 BV5

PEDS250-123BV5

PEDS180-130LV5

PEDS250-130LV5

Фиг.3.7.

1 - вена; 2 - изолация; 3 - черупка; 4 - плитка; 5 - броня

Кръглият кабел е прикрепен към тръбопровода, а плоският кабел е прикрепен само към долните тръби на тръбния низ и към помпата. Преходът от кръгъл кабел към плосък кабел се снажда чрез гореща вулканизация в специални форми и ако такова снаждане е изпълнено лошо, то може да послужи като източник на повреда и повреди на изолацията. Напоследък те преминават само към плоски кабели, минаващи от моторното задвижване по тръбната колона до контролната станция. Производството на такива кабели обаче е по-трудно от кръглите.

Кръглите кабели имат гумена (устойчива на NSFT гума) или полиетиленова изолация, което е отразено в кода: KRBK означава кръгъл брониран гумен кабел или KRBP - брониран гумен плосък кабел. Когато се използва полиетиленова изолация, P се изписва в кода вместо буквата P: KPBK - за кръгъл кабел и KPBP - за плосък кабел.

Кабелният вход е един от най-важните елементи на инсталацията на двигателя, тъй като именно този възел осигурява херметичността на електродвигателя. Местоположението на кабелния вход в двигателя е показано на Фигура 3.8.

Фиг.3.8.

Всички кабели са армирани с гофрирана поцинкована стоманена лента, което им придава необходимата здравина.

Кабелите имат активно и реактивно съпротивление. Активното съпротивление зависи от напречното сечение на кабела и варира от 0,6 до 1,32 Ohm/km.

Реактивното съпротивление зависи от фактора на мощността cov^ (при стойност 0,86 - 0,9 той е приблизително 0,1 Ohm/km).

В кабела на двигателя има значителни загуби на електроенергия, обикновено от 3 до 15% от общите загуби в инсталацията. Загубите на мощност са свързани с падане на напрежението в кабела. Тези загуби на напрежение, в зависимост от тока, температурата на кабела и неговото напречно сечение, се изчисляват с помощта на обичайните формули на електротехниката и варират от приблизително 25 до 125 V/km. Следователно при устието на кладенеца напрежението, подадено към кабела, винаги трябва да бъде по-високо с размера на загубите в сравнение с номиналното напрежение на двигателя. Възможността за такова увеличение на напрежението се осигурява в автотрансформатори или трансформатори, които имат няколко допълнителни крана в намотките за тази цел.

Първичните намотки на трифазни трансформатори и автотрансформатори са проектирани за напрежението на полевата електрозахранваща мрежа, обикновено 0,4 kV, към която са свързани чрез контролни станции. Вторичните намотки са проектирани за работното напрежение на потопяемия двигател. Тези работни напрежения в различни SED варират от 350 до 3000 V. За да компенсирате спада на напрежението в захранващия кабел от вторичната намотка на трансформатора, се правят 6 (понякога 8) крана, което ви позволява да регулирате напрежението в краищата на вторичната намотка чрез пренареждане на джъмпери. Пренареждането на джъмпера с една стъпка увеличава напрежението с 30...60 V, в зависимост от вида на трансформатора.

Всички трансформатори и автотрансформатори са безмаслени, с въздушно охлаждане, покрити с метален корпус и са предназначени за монтаж на защитено място.

Трансформаторите, за разлика от автотрансформаторите, позволяват непрекъснато наблюдение на съпротивлението на изолацията на вторичната намотка на трансформатора, кабела и намотката на статора на двигателя. Когато съпротивлението на изолацията намалее до зададена стойност (под 30 kOhm), инсталацията автоматично се изключва.

При използване на автотрансформатори, които имат пряка електрическа връзка между първичната и вторичната намотка, такъв мониторинг на изолацията не може да се извърши.

Има голям брой специфични ESP инсталации, предназначени за едновременна работа в кладенец с други помпи за производство на вода. SED могат да се използват не само с ESP, но и за задвижване на други видове помпи: винтови, диафрагмени. Потопяемите центробежни помпи се използват не само за експлоатация на нефтени кладенци.

Ето няколко примера за използване на ESP:

  • - във водоприемници и артезиански кладенци за подаване на технологична вода към системи за поддържане на налягането и за битови нужди (обикновено това са помпи с големи дебити, но с ниско налягане);
  • - в системи за поддържане на налягането в резервоара при използване на пластова вода под високо налягане при оборудване на водоприемни кладенци с директно инжектиране на вода в съседни инжекционни кладенци (подземни клъстерни помпени станции, за тези цели помпи с външен диаметър 375 mm, дебит до 3000 m 3 / ден и налягане до 2000 m се използват);
  • - за системи на място за поддържане на налягането в резервоара при изпомпване на вода от долния водоносен хоризонт в горния нефт или от горния водоносен хоризонт в долния нефт през един кладенец (използват се така наречените инвертирани помпени агрегати, в които двигателят е разположен в горната част, след това хидравличната защита и най-долу центробежната помпа);
  • - специални помпени конфигурации в корпуси и с канали за поток за едновременна, но отделна работа на два или повече слоя от един кладенец (такива конструкции са по същество адаптации на известни елементи на стандартна потопяема помпена инсталация за работа в кладенец в комбинация с друго оборудване: газ асансьор, смукателна помпа, фонтан, ESP);
  • - специални инсталации на потопяеми центробежни помпи на кабелно въже. Желанието да се увеличат радиалните размери на ESP и да се подобрят техническите му характеристики, както и желанието да се опростят операциите по повдигане при подмяна на ESP, доведе до създаването на инсталации, спуснати в кладенеца върху специално кабелно въже. Кабелното въже може да издържи натоварване от 100 kN. Има непрекъсната двуслойна (на кръст) външна оплетка от здрави стоманени жици, увити около трижилен електрически кабел, който захранва двигателя.

Инсталирането на ESP е сложна техническа система и въпреки добре познатия принцип на работа на центробежна помпа, това е набор от елементи, които са оригинални по дизайн. Схематичната диаграма на ESP е показана на фигура 1.1.

Фигура 1.1 - Схематична диаграма на ESP

Инсталацията се състои от две части: повърхностна и потопяема. Повърхностната част включва автотрансформатор 1, контролна станция 2, понякога кабелен барабан 3 и оборудване на кладенеца 4. Потопяемата част включва тръбен низ 5, върху който потопяемият модул се спуска в кладенеца, брониран трижилен електрически кабел 6, през който се подава захранващо напрежение към потопяемия електродвигател и който е прикрепен към тръбната колона със специални скоби 7. Потопяемият агрегат се състои от многостъпална центробежна помпа 8, оборудвана с приемен екран 9 и възвратен клапан 10. , Често потопяемата инсталация включва дренажен клапан 11, през който течността се източва от тръбата при повдигане на инсталацията. В долната част помпата е шарнирно свързана с хидравличен защитен блок (протектор) 12, който от своя страна е шарнирно свързан с потопяем електродвигател 13. В долната част електродвигателят 13 има компенсатор 14.

1) Потопяема центробежна помпа (Фигура 1.2) е структурно набор от етапи с малък диаметър, които от своя страна се състоят от работни колела и направляващи лопатки, поставени в тялото на помпата (тръбата).

Фигура 1.2 - Схема на центробежна електрическа помпа

Работни колела, изработени от чугун, бронз или пластмасови материали, се монтират на вала на помпата с плъзгаща се закрепване с помощта на специален ключ. Горната част на работното колело (вал на помпата) има опорен крак (плъзгащ лагер), фиксиран в корпуса на помпата. Всяко работно колело лежи върху крайната повърхност на направляващата лопатка. Долният край на помпата има лагерен възел, състоящ се от ъглови контактни лагери. Лагерният възел е изолиран от изпомпваната течност и в някои конструкции валът на помпата е уплътнен със специално уплътнение. Потопяемата центробежна помпа е направена под формата на отделни секции с голям брой степени във всяка секция (до 120), което позволява помпата да бъде сглобена с необходимото налягане. Домашната индустрия произвежда стандартни и устойчиви на износване помпи. Износоустойчивите помпи са предназначени за изпомпване на течности с определено количество механични примеси от кладенци (посочени в паспорта на помпата). Всяка потопяема центробежна помпа има свой собствен код, който отразява диаметъра на колоната, потока и налягането. Например, помпата ESP6-500-750 е електрическа центробежна помпа за обсадни колони с диаметър 6, с оптимален дебит от 500 m 3 /ден при напор от 750 m.

Принципът на работа на помпата може да бъде представен по следния начин: течността, засмукана през приемния филтър, навлиза в лопатките на въртящото се работно колело, под въздействието на което придобива скорост и налягане. За да преобразува кинетичната енергия в енергия на налягането, течността, напускаща работното колело, се насочва към фиксирани канали с променливо напречно сечение на работния апарат, свързан към тялото на помпата, след което течността, напускаща работното устройство, влиза в работното колело на следващия етап и цикълът се повтаря. Центробежните помпи са предназначени за висока скорост на въртене на вала.

Всички видове ESP имат паспортна оперативна характеристика (Фигура 1.3) под формата на криви на зависимост (налягане, поток), (ефективност, поток), (консумирана мощност, поток). Зависимостта на налягането от захранването е основната характеристика на помпата.


Фигура 1.3 - Типични характеристики на потопяема центробежна помпа

  • 2) Потопяем електродвигател (SEM) - двигател със специална конструкция и е асинхронен двуполюсен AC двигател с ротор с катерица. Двигателят е напълнен с масло с нисък вискозитет, което изпълнява функцията за смазване на лагерите на ротора и отстраняване на топлината към стените на корпуса на двигателя, измити от потока от продукти от кладенеца. Горният край на вала на електродвигателя е окачен на плъзгащата се пета. Роторът на двигателя е секционен; секциите са монтирани върху вала на двигателя, изработени от плочи от трансформаторно желязо и имат жлебове, в които са вкарани алуминиеви пръти, съединени накъсо от двете страни на секцията с проводящи пръстени. Между секциите валът лежи върху лагери. По цялата си дължина валът на електродвигателя има отвор за циркулация на маслото вътре в двигателя, която също се осъществява през жлеба на статора. В долната част на двигателя има маслен филтър. Секциите на статора са разделени от немагнитни пакети, в които са разположени опорни радиални лагери. Долният край на вала също е фиксиран в лагера. Дължината и диаметърът на двигателя определят неговата мощност. Скоростта на въртене на вала на двигателя зависи от честотата на тока; при AC честота от 50 Hz, синхронната скорост е 3000 rpm. Потопяемите електродвигатели са маркирани с посочване на мощността (в kW) и външния диаметър на корпуса (mm), например PED 65-117 е потопяем електродвигател с мощност 65 kW и външен диаметър 117 mm. Необходимата мощност на електродвигателя зависи от дебита и налягането на потопяемата центробежна помпа и може да достигне стотици kW.
  • 3) Устройството за хидравлична защита се намира между помпата и двигателя и е предназначено да предпазва електродвигателя от попадане на изпомпвания продукт в него и да смазва ъгловия контактен лагер на помпата (ако е необходимо). Основният обем на хидравличния защитен блок, образуван от еластична торба, е пълен с течно масло. Чрез възвратен клапан външната повърхност на торбата възприема налягането на продукцията на кладенеца на дълбочината на спускане на потопяемия модул. По този начин, вътре в еластичната торба, пълна с течно масло, налягането е равно на налягането при потапяне. За да създадете излишно налягане вътре в тази торба, има турбина на вала на протектора. Течното масло през система от канали под свръхналягане навлиза във вътрешната кухина на електродвигателя, което предотвратява навлизането на продукти от кладенеца в електродвигателя.
  • 4) Компенсаторът е предназначен да компенсира обема на маслото вътре в двигателя при промяна на температурния режим на електродвигателя (отопление и охлаждане) и представлява еластична торба, пълна с течно масло и разположена в корпуса. Тялото на компенсатора има отвори, свързващи външната повърхност на торбата с кладенеца. Вътрешната кухина на торбата е свързана с електрическия мотор, а външната кухина е свързана с кладенеца. Тъй като маслото се охлажда, обемът му намалява и течността от кладенеца през отвори в корпуса на компенсатора навлиза в междината между външната повърхност на торбата и вътрешната стена на корпуса на компенсатора, като по този начин създава условия за пълно запълване на вътрешната кухина на потопяемия електродвигател с масло. Когато маслото в електродвигателя се нагрее, неговият обем се увеличава и маслото се влива във вътрешната кухина на компенсаторната торба; в този случай течността от кладенеца от пролуката между външната повърхност на торбата и вътрешната повърхност на корпуса се изстисква през отворите в кладенеца. Всички корпуси на елементите на потопяемия агрегат са свързани помежду си чрез фланци с шпилки. Валовете на потопяемата помпа, хидравличната защита и потопяемия електродвигател са свързани помежду си чрез шлицови съединители. По този начин потопяемият блок ESP е комплекс от сложни електрически, механични и хидравлични устройства с висока надеждност, което изисква висококвалифициран персонал.
  • 5) Възвратният клапан се намира в главата на помпата и е проектиран да предотвратява изтичането на течност през помпата от тръбния низ, когато потопяемият модул е ​​спрян. Спирането на потопяемия агрегат възниква по много причини: прекъсване на електрозахранването поради авария на електропровода; изключване поради активиране на защитата на двигателя; изключване при периодична работа и др. Когато потопяемият модул е ​​спрян (без захранване), колона от течност от тръбата започва да тече през помпата в кладенеца, завъртайки вала на помпата (и следователно вала на потопяемия двигател) в обратна посока. Ако захранването се възстанови през този период, двигателят започва да се върти в посока напред, преодолявайки огромна сила. Стартовият ток на двигателя в този момент може да надхвърли допустимите граници и ако защитата не работи, електрическият двигател се повреди. За да се предотврати това явление и да се намали времето за престой на кладенеца, потопяемата помпа е оборудвана с възвратен клапан. От друга страна, наличието на възвратен клапан при повдигане на потопяем модул не позволява течността да се оттича от тръбната колона. Инсталацията се повдига, когато тръбната колона се запълни с продукти от кладенеца, които се изсипват върху устието на кладенеца, създавайки изключително трудни условия за работа на подземния ремонтен екип и нарушавайки всички условия за осигуряване на безопасност на живота, пожар и опазване на околната среда, което е недопустимо. Следователно потопяемата помпа е оборудвана с дренажен клапан. добре пространствено оборудване
  • 6) Изпускателният клапан е поставен в специален съединител, който свързва тръбите помпа-компресор и като правило е бронзова тръба, единият край на която е запечатан, а другият, отворен край, е резбован в съединителя от вътре. Дренажният вентил е разположен хоризонтално по отношение на вертикалната тръбна колона. Ако е необходимо да се повдигне инсталацията от кладенеца, в тръбната колона се пуска малък товар, който се откъсва от бронзовата тръба на дренажния клапан и течността от тръбата се оттича в пръстена по време на повдигане.
  • 6) Електрическият кабел е предназначен да захранва клемите на потопяемия двигател. Кабелът е трижилен, с гумена или полиетиленова изолация на жилата и покрит с метална броня отгоре. Повърхностното брониране на кабела се извършва с поцинкована стоманена профилирана лента, която предпазва тоководещите проводници от механични повреди при спускане и изкачване на инсталацията. Предлагат се кръгли и плоски кабели. Плоският кабел има по-малки радиални размери. Кабелите са криптирани както следва: KRBK, KRBP - кабел с гумена изолация, брониран, кръгъл; кабел с гумена изолация, брониран, плосък. Медни проводници, с различни сечения. Кабелът е прикрепен към тръбната колона на две места: над съединителя и под съединителя. В момента се използват предимно кабели с полиетиленова изолация.
  • 7) Автотрансформаторът е предназначен да увеличи напрежението, подадено към клемите на потопяемия електродвигател. Мрежовото напрежение е 380 V, а работното напрежение на електродвигателите, в зависимост от мощността, варира от 400 V до 2000 V. С помощта на автотрансформатор мрежовото напрежение от 380 V се повишава до работното напрежение на всеки конкретен потопяем електрически двигател, като се вземат предвид загубите на напрежение в захранващия кабел. Размерът на автотрансформатора съответства на мощността на използвания потопяем двигател.
  • 8) Контролната станция е предназначена да контролира работата и защитава ESP и може да работи в ръчен и автоматичен режим. Станцията е оборудвана с необходимите контролно-измервателни системи, автомати, всички видове релета (максимални, минимални, междинни, релета за време и др.). При възникване на аварийни ситуации се задействат съответните системи за защита и инсталацията се изключва. Контролната станция е изработена в метална кутия и може да се монтира на открито, но често се поставя в специална кабина.