Технологическая часть. Станции управления погружными насосами на сегодня выполняют следующие функции
 Скачать 1.03 Mb.
|
 Введение Сегодня в Российской нефтедобывающей отрасли большая часть насосов, свыше 85%, это электропогружные насосные установки. Парк электропогружных насосных установок начал интенсивно расти в отрасли, начиная с 1999 года, в связи с переходом на интенсивную добычу нефти. Процесс интенсификации добычи связан с увеличением глубин спуска электропогружных насосных установок, с большим содержанием свободного газа и механических примесей в откачиваемой жидкости, с повышением температуры откачиваемой жидкости, с отложением солей на элементах погружного оборудования. Кроме собственно самого электроцентробежного насоса, в комплекс установок электроцентробежного насоса входит станция управления (СУ) и трансформатор для погружных насосов (ТМПН). От работы СУ и ТМПН зависит и долговечность оборудования, и правильность работы системы «пласт-скважина-насосная установка». Станции управления погружными насосами на сегодня выполняют следующие функции: - обеспечения необходимых защит электроцентробежного насоса; - обеспечения технологического режима работы скважины; - передачи информации в системы телеметрии; - хранение истории работы станции управления. Все вышеперечисленные функции являются обязательными и реализованы в станции управления любых производителей. Система состоит из: - электроцентробежного насоса (ЭЦН); - наземного электрооборудования, в состав которого входит СУ и ТМПН; - автоматического датчика уровня, эхолот; - датчика расхода, роль которого в данном случае играет информация о дебите, поступающая в станцию управления с верхнего уровня. Система постоянно контролирует уровень жидкости и дебит скважины и на основе этих данных рассчитывает и задаёт частоту вращения ЭЦН насоса. Регулирование происходит по 2-м основным критериям: - поддержание заданного уровня жидкости в скважине; - недопустимость срыва подачи. Если ранее скважина работала в режиме «по графику» 2 часа работы на 4 часа простоя и общий дебит за месяц составлял на 30 процентов меньше, чем дебет при работе станции управления с преобразователем частоты. Таким образом, применение системы «интеллектуальной скважины» позволило: - перевести оборудование на режим постоянной работы, отсутствие режимов пуск/стоп; - увеличить на 30 процентов добычу; - улучшить режим работы пласта. Приведённый простой пример показывает, каких результатов можно добиться, используя «интеллектуальную» станцию управления с преобразователем частоты. При использовании систем погружной телеметрии применение преобразователя частоты позволит гораздо более эффективно выстраивать алгоритмы работы скважины, учитывая массу дополнительных параметров. Система, включающая в себя станцию управления с преобразователем частоты, комплект погружной телеметрии позволяет построить на базе рабочей станции некий мини - центр по обработке информации о скважине и выбору оптимального режима её эксплуатации. Кроме всех вышеперечисленных плюсов станции управления с преобразователем частоты хотелось бы отметить некоторые уникальные возможности: - Плавный пуск/остановка - кроме изменения частоты вращения электродвигателя, преобразователь частоты может плавно разгонять двигатель до номинального режима работы и плавно его останавливать. Плавный пуск и торможение исключают биения механизма, а значит, уменьшают механический и электрический износ оборудования. - Пуск ЭЦН при турбинном вращении - общеизвестно, что при остановке насоса нефть начинает стекать, возникает так называемое турбинное вращение, то есть разворот двигателя в противоположенном направлении. Повторный запуск в случае турбинного вращения возможен только по его окончании. На опыте нашей эксплуатации это время составляет от 20 до 60 минут. Используя станцию управления с преобразователем частоты можно запустить двигатель в любой момент, игнорируя турбинное вращение. Применение станций управления с преобразователями частоты имеют ряд особенностей, обусловленных физическими параметрами: При выборе станции управления необходимо руководствоваться параметрами двигателя и скважины. Мощность преобразователя частоты и всей остальной силовой аппаратуры зависит от мощности двигателя и от глубины его расположения в скважине. Обычно для номинальной работы преобразователь частоты выбирают на типоразмер выше, чем мощность двигателя. Например, для двигателя 37 киловатт выбирают преобразователь частоты 45 киловатт. Если преобразователь частоты поставить на двигатель большей мощности, чем сам преобразователь, то нет никакой гарантии, что привод запустится, и будет работать. У каждого преобразователя частоты есть свои внутренние защиты, которые не позволят работать приводу за пределами критических параметров, выходной ток не должен превышать допустимого значения. Преобразователь частоты может запустить двигатель, но он будет работать неустойчиво, что может привести к выходу его из строя. Как известно, выходной напор насоса напрямую зависит от частоты вращения двигателя. Поэтому существуют пределы минимальной частоты вращения двигателя, которые зависят от глубины расположения насоса в скважине. Чем глубже расположен насос, тем выше минимальный предел частоты. При регулировании частоты вращения двигателя необходимо учитывать этот факт. Альтернативой погружным асинхронным двигателям являются вентильные двигатели. Вентильный двигатель представляет собой двигатель постоянного тока, у которого функцию коллектора выполняют электронные ключи. Управление ключами осуществляется в зависимости от сигнала с датчика положения ротора. В случае погружных двигателей нет возможности реализовать конструктивно датчик положения ротора, поскольку необходимо было бы связывать датчик, расположенный на валу двигателя с преобразователем частоты, расположенным в станции управления на поверхности земли. Поэтому контроль положения ротора осуществляется за счет математической обработки параметров на выходе станции управления. Преимущества вентильных двигателей: - самое эффективное преобразование электрической энергии в механическую, а значит коэффициент полезного действия, у вентильного двигателя на 5-7 процентов выше, чем у асинхронного; - как и двигатель постоянного тока, вентильный двигатель имеет жесткую механическую характеристику; - очень важно то, что потребляемый ток имеет прямую зависимость от развиваемого момента; - использование вентильных двигателей позволяет точнее и проще построить математические модели, так как у вентильного двигателя известна реальная частота и моментная характеристика. Таким образом, «Интеллектуализация» станции управления нефтедобычи диктуется общемировой тенденцией к переносу всё большего количества функций непосредственно к управляемому механизму, в данном случае к электроцентробежному насосу. Применение «интеллектуальных» станций управления позволяет оптимизировать процесс нефтедобычи, получить ощутимый прирост дебита, увеличить срок службы оборудования. Целью выпускной квалификационной работы является разработка технологии пуска установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) в работу на базе предприятия «Сервис ЭПУ» с разработкой практического занятия по дисциплине «Эксплуатация и монтаж систем электроснабжения» Задачами выпускной квалификационной работы является: - изучить конструкцию, назначение и технические характеристики УЭЦН; - составить технологическую карту пуска УЭЦН в работу; - провести анализ отказов, предложить мероприятия по повышению надежности работы оборудования; - провести анализ педагогической и методической литературы по рассматриваемому вопросу; - предложить методическую разработку практического занятия по дисциплине «Эксплуатация и монтаж систем электроснабжения». 1 Технологическая часть 1.1 Характеристика предприятия ООО «Сервис ЭПУ» ООО «Сервис ЭПУ» зарегистрировано по адресу 461040, Оренбургская область г. Бузулук, ул. Гая 69. Компания основана в 2005 году и является одним из ведущих российских поставщиков насосного оборудования для перемещения жидкости различного назначения. Компания, специализирующаяся на подборе и сервисном обслуживании оборудования для механизированной добычи нефти и поддержания пластового давления: Установка электроприводного центробежного насоса (УЭЦН), установки электровинтовых насосов (УЭВН), горизонтальная насосная установка (ГНУ). Многолетний опыт работы и отлаженная до автоматизма процедура взаимодействия с заводами изготовителями нефтяного оборудования гарантирует высокое качество и оперативность оказываемых услуг. ООО «Сервис ЭПУ» работает с 2005 года и за это время наработали огромный опыт в проектировании, изготовлении и обслуживании электропогружных установок всех заводов изготовителей представленных на территории РФ и за ее пределами, а так же предоставляет полный комплекс услуг по обслуживанию скважин: - подбор и комплектация оборудования для скважин с различными условиями эксплуатации: - входной контроль нового оборудования - доставка и вывоз оборудования со скважины - монтаж/демонтаж УЭЦН и наземного электрооборудования - запуск, вывод УЭЦН на режим - оперативное обслуживание УЭЦН и наземного электрооборудования в ходе эксплуатации - текущий и капитальный ремонт погружного и наземного электрооборудования - тестирование узлов УЭЦН и наземного электрооборудования - расследование причин отказов УЭЦН и наземного электрооборудования - анализ результатов эксплуатации с рекомендациями по увеличению наработок - консультации персонала Заказчика по применению нефтепромыслового оборудования - осуществление подконтрольной эксплуатации инновационного обору-дования - супервайзинг. 1.2. Общие сведения о назначении и конструкции УЭЦН УЭЦН (Установка ЭЦН, Установка электроприводного центробежного насоса) УЭЦН относится к погружным бесштанговым насосным установкам. Оборудование УЭЦН состоит из погружной части, спускаемой в скважину вертикально на колонне НКТ, и наземной части соединённые между собой погружным силовым кабелем. Оборудование любой скважины должно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и возможность проведения необходимых технологических операций. Оно подразделяется на наземное (устьевое) и скважинное (подземное). К наземному оборудованию относят: фонтанную арматуру, манифольд, станцию управления и трансформатор. Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки с запорными и регулирующими устройствами. В качестве регулирующих устройств применяют задвижки и пробковые краны. Для регулирования режима скважины на манифольде устанавливаются штуцера. Устьевое и затрубное давление измеряют с помощью манометров. Манифольд предназначен для обвязки фонтанной арматуры с выкидной линией. К подземному оборудованию относятся насосно-компрессорные трубы (НКТ), которые применяют при всех способах эксплуатации скважин. В основном применяют трубы условным диаметром 60 и73 мм, реже 89 мм. Основным способом добычи углеводородного сырья - является механизированный, с помощью УЭЦН или ШГН (штанговым глубинным насосом), предпочтение при этом отдается УЭЦН. Причиной этого преобладания является область применения УЭЦН. УЭЦНами можно эксплуатировать скважины с дебитом 20-80 м3/сут. и высотой подъема до 2000 м. Установка ЭЦН состоит из погружного маслозаполненного короткозамкнутого трехфазного асинхронного электродвигателя ПЭД (погружной электрический двигатель) с гидрозащитой, центробежного многоступенчатого насоса ЭЦН, кабельной линии с муфтой, присоединяемой к токовводу ПЭД, наземного электрооборудования-станции управления (ШГС), трансформатора повышенного напряжения (ТМПН) и трансформаторной подстанции (ТП). (Приложение А) По заказу УЭЦН дополнительно комплектуется газосепаратором для отделения свободного газа на приеме насоса и системами контроля температуры, давления и вибрации в зоне подвески установки. УЭЦН опускается в скважину на колонне НКТ, которая подвешивается на головке эксплуатационной колонны с помощью устьевого оборудования, электроэнергия от промысловой сети через трансформатор и станцию управления по кабелю, прикрепленному к наружной поверхности НКТ хомутами, подается на электродвигатель (ПЭД), который приводит во вращение центробежный насос (ЭЦН), который подает жидкость по НКТ на поверхность. Погружной электроцентробежный насос многоступенчатый, вертикального исполнения, модульный, состоит из входного модуля и модулей секций. Модули - секции представляют собой сборочные единицы, из которых можно собирать насосы с различными напорами, используя входной модуль и модули секции необходимого количества. Каждая секция насоса представляет собой металлический корпус, изготовленный из стальной трубы длиной до 5,5м. Длина насоса определяется количеством рабочих ступеней и секций, число которых зависит от параметров насоса - подачи и напора. В корпус насоса вставляется пакет ступеней, представляющий собой собранные на валу рабочие колеса и направляющие аппараты. Рабочие колеса устанавливаются на валу на продольной призматической шпонке, предотвращающей проворот их относительно вала, по ходовой посадке и могут перемещаться в осевом направлении. Направляющие аппараты зажаты в корпусе между основанием и верхним подшипником (ниппелем). Затяжка ниппеля создает у торцов направляющих аппаратов трение, предотвращающее вращение аппаратов при работе насоса. В верхней части насоса находится ловильная головка, в которую вворачивается переходной патрубок для соединения с НКТ. В собранном насосе втулка рабочего колеса вращается в отверстии направляющего аппарата как в подшипнике, а само колесо упирается в бурт направляющего аппарата. Для уменьшения силы трения, между опорной поверхностью рабочего колеса и буртом направляющего аппарата, обусловленной действующим на колесо осевым усилием, которое при нормальном режиме работы насоса направлено сверху вниз, в расточку нижнего диска колеса запрессована шайба из антифрикционного материала. По мере ее износа, рабочее колесо перемещается вдоль вала, оставаясь, всегда прижатым вниз (иногда возможен подъем колес). Рабочие ступени насоса (направляющие аппараты и рабочие колеса) обыкновенного исполнения, завод-изготовитель «Новомет», изготовляются из чугуна-отливкой, защитные втулки вала - из латуни, сам вал - из стали, опорные шайбы рабочих колес из текстолита. В насосе износостойкого исполнения, завод-изготовитель «Новомет», рабочие ступени и защитные втулки изготовляются с помощью порошковой металлургии, подпятники узла пяты из карбид-кремния. Выше насоса, на 3-5 НКТ, в зависимости от газового фактора, устанавливается обратный клапан, а над обратным клапаном, через одну НКТ, сбивной клапан. Обратный клапан предназначен для предотвращения лавинообразного стока жидкости из НКТ через насос, вызывающего турбинное вращение ротора насоса, и облегченного запуска УЭЦН, после ее остановки. Сбивной клапан предназначен для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме насосного агрегата из скважины. Входной модуль имеет корпус с отверстиями для прохода жидкости и защитную сетку. Внутри входного модуля расположен вал с радиальными подшипниками. Верхняя часть входного модуля при помощи фланцев соединяется с основанием модуля-секции или газосепаратора, нижняя часть входного модуля, также при помощи фланцев, соединяется с протектором. Валы модуль - секций между собой соединяются при помощи шлицевых муфт. Газосепаратор обычно используют в скважинах с большим газовым фактором. Газовый сепаратор работает аналогично центрифуге. Вал с лопатками (шнек), обычно изготавливается как единое целое, вращающийся с частотой 3000 об/мин, вытесняет более тяжелые жидкости на перифирию через переходной канал вверх в насос, тогда как более легкая жидкость (пар) остается около центра и выходит по выпускному каналу обратно в скважину. Основным показателем работы газосепаратора является коэффициент полезного действия (К.П.Д.). К.П.Д. отечественных газосепараторов очень низок и составляет всего чуть больше 20%. Важнейшим узлом насосной установки является маслозаполненный погружной асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения типа ПЭД. Двигатель состоит из статора, ротора, вала, головки и основания. Корпус статора изготавливается из стальной трубы с резьбой на концах для подсоединения головки и основания двигателя. Двигатель заполняется специальным маловязким с высокой диэлектрической прочностью маслом типа МАПЭД-8, для охлаждения и смазки. Статор собирается из активных и немагнитных шихтованных жестей с пазами, в которых располагается обмотка. Она может быть однослойной протяжной катушечной или двухслойной стержневой петлевой. Фазы обмотки соединены в «звезду». Выводные концы обмотки статора соединяют с кабелем через специальную изоляционную штепсельную колодку токоввода. Короткозамкнутый ротор двигателя набран из магнитных сердечников, чередующихся с подшипниками скольжения, имеющими механическую фиксацию от проворота и сохраняющие возможность легкого перемещения вдоль оси вала. Вал ротора выполнен из пустотелой калиброванной стали, сердечники - из электротехнической. В пазы сердечников уложены медные стержни, сваренные по торцам с коротко замыкающими кольцами. Сердечники набирают на вал, чередуя с радиальными подшипниками, и соединяют с ним шпонками. Весь набор сердечников на валу затянут в осевом направлении гайками или турбинкой. Турбинка обеспечивает принудительную циркуляцию масла для выравнивания температуры двигателя на длине статора. В головке размещен упорный подшипник, состоящий из подпятника и пяты, и установлена колодка токоввода. Основание двигателя служит для размещения фильтра, перепускного клапана и клапана для закачки масла в двигатель. Отечественные электродвигатели имеют диаметры корпусов 103, 117, 123 мм. Двигатели больших мощностей выполняются секционными. Частота вращения двигателей всех типоразмеров одинакова и равна 3000 оборотов в минуту при частоте тока 50Гц. Двигатель рассчитан на работу при температуре окружающей среды, не превышающей 90ºС. Гидрозащита предназначена для предохранения внутренней полости двигателя от попадания пластовой жидкости, а также для компенсации температурных изменений объема и расхода масла. Гидрозащита также выравнивает давление внутри электродвигателя с давлением в скважине на уровне его подвески и передает крутящий момент от электродвигателя к насосу. Она состоит из протектора и компенсатора. Протектор защищает полость электродвигателя от попадания пластовой жидкости. Он имеет две камеры, заполненные маслом МАПЭД-8. Камеры разделены эластичным элементом - резиновой диафрагмой. Вал протектора вращается в трех подшипниках и опирается на гидродинамическую пяту, которая воспринимает осевые нагрузки. Для предотвращения попадания пластовой жидкости по валу, в протекторе имеются два торцовых уплотнения - верхнее и нижнее. Компенсатор служит для пополнения запаса жидкого масла вследствие утечек через торцовые уплотнения и температурных изменений объема масла в системе «электродвигатель-гидрозащита». Компенсатор состоит из камеры, образуемой эластичным элементом - резиновой диафрагмой, заполняемой маслом МАПЭД-8. Полость за диафрагмой сообщается со скважиной отверстиями. Диафрагма защищена от повреждений стальным корпусом. Полость диафрагмы сообщается с полостью электродвигателя. Кабельная линия, обеспечивающая подвод электроэнергии к электродвигателю погружного центробежного электронасоса, состоит из основного питающего кабеля, сращенного с ним плоского кабеля и муфты кабельного ввода для соединения с электродвигателем. С поверхности до погружного агрегата протягивают питающий, бронированный кабель любого типа КПБП (кабель погружной бронированный плоский) или КПБК (кабель погружной бронированный круглый), а в пределах погружного агрегата - только плоский кабель типа КПБП. Кабель КПБП или КПБК состоит из медных однопроволочных жил, изолированных в два слоя полиэтиленом высокой плотности и уложенных в одной плоскости или скрученных между собой. Сверху полиэтилена идет оплетка и броня. Условия работы для кабелей: допустимое давление пластовой жидкости 19,6 Мпа; газовый фактор-180 куб.м/т; температура воздуха от -60ºС до 45ºС, пластовой жидкости 90ºС - в статическом положении. На расстоянии 250-300 мм выше и ниже каждой муфты НКТ и каждого сростка кабель крепится стальными поясами (клямсами). Не допускается при этом слабина кабеля внутри скважины. Клямсы затягиваются до момента начальной деформации брони. Пряжка клямсы располагается в свободном пространстве между НКТ и кабелем, но ни в коем случае не на поверхности кабеля, загнутый конец клямсы плотно прижимается к пряжке. Для крепления кабеля УЭЦН «REDA» используются клямсы фирмы REDA. Дополнительно в состав установки могут входить: 1) фильтр 2) контейнер для предотвращения солеотложений и коррозии 3) кожух электродвигателя. |