УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Гардт Александрович Демченко Яна Сергеевна группа 23 -99
УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА (УЭЦН) • комплекс оборудования для механизированной добычи жидкости через скважины с помощью центробежного насоса , соединенного с погружным электродвигателем
ОБОРУДОВАНИЕ УЭЦН: • Наземное (устьевая арматура, станция управления работой скважинной установки и трансформатор напряжения) • Подземное оборудование (НКТ, сливной и обратный клапана, кабель, электроцентробежный насос, газосепаратор, протектор, погружной электродвигатель, компенсатор, высокоточная система погружной телеметрии)
Устьевая арматура • арматура предназначена для обвязки и герметизации устья нефтяных скважин, оборудованных ЭЦН, проведения технологических операций, регулирования отбора жидкости и проведения глубинных исследований.
АУЭЦН 50 -14 -00. 000
Станция управления работой скважины • Станции Управления (СУ) предназначены для управления, защиты и контроля параметров УЭЦН. В СУ реализованы решения, конструкции и компоненты, которые обеспечивают оптимальное соответствие эксплуатационным условиям. Они обеспечивают питание цепи «Трансформатор - Погружной кабель Погружной электродвигатель» , позволяют получать сведения о работе погружного оборудования, поддерживать и изменять технологический режим работы скважины в зависимости от текущих пластово-скважинных условий и обеспечивать безаварийную работу оборудования на месторождении.
СУ УЭЦН
СУ УЭЦН
Трансформатор напряжения • предназначен для компенсации падения напряжения в кабеле, подводящем ток к погружному электродвигателю и спускаемом с установленного на поверхности барабана. Кабель крепится к насосно-компрессорным трубам с помощью крепильного пояса.
Трансформатор напряжения
НКТ (Насосно-компрессорные трубы) • используются в эксплуатации газовых и нефтяных скважин, для транспортировки газообразных и жидкообразных веществ, а так же для ремонтных и спускоподъемных работ. В связи с постоянными механическими нагрузками и взаимодействиями с агрессивными средами Насосно. Компрессорные трубы НКТ очень сильно подвергаются коррозии и эрозии.
НКТ
Сливной клапан • предназначен для выпуска жидкости из НКТ перед их подъемом и представляет собой узел, монтируемый над насосом. Технически он выполняется в виде конусной муфты с отверстиями и конусной втулки. Муфта устанавливается над насосом при спуске цилиндра в скважину, втулка насаживается на шток плунжера и укрепляется специальной опорной втулкой.
Сливной клапан
Обратный клапан • предназначен для надежного удержания пластовой жидкости в колонне насоснокомпрессорных труб (НКТ), предотвращения обратного вращения ротора (ЭЦН) насоса при его остановках, обеспечения повторного запуска насосного агрегата и защиты проточных полостей насоса от механических примесей, осаждающихся из колонны НКТ.
Обратный клапан
Кабель • предназначен для подачи электрического напряжения переменного тока с поверхности к погружному двигателю установки. Кабельная линия состоит из основного кабеля (плоского или круглого) и соединенного с ним плоского кабеля -удлинителя с муфтой кабельного ввода. Соединение основного кабеля с удлинителем производится неразъемной соединительной муфтой (сросткой). С помощью сростки также могут быть соединены участки основного кабеля для получения необходимой длины. Кабель - удлинитель имеет уменьшенные наружные размеры по сравнению с основным кабелем. Муфта кабельного ввода обеспечивает герметичное присоединение кабеля к ПЭД. В зависимости от температуры и агрессивности откачиваемой среды выпускаются кабели с различной степенью изоляции. Современные кабели способны работать при температуре до 200 °С и напряжении до 4000 В.
Кабель
Электроцентробежный насос (ЭЦН) • Электроцентробежный погружной насос представляет собой агрегат, спускаемый в скважину на насосных трубах. • Электроцентробежный насос предназначен для добычи скважиной жидкости либо её нагнетания в пласт. Принцип работы насоса состоит в нагнетании жидкости из колес в аппараты за счет центробежной силы, возникающей при вращении ротора с закрепленными на нем колесами. Проходные сечения рабочих органов определяют пропускную способность (подачу) насоса, а их количество - напор.
• Электроцентробежные погружные насосы применяют для эксплуатации глубоких скважин с низкими статическими уровнями и высокими коэффициентами продуктивности, при которых обеспечивается большой приток жидкости. Их также применяют для работы в сильно искривленных скважинах. Эти насосы являются хорошим средством для откачки больших количеств воды из скважин, где осуществляется форсированный отбор жидкости из пласта. За последнее время электроцентробежные погружные насосы находят применение при освоении нагнетательных скважин.
• Ступень центробежного насоса содержит направляющий аппарат с рабочим колесом. Направляющие аппараты стянуты в цилиндрическом корпусе насоса, а рабочие колеса зафиксированы шпонкой на валу, подвешенном на осевой опоре и вращающемся в концевых промежуточных радиальных опорах. Детали отливаются из спец. чугуна, бронзы, коррозионно- и абразивостойких сплавов и полимерных материалов. Для уменьшения попадания в насос свободного газа перед ним устанавливается гравитационный, гидроциклонный или центробежный (центрифуга) газосепаратор.
• Насосные секции могут быть различной длины, что обеспечивает оптимальный подбор насоса к любой скважине. • Электродвигатель состоит из статора, содержащего цилиндрический корпус с запрессованными пакетами электротехнической стали, в пазах которых размещена обмотка, и подвешенного на осевой опоре ротора с закрепленными на валу стальными пакетами , где размещена короткозамкнутая обмотка типа “беличье колесо”; между пакетами расположены радиальные опоры.
Ступень ЭЦН 1 - направляющий аппарат 2 – рабочее колесо
Газосепаратор УЭЦН • Газосепараторы - это аппараты, предназначенные для отделения от газа твердых частиц и жидкости. • Газосепараторы предназначены для обеспечения стабильной работы погружного насоса при откачке высокогазированной жидкости. • Газосепаратор работает следующим образом: газожидкостная смесь ( ГЖС) попадает через сетку и отверстия входного модуля на шнек и далее к рабочим органам газосепаратора. За счет приобретенного напора ГЖС поступает во вращающуюся камеру сепаратора, снабженную радиальными ребрами, где под действием центробежных сил газ отделяется от жидкости. Далее жидкость с периферии камеры сепаратора поступает по каналам переводника на прием насоса, а газ через наклонные отверстия отводится в затрубное пространство.
Протектор • Протектор входит в состав гидрозащиты, предназначенной для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановках. • Протектор имеет две упругие диафрагмы (верхнюю и нижнюю), за счет деформации которых компенсируются изменения объема масла в электродвигателе. • Протектор устанавливается в верхней части погружного электродвигателя между двигателем и газосепаратором (или приемным модулем насоса в случае отсутствия газосепаратора).
Протектор
Погружной электродвигатель (ПЭД) • двигатель, который служит приводом для центробежных насосов, работающих в глубинных скважинах. Погружной электродвигатель является составляющей частью погружного насосного агрегата, в который входят так же насос, сливной и обратные клапаны. Главным условием продолжительной бесперебойной работы погружного электродвигателя является его гидрозащита, поскольку при работе он находится полностью погруженный в среду перекачивания. Жидкость может быть самая различная – от воды, смеси соль-воды до нефти и ее смесей с водой и газами. Таким образом, среда зачастую бывает агрессивная, приводящая к быстрой коррозии. Именно поэтому при производстве погружного электродвигателя гидрозащите уделяется наибольшее внимание. • Погружные электродвигатели для добычи нефти производятся в самом разном исполнении, мощностью от 10 до 1600 л. с. Так как двигатель работает при температуре до 90˚ С существуют специальные теплостойкие исполнения электродвигателя (до +140˚С). Поскольку ПЭД работает полностью погруженным в жидкость, то одним из главных условий надежной работы является его герметичность. Двигатель заполняется специальным маслом, которое служит как для охлаждения двигателя, так и для смазки деталей.
• Статор электродвигателя состоит из трубы, в которую запрессован сердечник. Обмотка выполнена из провода с водостойкой изоляцией, соединена в "звезду" и имеет три выводных конца для соединения с кабелем. Вал ротора имеет центральное сквозное отверстие для циркуляции воды в полости электродвигателя. Втулки подшипников изготовлены из коррозионно-стойкой стали. Верхняя и нижняя опоры отлиты из чугуна. • В корпусе каждой опоры запрессованы два подшипника скольжения. Имеющие пазы для смазки подшипников водой. Упорный подшипник, состоящий из пяты и подпятника, расположен в нижней части двигателя. Подпятник представляет собой обрезиненный металлический диск. • Переходник предназначен для присоединения насоса, отлит из чугуна и располагается в верхней части двигателя. В нижней части электродвигателя расположен холодильник трубчатой конструкции. Для улучшения условий охлаждения предусмотрена циркуляция воды, осуществляемая установленной в верхней части вала ротора насосной ступенью, состоящей из рабочего колеса и направляющего аппарата.
• Компенсация изменения объема жидкости, заполняющей двигатель, осуществляется конструкцией насоса. Электродвигатели серий ПЭДВ-219, ПЭДВ-180, ДПТВ 12 состоят из ротора, статора, щитов подшипниковых (верхнего и нижнего), радиальных резинометаллических подшипников, пяты (узел упорного подшипника), подпятника, днища. Герметизация двигателей осуществляется посредством резиновых колец. Статор представляет собой трубу, в которую запрессован сердечник, набранный из листов стали. В пазы сердечника уложена обмотка, выполненная проводом с полиэтиленовой водостойкой изоляцией, допускающей длительную работу в воде. Ротор состоит из вала, сердечника ротора. Сердечник собран из листов, штампованных из электротехнической стали. Обмотка ротора короткозамкнутая, выполнена путем заливки пазов сердечника алюминием. С двух сторон сердечника на вал установлены кольца.
Компенсатор • Компенсатор входит в состав гидрозащиты, предназначенной для защиты погружных маслозаполненных электродвигателей от проникновения пластовой жидкости в их внутреннюю полость, компенсации утечки масла и тепловых изменений его объема при работе электродвигателя и его остановках. Компенсатор имеет устройство для автоматического сообщения с полостью электродвигателя. Компенсатор устанавливается в нижней части погружного электродвигателя.
Высокоточная система телеметрии • Осуществляет контроль над работой погружного двигателя и мониторинг параметров среды в забое скважины; диагностика неполадок ЭЦН и проведение предупредительных профилактических мероприятий (например: засорение, запарафинивание); оптимизация режима работы УЭЦН (работа на максимальной депрессии, оптимальный режим АПВ); проведение гидродинамических исследований в постоянно работающих скважинах. Использование высокоточной ТМС заключается в применении точных датчиков давления, температуры, вибрации, наличием вспомогательных датчиков для минимизации дрейфа.
Высокоточная система телеметрии • Состав системы Высокоточная система телеметрии, как и обычная, состоит из наземного и подземного блоков. Высокоточные погружные блоки БП-103 М обеспечивают передачу геофизической информации на поверхность и позволяет контролировать технологические параметры электронасоса: температуру и давление масла и окружающей среды, вибрацию корпуса ПЭД и др. Наземные блоки высокоточной телеметрии обеспечивают прием и архивацию информации о работе пластов и УЭЦН. Легко интегрируются в существующие диспетчерские системы промысла. Могут комплектоваться системами передачи данных.
Запуск УЭЦН • Одна из причин нарушения изоляции и выхода из строя УЭЦН — это резкое повышение силы тока электродвигателя (в 3— 6 раз) при запуске установки в работу, особенно при больших глубинах подъема нефти, поэтому УЭЦН в таких условиях запускают при закрытой задвижке на устье скважины. • В некоторых конструкциях не предусмотрены запорные устройства, необходимые для предотвращения перелива жидкости в случае обрыва полированного штока, при замене задвижки и т. • При запуске УЭЦН, оборудованного описанным клапаном, автоматически создается эффект закрытой задвижки, снижающий пусковой ток электродвигателя. • Сверху на корпусе монтируется фланец-планшайба, на которой установлены две центральные ствольные задвижки. • перед вскрытием герметичной системы необходимо отключить задвижками этот участок. • Если задвижки не обеспечивают плотности закрытия, то следует установить заглушки с хвостовиками.
Условия применения УЭЦН : • жидкость с содержанием механических примесей не более 0, 5 г/л, • свободного газа на приеме насоса не более 25 %; • сероводорода не более 1, 25 г/л; • воды не более 99 %; • водородный показатель ( р. Н) пластовой воды в пределах 6– 8, 5; • температура в зоне размещения электродвигателя не более +90 °С ( специального теплостойкого исполнения до +140 °С).
Ограничения при эксплуатации УЭЦН При повышении частоты питающего напряжения необходимо учитывать зависимости изменения параметров погружного оборудования (закон подобия). Ограничивающими факторами при повышении частоты являются: • запас мощности погружного двигателя – при повышении частоты мощность изменяется линейно, в то время, когда потребляемая насосом мощность изменяется с кубической зависимости, и наступает момент, когда двигатель не сможет выдать необходимую насосу мощность (вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу); • прочность валов погружной системы – при повышении частоты растет нагрузка на вал (т. к. меняется напор, производительность, и момент сопротивления вращению вала) и, выбрав погружной двигатель с большим запасом по мощности имеется риск скручивания вала, особенно при наличии в перекачиваемой жидкости механических примесей (эффект подклинивания); • глубина спуска УЭЦН – при повышении частоты в квадратичной зависимости увеличивается напор насоса и существует риск, что напор может превысить глубину спуска УЭЦН и произойдет остановка по недогрузу (когда насос откачает всю жидкость до приема насоса и перейдет в режим холостого хода).
При понижении частоты ограничивающими факторами являются: • напор насоса – при снижении частоты напор насоса ЭЦН снижается в квадратичной зависимости и может произойти момент, когда энергии насоса (напора) не хватит, чтобы поднять столб жидкости с динамического уровня и произойдет срыв подачи и остановка УЭЦН от срабатывания защиты по недогрузу (ЗСП). • минимально допустимая частота для погружных систем (рекомендуемая заводами-изготовителями): • - для УЭЦН отечественного производства – 40 Гц; • - для УЭЦН импортного производства – 35 Гц. • максимальная частота для погружных систем: • - для УЭЦН отечественного производства – 60 Гц; • - для УЭЦН импортного производства – 70 Гц. • максимально возможное напряжение питания ПЭД – при повышении частоты необходимо повышать напряжение, подаваемое на двигатель с учетом потерь в кабельной линии, потому что может наступить момент, когда при увеличении частоты вырастет ток и произойдет остановка по перегрузу.
Преимущества ЭЦН • Вследствие минимальных требований к оборудованию на устье, ЭЦНы могут пользоваться спросом для применений на площадках с ограниченными рабочими площадями, как например на морских установках, если затраты на подъем не являются ограничивающим фактором. Они также используются на промыслах, где нет доступного газа для систем газлифта. ЭЦНы являются одним из наиболее высокообъемных методов механизированной эксплуатации. ЭЦНы имеют преимущество над другими высокообъемными методами, так как они могут создавать более высокую депрессию на пласт и повысить его продуктивность в тех случаях, когда возможно решение проблем с помехой от газа и выноса песка. Диаметр обсадной колонны также не является важным для обеспечения возможности откачки таких больших объемов. • По мере роста объемов заводнения, традиционным становится откачка нескольких тысяч баррелей жидкости в сутки в процессе улучшения эффективности пластового вытеснения. Данная система легко может быть автоматизирована и может проводить откачку периодически или постоянно, но постоянная откачка является предпочтительной для увеличения срока службы. Для неглубоких скважин капитальные затраты являются относительно невысокими.
Недостатки ЭЦН • Существует несколько недостатков ЭЦН. Основной проблемой является ограниченный срок службы. Насос как таковой относится к высокоскоростному центробежному типу, который может быть поврежден абразивными материалами, твердой фазой или обломками. Формирование окалины или минерального осадка может помешать работе ЭЦН. Экономическая эффективность ЭЦН в большой мере зависит от стоимости электроэнергии. Это является особенно критичным в отдаленных регионах. Система не обладает широкой эксплуатационной гибкостью. Все основные компоненты находятся в призабойной зоне скважины, поэтому, когда возникает проблема или требуется замена какого-либо компонента, приходится извлекать всю систему целиком. • Если присутствует высокий процент газа, принимаются меры для его отделения и возврата назад в обсадную колонну до того как он попадет в насос. Засасывание больших объемов свободного газа может вызвать неустойчивую работу и привести к механическому износу и возможному перегреву. На морских установках, где по правилам требуется применение пакера, весь газ откачивается с жидкостью. В этих особых условиях применяются специальные насосы, в которых возможно создание первичного напора на приеме насоса.
Преимущества УЭЦН • Скважины, оборудованные установками погружных центробежных электронасосов, выгодно отличаются от скважин, оборудованных глубиннонасосными установками. • Здесь на поверхности нет механизмов с движущимися частями, отсутствуют громадные металлоемкие станки - качалки и массивные фундаменты, необходимые для их установки. • Применение такого оборудования позволяет вводить скважины в эксплуатацию сразу же после бурения в любой период года, даже в самые суровые зимние месяцы, без больших затрат времени и средств на сооружение фундаментов и монтажа тяжелого оборудования. При эксплуатации скважин ЭЦН устье легко поддается герметизации, что позволяет осуществлять сбор и отвод попутного газа. Для установок ЭЦН характерно отсутствие промежуточного звена насосных шланг, благодаря чему повышается межремонтный период работы скважин. • Расширяется область применения насосной добычи из глубоких скважин и форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин, а также наклонно-направленных скважин.
Недостатки УЭЦН • К недостаткам бесштанговых насосных установок можно отнести: сложный ремонт скважины при падении труб, иногда не приводящий к результату; сложное оборудование (шкаф ШГС), требующее электрика высокой квалификации. • На больших оборотах нефть смешивается с водой, приходится тратить большое количество энергии, чтобы отделить нефть от воды. ЭЦН могут применяться также для межпластовой закачки воды и для поддержания пластовых давлений в нефтяных залежах. • Не рекомендуется применять погружные электроцентробежные насосы в скважинах: а)в жидкостях, в которых содержится значительное количество песка, вызывающего быстрый износ рабочих деталей насоса; б)с большим количеством газа, снижающего производительность насоса. • Содержание свободного газа у первой ступени насоса не должна превышать 2% от объема перекачивающей жидкости. • Повышение содержания свободного газа приводит к снижению напора, подачи, коэффициента полезного действия, а работа насоса становится неустойчивой. • Современные штанговые насосы не позволяют эксплуатировать скважины большой глубины, которые достигают 500 м и более, что объясняется необходимостью иметь громоздкое тяжелое оборудование со штангами, изготовленными из стали высокой прочности. Да и подача этих насосных установок недостаточна. Поэтому в настоящее время разработаны принципиально новые бесштанговые насосные установки с переносом двигателей на забой.
Скачать презентацию УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Гардт Александрович Демченко Яна Сергеевна
Презентация Демченко Гардт 23-99гр. 2012 год.ppt