Бесштанговые насосы

Российский государственный  университет нефти и газа

имени И.М. Губкина

Кафедра Машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р Е Ф Е Р А  Т

По дисциплине: «Нефтегазопромысловое  оборудование»

На  тему: «Бесштанговые насосы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

                                             Студент группы НД-10-1

                                            Касьянов Н.A.

                                           Проверил:

                                             Слышенков В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2013 г.

 

Содержание

 

 

 

Содержание……………………………………………………….……………1

Электроцентобежный насос……………………………………….………….2

Общие сведения…………………………………………….……………

Конструкция ЭЦН…………………………………………….……...…4

Поверхностное оборудование…………………………………….…..10

Погружные винтовые насосы…………………………………….………….11

Диафрагменный электронасос………………………………………………13

Гидропоршневые  насосы…………………………………………………….15

Струйные  насосы……………………………………………………………..18

Список  литературы…………………………………………………………...20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

Общие сведения

Схема установки

 

Рис. 1. Схема установки скважинного        центробежного насоса с электроприводом:

 1 - компенсатор; 2 - погружной электродвигатель; 3                                                             - гидрозащита; 4 - приемная сетка насоса; 5 - насос; 6 - плоский кабель; 7 - обратный клапан; 8 - хомут, крепящий кабель к трубам; 9 - спускной клапан; 10 - круглый кабель; 11 - колонна НКТ; 12 - оборудование устья; 13 - опоры кабеля; 14 - трансформатор; 15 - станция управления.

 

Скважинный насос многоступенчатый и имеет 80-400 ступеней. Жидкость поступает в насос через сетку, расположенную в его нижней части. Насос подает жидкость из скважины в НКТ. Погружной электродвигатель – маслозаполненный, герметизированный. Для предотвращения попадания в него пластовой воды имеется узел гидрозащиты. Вал двигателя соединен с валом гидрозащиты и через него с валом насоса. Электроэнергия с поверхности к двигателю подается по кабелю. Рядом с НКТ идет круглый, а около насосного агрегата - плоский кабель. Использование плоского кабеля позволяет несколько увеличить диаметр насоса и двигателя.

Автотрансформатор применяют для повышения напряжения тока, получаемого от промысловой сети (обычно 380 В). У двигателя напряжение обычно больше (400-2000 В). Кроме  того необходимо скомпенсировать снижение напряжения в длинном кабеле.

Станция управления позволяет  включать и отключать установку  и имеет приборы, показывающие силу тока и напряжение.

Колонна НКТ  оборудуется обратным (7) и спускным (9) клапанами. Обратный клапан размещается в специальной муфте, конические резьбы, по концам которой позволяют встроить ее в НКТ. Обратный клапан позволяет при остановках насоса сохранить в колонне НКТ жидкость. Запуск происходит при заполненной жидкостью колонне подъемных труб, т. е. при большом напоре. При больших напорах центробежный насос требует меньшей приводной мощности. Спускной клапан позволяет освободить колонну труб от жидкости перед подъемом агрегата из скважины, если в колонне установлен обратный клапан. Установки ЭЦН разработаны для скважин с обсадными колоннами 146 и 168 мм. Для обсадных колонн каждого размера имеются погружные агрегаты двух габаритов.

Область применения

УЭЦН предназначен для  добычи нефти из скважин со средним  и высоким дебитом.

Для УЭЦН характерно:

1. Широкий диапазон подач:  Q = 10 – 1000 м³/сут;
2. Напор до 3500 м;
3. Самый высокий КПД в области больших подач среди всех механизированных способов добычи ≈ 40% при Q = 50 – 300 м³/сут, но в области малых подач КПД резко падает.
4. В отличие от ШСНУ, УЭЦН менее подвержены влиянию кривизны ствола скважины в процессе эксплуатации.
5. Добыча высокообводнённого пластового флюида (до 99% воды);
6. УЭЦН плохо работают в условиях:

• коррозионно-агрессивной среды;

• при выносе песка;
• при повышенных температурах;
• при высоком содержании газа.

 

Показатели  назначения по перекачиваемым средам следующие:

• среда - пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа);
• максимальная кинематическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и кпд - 1 мм/с;
• водородный показатель попутной воды рН 6,0 - 8,5;
• максимальное массовое содержание твердых частиц - 0,01 %;
• микротвердость частиц не более 5 баллов по Моосу;
• максимальное содержание попутной воды 99%;
• максимальное содержание свободного газа у основания двигателя 25%, для установок с насосными модулями – газосепараторами 55 %, при этом соотношение в откачиваемой жидкости нефти и воды регламентируется универсальной методикой подбора УЭЦН к нефтяным скважинам;
• максимальная концентрация сероводорода: для установок обычного исполнения 0,001%; для установок коррозионностойкого исполнения 0,125%;
• температура перекачиваемой жидкости в зоне работы погружного агрегата не более 90 °С.

Обозначения

Все насосы делятся на две основные группы: обычного и износостойкого исполнения. Подавляющая часть действующего фонда насосов (≈95 %)  - обычного исполнения.

Насосы износостойкого исполнения предназначены для работы в скважинах, в продукции которых имеется небольшое количество песка и других механических примесей (до 1 % по массе).

По поперечным размерам все насосы делятся на 3 условные группы: 5, 5А и 6, что означает номинальный диаметр обсадной колонны (в дюймах), в которую может быть спущен данный насос.

Группа 5 имеет наружный диаметр корпуса 92 мм, группа 5А - 103 мм и группа 6 - 114 мм. Частота вращения вала насосов соответствует частоте переменного тока в электросети. В России это частота  -  50 Гц, что дает синхронную скорость (для двухполюсной машины) 3000 мин^-1. В шифре ПЦЭН заложены их основные номинальные параметры, такие как подача и напор при работе на оптимальном режиме. Например, ЭЦН5-40-950 означает центробежный электронасос группы 5 с подачей 40 м³/сут (по воде) и напором 950 м. ЭЦН5А-360-600 означает насос группы 5А с подачей 360 м³/сут и напором 600 м.

В шифре насосов  износостойкого исполнения имеется буква "И", означающая износостойкость. В них рабочие колеса изготовляются не из металла, а из полиамидной смолы. В корпусе насоса примерно через каждые 20 ступеней устанавливаются промежуточные резинометаллические центрирующие вал подшипники, в результате чего насос  износостойкого   исполнения имеет меньше ступеней и соответственно напор.

Конструкция центробежного насоса

Конструкция ступени

Рабочим органом скважинного  центробежного насоса служит ступень  насосная (СН) с цилиндрическими (ЦЛ) или наклонно-цилиндрическими лопатками (НЦЛ), состоящая из рабочего колеса и направляющего аппарата.

                                               Рис. 2. Ступень ЭЦН

 

Ступени с ЦЛ применяются  на номинальные подачи до 125 м³/сут в насосах с наружным диаметром 86 и 92 мм, до 160 м³/сут в насосах с диаметром 103 мм и до 250 м³/сут в насосах с диаметром 114 мм.

Ступени с НЦЛ применяются  в насосах с большей подачей. В области своего применения ступени с НЦЛ имеют более высокий КПД и более чем в 1,5 раза увеличенную подачу, чем ступени с ЦЛ в тех же диаметральных габаритах. Наружный диаметр ступеней 70, 80, 90 и 100 мм.

Ступени размещаются  в расточке цилиндрического корпуса  каждой секции. В одной секции насоса может размещаться от 39 до 200 ступеней в зависимости от их монтажной высоты. Максимальное количество ступеней в насосах достигает 550 штук.

Для возможности сборки ЭЦН с таким количеством ступеней и разгрузки вала от осевой силы применяется плавающее рабочее колесо. Рабочее колесо в насосе не фиксируется на валу в осевом направлении и удерживается от проворота призматической шпонкой. Колесо может свободно перемещаться в осевом направлении в промежутке, ограниченном опорными поверхностями направляющих аппаратов.

Колесо опирается на индивидуальную для каждой СН осевую опору, состоящую из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антифрикционной износостойкой шайбы, запрессованной в расточку рабочего колеса; при этом утечка через переднее уплотнение колеса практически равна нулю. Но механический КПД ступени с плавающим рабочим колесом снижается из-за потерь трения в нижней опоре колеса. Величина этих потерь в первом приближении пропорциональна осевой силе, действующей на рабочее колесо ступени.

Наиболее распространенный в настоящее время способ разгрузки колеса от осевой силы в ступенях с НЦЛ - создание при помощи выполненного у колеса второго верхнего уплотнения камеры за ведущим диском колеса, в котором давление с помощью отверстий в ведущем диске уравнивается с давлением у входа в колесо (рис. 4, а). Разгрузка рабочего колеса позволяет существенно снизить осевую силу. Такие ступени по сравнению с аналогичными ступенями с неразгруженными рабочими колесами имеют ряд преимуществ: повышенный ресурс работы индивидуальной нижней опоры рабочего колеса, увеличенный КПД ступени.

 

Рис. 4. Конструкции ступеней:

а - с разгруженным рабочим колесом, б - двухопорная.

1 — корпус; 2 — направляющий  аппарат; 3 — рабочее колесо

 

Недостатками ступеней с разгруженными рабочими колесами является усложнение технологии и повышение трудоемкости изготовления, функциональный отказ способа разгрузки при засорении разгрузочных отверстий и при износе верхнего уплотнения рабочего колеса.

Усиление пары индивидуальной осевой опоры и межступенного  уплотнения СН может быть достигнуто применением двухопорной конструкции ступени (рис. 1.3, б). Двухопорная конструкция СН имеет по сравнению с одноопорной ступенью, повышенный ресурс индивидуальной нижней пяты ступени, более надежную изоляцию вала от абразивной и коррозионно-агрессивной протекающей жидкости, увеличенный ресурс работы и большую жесткость вала насоса из-за увеличенных осевых длин межступенных уплотнений, служащих в ЭЦН помимо уплотнения дополнительными радиальными подшипниками.

Типы и конструкция  погружных электродвигателей

Погружные электродвигатели, служащие для привода центробежных насосов - асинхронные, с короткозамкнутыми роторами, маслозаполненные. При частоте тока 50 Гц синхронная частота вращения их вала равна 3000 мин^-1.

Двигатели, как и насосы, имеют малые диаметры, различные для скважин с обсадными колоннами 168 и 146 мм. Их мощность достигает 125 кВт. Напряжение тока у двигателей 400-2000 В и зависит от типоразмера двигателя. Рабочая сила тока 20-85 А, скольжение 6 %.

Малые диаметры и большие  мощности вызывают необходимость увеличивать длину двигателей, которая иногда превышает 8 м.

Погружной электродвигатель (рис. 8), как и всякий электродвигатель, имеет статор и ротор. Статор и ротор погружного электродвигателя секционные. Каждая секция длиной около 300 мм. Секция статора имеет набор магнитных жестей 9, по обе стороны которого имеется пакет немагнитных жестей 8, в последних расположены корпуса радиальных опор скольжения 7 вала 11. Секция ротора имеет набор жестей ротора 10 и втулки опор 7 вала. Жести статорных секций имеют отверстия для катушек обмотки статора. В жестях роторных секций расположена «беличья клетка». Статор запрессован в корпус 12. Ротор собран на валу 11. Число секций ротора и статора доходит до 12—15.  В верхней части двигателя имеется головка 2, в которой размещена осевая опора вала (детали 3 и 4) и подсоединение кабеля 5. Вал двигателя в верхней части заканчивается шлицевой муфтой 1, соединяющей валы двигателя и гидрозащиты. В нижней части двигателя, в его основании 14, расположен фильтр 13 и клапаны, соединяющие полость двигателя с компенсатором, расположенным ниже двигателя.

Рис. 8. Схема  погружного  электродвигателя

 

Двигатель заполнен изоляционным сухим трансформаторным маслом. При большой длине статора двигателя масло в зазоре между статором и ротором перегревается. Воизбежании местного перегрева масла, в двигателе осуществляется его циркуляция. Вал двигателя имеет отверстие, по которому масло поступает от фильтра 13 к турбинке 6. Турбинка, вращаясь с валом, нагнетает масло из внутренней полости вала в верхнюю часть двигателя. Создается перепад давления масла и оно движется сверху к фильтру по зазору между статором и двигателем.  

В шифре электродвигателей, например, ПЭДС-90-117В5 приняты следующие  обозначения: ПЭД - погружной электродвигатель, С - секционный, 90 - номинальная мощность, 117 - внешний диаметр двигателя, В5 - исполнение двигателя, соответствующее климатическим условиям применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газосепаратор

 

Позволяют отделить часть  газа до его входа в насос. Имеет центробежный принцип действия (но не колесо, а шнек).

При арвщении вала к стенке отделяется более тяжелая среда (жидкость), а в центре около вала остается газ. Есть специальное устройство, которое переводит газ в затрубье.

Рис. 10. Газосепаратор типа МН(К)-ГСЛ

1 - корпус; 2 - головка; 3 - основание; 4 - вал; 5 - канал для газа, б - канал для жидкости;

7 - радиальный подшипник; 8 - приемные  каналы; 9 - подпятник; 10 - радиальный  подшипник; 11 - пята, 12 - шнек; 13 - осевое  колесо; 14 - сепараторы;

15 - втулки подшипников; 16 - направляющий аппарат

Гидрозащита

Для увеличения работоспособности  погружного электродвигателя большое значение имеет надежная работа его гидрозащиты, предохраняющей электродвигатель от попадания в его внутреннюю полость пластовой жидкости и компенсирующей изменение объема жидкости в двигателе при его нагреве и охлаждении, а также при утечке масла через негерметичные элементы конструкции. Пластовая жидкость, попадая в электродвигатель, снижает изоляционные свойства масла, проникает через изоляцию обмоточных проводов и приводит к короткому замыканию обмотки. Кроме того, ухудшается смазка подшипников вала двигателя.